线切割加工

5.2电火花线切割加工5.2.1线切割加工的基本原理5.2.2电火花线切割加工机床简介5.2.3主要工艺指标5.2.4电参数对工艺指标的影响5.2.5非电参数对工艺指标的影响5.2.6合理选择电火花线切割加工工艺唐山学院图5-1线切割加工(a)加工示意图543211—绝缘底板；2—工件；3—脉冲电源；4—滚丝筒；5—电极丝(b)线切割加工原理示意图唐山学院5.2.1电火花线切割加工的基本原理机械力、导电材料、角部半径、产品形状、电极丝补充、通孔及边缘窄缝等1．机床分类1)快速走丝线切割机床2)慢速走丝线切割机床2．型号国标规定的数控电火花线切割机床的型号，如DK7725的基本含义为：D为机床的类别代号，表示是电加工机床；K为机床的特性代号，表示是数控机床；第一个7为组代号，表示是电火花加工机床，第二个7为系代号(快走丝线切割机床为7，慢走丝线切割机床为6，电火花成型机床为1)；25为基本参数代号，表示工作台横向行程为250mm。唐山学院5.2.2电火花线切割加工设备简介2．脉冲电源快走丝线切割机床结构图123651—上丝机构；2—工作台；3—丝筒电机；4—撞杆；5—接近开关；6—运丝启停开关4唐山学院1.机床本体主要由床身、工作台、运丝机构和丝架3．数控系统：轨迹控制、加工控制4.工作液循环系统图5-4电极丝送丝装置4567891012131211141516171—储丝筒；2—圆柱滚轮；3—导向孔模块；4、10、11—滚轮；5—张紧轮；6—压紧轮；7—毛毡；8—断丝检测器；9—毛刷；12—导丝管；13—下臂；14—接丝装置；15—电极丝输送轮；16—废丝孔模块；17—废丝箱3唐山学院4.日本沙迪克公司某型号慢走丝线切割机床图2-6为北京阿奇工业电子有限公司某型号慢走丝线切割机床的送丝图。(a)电极丝送丝示意图(b)电极丝送丝图图5-5电极丝送丝图导轨废丝筒丝卷张力圈唐山学院第五章特种加工唐山学院线切割机床常见的功能下面简单介绍线切割机床较常见的功能。(1)模拟加工功能。(2)短路回退功能。(3)回原点功能。(4)单段加工功能。单段停止!按OFF键停止加工，按RST键继续加工。(5)暂停功能。(6)MDI功能。(7)进给控制功能。(8)间隙补偿功能。(9)自动找中心功能。(10)信息显示功能。(11)断丝保护功能。(12)停电记忆功能。(13)断电保护功能。从断电处开始加工吗按OFF键退出按RST键继续。(14)分时控制功能。(15)平移功能。(16)跳步功能。(17)任意角度旋转功能。(18)代码转换功能。能将ISO代码转换为3B代码等。(19)上下异性功能。第五章特种加工图2-7轨迹跳步(a)跳步前轨迹(b)跳步后轨迹唐山学院第五章特种加工5.2.3主要工艺指标1．切割速度（mm2/min）切割速度是指在保证一定的表面粗糙度的切割过程中，单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积的总和，单位为mm2/min2．加工精度加工精度是尺寸、形状和位置精度的总称。加工精度是一项综合指标，它包括切割轨迹的控制精度、机械传动精度、工件装夹定位精度以及脉冲电源参数的波动、电极丝的直径误差、损耗与抖动、工作液脏污程度的变化、加工操作者的熟练程度等对加工精度的影响。3．表面粗糙度（我国和欧洲Ra(μm)，日本Rmax）4．电极丝损耗量（10000mm2面积后电极丝直径的减少量来表示0.01mm）唐山学院第五章特种加工5.2.4电参数对工艺指标的影响唐山学院1．放电峰值电流电流增大-单个脉冲能量-工件放电痕迹增大-切割速度提高-粗糙度数值增大，电极丝损耗增大，加工精度有所下降。因此第一次切割加工及加工较厚工件时取较大的放电峰值电流。到一定临界值后，若再继续增大峰值电流，则加工的稳定性变差，加工速度明显下降，甚至断丝。2．