数控电火花线切割加工的工艺分析及处理

数控电火花线切割加工的工艺分析及处理

作者：王芳张文涛

来源：《科技创新导报》2011年第24期

摘要:通过对数控电火花线切割加工的工艺分析,提出一些相应的工艺处理措施,从而在实际生产过程中可使生产效率和零件表面加工质量得到较大幅度的提高。

关键词:数控电花线切割加工工艺分析工艺处理

中图分类号:TG661 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)08(c)-0056-02

1 引言

电火花加工(Electrical Discharge Machining,EDM)属于特种加工的方法之一,该项技术的研究始于20世纪50年代并逐步应用于生产。它是在加工过程中,使工具电极与工件电极之间不断的产生脉冲性火花放电,从靠放电时产生的局部、瞬时的高温去除工件上的多余的材料来进行放电加工,因在此放电过程中可见到电火花,故称为电火花加工。[1]随着电火花加工技术的发展,在成型加工方面逐渐形成电火花成型加工和电火花线切割加工两种主要的加工方式。数控电火花线切割加工(Wire Cut EDM,简称WEDM)也叫数控线切割加工,它是在电火花成型加工基础上发展起来的一种新的工艺形式,因其由数控装置控制机床的运动,并采用线状电极(铜丝或钼丝)靠火花放电对工件进行切割,故称之为电火花线切割加工,简称线切割加工。电火花线切割加工自诞生以来,获得了极其快速的发展,已逐步成为一种高精度高自动化的加工方法。它在模具制造、成型刀具加工、难加工材料及精密复杂零件的加工等方面获得了广泛的应用。[2]

2 电火花线切割加工原理简介

电火花线切割加工的原理是利用移动的金属丝(铜丝或钼丝等)作为工具电极(接电源负极)对导电或半导电材料工件(接电源正极)进行脉冲性火花放电,从而进行所需尺寸的加工。

电火花线切割时电极丝接脉冲电源的负极,工件接脉冲电源的正极。在正负极之间加上脉冲电源,当来一个电脉冲时,在电极丝和工件之间产生一次火花放电,在放电通道的中心温度瞬时可高达10000°C以上,高温使工件金属熔化,甚至有少量汽化,高温也使电极丝和工件之间的工作液部分产生汽化,这些气化后的工作液和金属蒸汽瞬间迅速热膨胀,并具有爆炸的特性。这种热膨胀和局部微爆炸,将熔化和汽化了的金属材料抛出而实现对工件材料进行电蚀切割加工。下图是数控线切割加工的原理图。[3]

如图1所示。

3 电火花线切割加工的工艺分析

电火花线切割加工是实现工件尺寸加工的一种技术。在一定的设备条件下,合理制定加工工艺路线是保证工件加工质量的重要环节之一。数控电火花线切割加工,一般作为工件加工的最后一道工序,要使工件达到图样要求的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度等应合理控制线切割加工的各种工艺参数,同时安排好零件的工艺路线及加工前的准备工作。

(1)零件图的工艺分析

分析图样是对保证工件加工质量和工件的综合技术指标有决定性意义的第一步。对工件图纸进行分析主要包括分析零件的凸角和尖角是否符合线切割加工的工艺条件,零件的加工精度、表面粗糙度是否在线切割加工所能达到的经济精度范围内。

(a)凸角和尖角的确定

线切割加工时,假设线电极直径为d,放电间隙为δ,线电极中心的运动轨迹与加工面相距l,即:l＝d/2＋δ,因此,在加工凸模类零件时,线电极中心轨迹应放大,以补偿放电间隙和电极丝半径。而加工凹模零件时,线电极中心轨迹应缩小,进行间隙补偿,以保证加工尺寸要求。

实际切割时,零件凹角处不能获得“清角”,而是圆角。因此,对于一些复杂的精密冲裁模,在凸、凹模设计图样上应注明拐角处的过渡圆角半径R,同一副模具的凸、凹模中,R要符合下列条件,即凹模圆角半径R1≥l＝d/2＋δ,尖角圆角半径R2=R1-△(△为凸、凹模配合间隙)。