脉冲宽度增大脉冲宽度-速度提高-粗糙度变差（脉冲宽度增加-单个脉冲放电能量-放电痕迹会变大；电极丝损耗也变大-脉冲宽度增加，正离子对电极丝的轰击加强，结果使得接负极的电极丝损耗变大）当脉冲宽度增大到一临界值后-加工速度明显减小（当脉冲宽度ti达到一临界值后-稳定性变差，影响了加工速度）第五章特种加工唐山学院4．极性脉宽较窄-正极性加工，否则切割速度变低且电极丝损耗增大。3．脉冲间隔减小脉冲间隔-脉冲频率提高-放电次数增多-平均电流增大-提高了切割速度。脉冲间隔作用-消电离和恢复绝缘。过小-电蚀产物的排出和消电离-稳定性变差和加工速度降低-断丝。过大-加工速度降低-严重时不能连续进给-不稳定。成型加工，脉冲间隔-粗糙度影响不大。线切割加工-脉冲间隔减小-粗糙度数值稍有增大（直径都在0.25mm以下，放电面积很小，脉冲间隔的减小-电流增大，由于面积效应-粗糙度值增大。脉冲间隔选取-电参数、走丝速度、电极丝直径、工件材料及厚度。走丝速度较快、电极丝直径较大、工件较薄时，因排屑条件好，可以适当缩短脉冲间隔时间。反之，则可适当增大脉冲间隔。第五章特种加工综上所述，电参数对线切割电火花加工的工艺指标的影响有如下规律：(1)加工速度随着加工峰值电流、脉冲宽度的增大和脉冲间隔的减小而提高，即加工速度随着加工平均电流的增加而提高。实验证明，增大峰值电流对切割速度的影响比用增大脉宽的办法显著。(2)加工表面粗糙度数值随着加工峰值电流、脉冲宽度的增大及脉冲间隔的减小而增大，不过脉冲间隔对表面粗糙度影响较小。实践表明，在加工中改变电参数对工艺指标影响很大，必须根据具体的加工对象和要求，综合考虑各因素及其相互影响关系，选取合适的电参数，既优先满足主要加工要求，又同时注意提高各项加工指标。例如，加工精密小零件时，精度和表面粗糙度是主要指标，加工速度是次要指标，这时选择电参数主要满足尺寸精度高、表面粗糙度好的要求。又如加工中、大型零件时，对尺寸的精度和表面粗糙度要求低一些，故可选较大的加工峰值电流、脉冲宽度，尽量获得较高的加工速度。此外，不管加工对象和要求如何，还需选择适当的脉冲间隔，以保证加工稳定进行，提高脉冲利用率。因此选择电参数值是相当重要的，只要能客观地运用它们的最佳组合，就一定能够获得良好的加工效果。初学者可以根据操作说明书中的经验值大致选取，然后根据电参数对加工工艺指标的影响具体调整。第五章特种加工5.2.5非电参数对工艺指标的影响1．电极丝及其材料对工艺指标的影响1)电极丝的选择钨丝、钼丝、钨钼合金丝、铜钨丝、黄铜丝等。唐山学院钨丝-高加工速度-但易变脆-断丝-应用较少，慢走丝弱规准加工中使用。钼丝比钨丝熔点低，抗拉强度低，但韧性好，在频繁的急热急冷变化过程中，丝质不易变脆、不易断丝。钨钼丝-使用寿命和加工速度都比钼丝高。铜钨丝-较好效果-抗拉强度差-昂贵-来源较少。黄铜丝-加工速度较高，稳定性好-拉强度差，损耗大。目前，快走丝-钼丝，慢走丝-直径为0.1mm以上的黄铜丝。第五章特种加工2)电极丝的直径丝径/mm最小拉断力/N0.062～30.083～40.107～80.1312～130.1514～160.1818～200.2222～25唐山学院直径-加工要求和工艺条件。直径大-抗拉强度-电流-电规准-脉冲能量-加工速度；切缝宽-放电产物排除-稳定-脉冲利用率和加工速度。过粗-内尖角工件-加工精度-切缝过宽-蚀除量大-速度降低；过小-抗拉强度-断丝；切缝较窄-放电产物排除-不稳定-速度降低。细优点-较小半径的内尖角-加工精度表5-1是常见的几种直径的钼丝的最小拉断力。快走丝一般采用0.10～0.25mm的钼丝。表5-1几种直径的钼丝的最小拉断力第五章特种加工02468101214102030405060vs/(m/s)vw/(mm2/min)唐山学院3)走丝速度对工艺指标的影响工件厚一些，最大加工速度的走丝速度就高些，曲线随厚度向右移。深圳福斯特北京阿奇公司FW系列丝速/(m/s)36912适合加工厚度/mm适用于上丝或多次切割＜40＜150＞150表5-2丝速选择范围表丝速提高-放电通道迅速消电离；把工作液带入放电间隙中，有利于排屑和放电加工稳定-加工速度提高。丝速再增大，排屑在改善，蚀除不变，正反向换向-非加工时间-加工速度降低。快速走丝丝速-加工速度第五章特种加工图5-7慢速走丝方式丝速对加工速度的影响vs/(mm/s)vw/(mm2/min)024681012141234唐山学院慢走丝丝速快-加工速度快（走丝方式-平稳均匀-抖动-糙度好-加工精度高；但丝速慢-放电产物-短路及不稳定放电现象。提高电极丝丝速-工作液-放电间隙-放电产物-间隙状态-加工速度。-丝速达到某一值后-加工速度就趋向稳定(如图5-2所示)。慢走丝最佳走丝速度与加工对象、电极丝材料、直径等有关。现在慢走丝机床的操作说明书中都会推荐相应的走丝速度值。第五章特种加工图5-8与电极丝运动方向有关的条纹电极丝运动方向工件加工表面唐山学院4)电极丝往复运动对工艺指标的影响黑白交错相间的条纹，两端的粗糙度比中部稍有下降慢速走丝不换向，便于维持放电间隙中的工作液和蚀除产物均匀；电极丝运动速度低-稳定，小振动，避免波纹。工件电极丝图5-9电极丝运动引起的斜度电极丝上下工件图5-10切缝剖面示意图第五章特种加工图5-11电极丝张力与进给速度图57910243036张力/Nvw/(mm2/min)唐山学院5)电极丝张力对工艺指标的影响起始-张力大-切割速度越快（电极丝的振幅变小，切缝宽度变窄，进给速度加快）过小，抖动-频繁短路-不稳定-精度不高；过松-放电压力-弯曲变形严重-切割轨迹落后并偏移工件轮廓（加工滞后）-形状和尺寸误差（圆柱腰鼓、严重时电极丝在快速运转-跳出导轮槽-断丝）过分增大，切割速度不仅不上升，反而容易断丝（抗拉强度）初加工时稍微调小-不断丝，精加工时稍微调大-减小抖动提高加工精度。第五章特种加工图5-12工作液喷入方式对线切割加工精度的影响工作液工作液工件工作液工作液工作液工作液放电产物放电产物电极丝(a)单向喷入方式(b)双向喷入方式唐山学院2.工作液对工艺指标的影响浸泡式、喷入式和浸泡喷入复合式快走丝带进空气，故不时发生气体介质放电速度-介电系数、流动性、洗涤性加工速度、表面粗糙度煤油、酒精溶液-速度低、易燃烧-快走丝-乳化液，其加工速度快。慢走丝-去离子水和煤油。第五章特种加工碳(石墨)C钨W碳化钛TiC碳化钨WC钼Mo铬Cr钛Ti铁Fe钴Co硅Si锰Mn铜Cu铝Al熔点℃370034103150272026251890182015401495143012501083660沸点℃48305930－6000480025003000274029002300213026002060唐山学院3.工件材料及厚度对工艺指标的影响1)工件材料对工艺指标的影响慢（快）速走丝、煤油（乳化液），铜件（铝）-稳定-加工速度较快。硬质合金等-比铜低（比较稳定-速度低-粗糙度好）。加工钢件，特别是不锈钢、磁钢和未淬火或淬火硬度低的钢（高碳钢）等材料时，稳定性差，速度低，粗糙度也差。常用的电极丝材料钼的熔点、沸点情况，在单个脉冲放电能量相同，用铜丝加工硬质合金比加工钢产生的放电痕迹小，加工速度低，表面粗糙度好，同时电极丝损耗大，间隙状态恶化时则易引起断丝。加工效果不同-脉冲放电能量在两极上的分配、传导和转换都不同。第五章特种加工图5-13慢速、快速走丝时工件厚度对加工速度的影响0102034vw/(mm2/min)h/mm2唐山学院2)工件厚度对工艺指标的影响薄-工作液-放电间隙-排屑和消电离-稳定性好太薄，固定丝架-电极丝工件两端面到导轮的距离大-易抖动-加工精度和表面粗糙度-脉冲利用率低-切割速度下降太厚，工作液难进入和充满放电间隙-排屑和消电离不利-加工稳定性差。020406080h/mm20406080vw/(mm2/min)第五章特种加工4.进给速度对工艺指标的影响1)进给速度对加工速度的影响蚀除速度-进给速度-放电间隙-过跟踪-短路而快速回退（反复稳定性断丝）-欠跟踪-开路暂时停顿（反复加工速度降低）-调节进给速度-稳定性。2)进给速度对工件表面质量的影响(1