(b)表面粗糙度及加工精度分析

电火花线切割加工表面和机加工表面的形成方式是不一样的,其主要区别在于:线切割加工表面是由无数个无方向性的小坑和硬凸边所组成,特别适合于保存润滑油;而机加工表面则存在着具有方向性的的刀痕。因此,在相同的表面粗糙度值情况下,线切割加工表面的润滑性能和耐磨性能均比机械加工的好。

合理的确定线切割表面粗糙度的值是很重要的。因为表面粗糙度的值的大小对线切割速度的影响很大,表面粗糙度的值降低一个档次,将会使线切割速度大幅度下降。此外,线切割所能达到的表面粗糙度值是有限的,一般情况下,线切割加工的表面粗糙度为2.5～0.63μm,若要求优于0.32μm则是比较困难的。因此,若不是特殊需要,零件图上标注的表面粗糙度值尽可能不要太小,否则会对生产率产生很大的影响。

同样,零件的加工精度与数控机床的加工精度所能达到的范围有关。一般情况下,快速走丝的可控精度可达到0.01～0.02mm左右,而低速走丝可达到0.005～0.01mm左右。因此在加工时应根据加工精度要求确定合理的线切割加工的有关工艺参数(如:电参数、切割速度、走丝速度、工作液等)。

(2)线电极的材料与直径的选择

目前,电极丝材料有很多种类型,主要有纯铜丝、黄铜丝、专用黄铜丝、钼丝、钨丝、各种合金丝及镀层金属线等。一般情况下,快速走丝机床常用钼丝做线电极,慢速走丝机床则用各种铜丝、铁丝、专用合金丝以及镀层的电极丝。

电极丝的直径应根据工件的切缝宽窄、工件厚度及拐角圆弧尺寸大小等方面选择。一般情况下,对于拐角圆弧半径较小的零件要求电极丝直径d≤2(R-δ)(δ为放电间隙)。对于精度要求高的零件,可采用微细线切割加工,即选择直径细的电极丝。若线径太细,还应考虑到加工工件的影响。

(3)穿丝孔的确定

穿丝孔的直径大小要适宜,一般不宜太小,若太小不仅会使钻孔难度增加,而且不便于穿丝。而若穿丝孔的直径太大,则会增加钳工的工作难度。一般情况下,穿丝孔的直径取值为3～

10mm。

穿丝孔既是零件与电极丝间相对运动的起点,又是线切割程序执行的起点,所以,它一般选则在零件的基准点处。

对于凸模类零件,穿丝孔通常选在坯件内部外形附近;而对于凹模类零件,一般选在待切割型腔(孔)内部。

(4)切割路线的确定

在线切割工艺中,切割起始点和切割路线的确定是否合理,将影响工件变形的大小,从而影响加工精度。一般情况下,最好将工件与夹持部分分割的线段安排在切割路线的末端。对于精度要求高的零件,最好将切割起点取在坯件预制的穿丝孔中,以使工件的变形最小。另外,在切割孔类零件时,为减小变形,还可以采取二次切割法,即第一次粗加工切割型孔,各边留余量0.1～

0.5mm,以补偿切割后由于内应力分布而产生的变形;第二次切割为精加工切割型孔,以减少变形,提高加工精度。对于一些形状复杂、壁厚、截面变化大的零件,宜采用多次切割法。

(5)交接处突尖的去除方法

由于线电极的直径和放电间隙的关系,在工件表面交接处会出现一个高出加工表面的高线条,通常称之为突尖。突尖的大小主要取决于电极丝的直径和放电间隙,在快走丝的加工中,用细的电极丝加工,突尖一般很小,而在慢走丝加工中就比较大,需将其去除。去除方法有利用拐角法、切缝中插金属板及多次切割等方法。

(6)程序编制与校验

运用3B程序格式对零件进行程序编制,编好程序后,在投入生产前要对所写的数控程序进行仔细地检查与校对,以验证其正确性与可行性,然后再进行正式投产。