慢走絲線切割加工

    1引言 

    電火花線切割機按切割速度可分為快走絲和慢走絲兩種，由于快走絲線切割機所加工的工件表面粗糙度一般在Ra=1.25～2.5μm范圍內，而慢走絲線切割機所加工的工件表面粗糙度通常可達到Ra=0.16μm，且慢走絲線切割機的圓度誤差、直線誤差和尺寸誤差都較快走絲線切割機好很多，所以在加工高精度零件時，慢走絲線切割加工得到了廣泛應用。 

    由于慢走絲線切割加工是采取線電極連續供絲的方式，即線電極在運動過程中完成加工，因此即使線電極發生損耗，也能連續地予以補充，故能提高零件加工精度。但電火花線切割機工作時影響其加工工作表面質量的因素很多，特別是慢走絲線切割機更需要對其有關加工工藝參數進行合理選配，才能保證所加工工件的表面質量。筆者在汕頭大學CAD/CAM中心利用日本Sodick公司制造的慢走絲線切割機進行了許多注射模和沖模的線切割加工，在分析影響線切割加工工件表面質量的相關因素方面做了一些探索和研究，積累了若干行之有效的工作經驗，現介紹如下。

    2 改善線切割加工工件表面質量的措施與方法 

    在分析影響慢走絲線切割加工工作表面質量的相關因素之前，必須先了解電火花切割加工時在線電極與工件之間存在的疏松接觸式輕壓放電現象。通過多年觀察研究發現：當柔性電極絲與工件接近到通常認為的放電間隙(例如8～10μm)時，并不發生火花放電，甚至當電極絲已接觸到工件，從顯微鏡中已看不到間隙時，也常常看不到火花，只有當工件將電極絲頂彎并偏移一定距離(幾微米到幾十微米)時才發生正常的火花放電。此時線電極每進給1μm，放電間隙并不減少1μm，而是電極絲增加一點線間張力，而工作則增加一點側向壓力，顯然，只有電極絲和工件之間保持一定的輕微接觸壓力后才能形成火花放電。據此認為：在電極絲和工件之間存在著某種電化學產生的絕緣薄膜介質，當電極絲和工件接觸時因其在不停運動，移動摩擦使該絕緣薄膜介質減薄到可被擊穿的程度才會發生火花放電。由于在加工時放電力總是將電極絲推向與它前進方向相反的方向，因此這個力將是造成電極絲滯后的主要因素。除以上因素外，對線切割加工質量有直接影響的因素主要涉及人員、設備、材料等方面。為了改善加工工件表面質量，可以從影響*大的人為因素、機床因素和材料因素等3方面來考慮對加工質量的控制方式和改進方法。 

    2.1影響

    人為因素的控制與改善主要包括加工工藝的確定和加工方法的選擇，這可以通過以下幾點來實現： 

    (1)實施少量多次加工。對于這個量，一般由機床的加工參數決定，根據使用日本本島Sodick公司制造的慢走絲線切割加工的經驗，除第1次加工外，加工量一般是由幾十微米逐漸遞減到幾個微米，特別是加工次數較多的*后一次，加工量應較小，即幾個微米，以至加工次數越多工件的表面質量越好。由于減少線切割加工時材料的變形可以有效提高加工工件表面質量，因而應采用少量、多次切割方式。在粗加工或半精加工時可留一定余量，以補償材料因原應力平衡狀態被破壞所產生的變形和*后一次精加工時所需的加工余量，這樣當*后精加工時即可獲得較為滿意的加工效果。少量、多次切割可使加工工件具有單次切割不可比擬的表面質量，是控制和改善加工工件表面質量的簡便易行的方法和措施。 

    (2)合理安排切割路線。該措施的指導思想是盡量避免破壞工件材料原有的內部應力平衡，防止工件材料在切割過程中因在夾具等作用下，由于切割路線安排不合理而產生顯著變形，致使切割表面質量下降。 

    (3)正確選擇切割參數。對于不同的粗、精加工，其絲速、絲的張力和噴流壓力應以參數表為基礎作適當調整，為了保證加工工件具有更高的精度和表面質量，可以適當調高線切割機的絲速和絲張力，雖然制造線切割機床的廠家提供了適應不同切割條件的相關參數，但由于工件的材料、所需要的加工精度以及其他因素的影響，使得人們不能完全照搬書本上介紹的切割條件，而應以這些條件為基礎，根據實際需要作相應的調整。例如若要加工厚度為27mm的工件，則在加工條件表中找不到相當的情況，這種條件下，必須根據厚度在20mm～30mm間的切割條件和相應補嘗量作出調整，主要辦法是：加工工件的厚度接近哪一個標準厚度就選擇其為應設定的加工厚度，而補償量則根據加工工件的實際厚度，與表中標準厚度的差值，按比例選取。 

    (4)采用??離密著加工。為了使工件達到高精度和高表面質量，可以采用密著加工，即應使上噴嘴與工件的距離盡量靠近(約0.05～0.10mm)，這樣就可以避免因上噴嘴離工件較遠而使線電極振幅過大影響加工工件的表面質量。

    (5)注意加工工件的固定。當加工工件行將切割完畢時，其與母體材料的連接強度勢必下降，此時要防止因加工液的沖擊使得加工工件發生偏斜，因為一旦發生偏斜，就會改變切割間隙，輕者影響工件表面質量，重者使工件切壞報廢，所以要想辦法固定好被加工工件。

    2.2影響慢走絲線切割加工工件表面質量的機床因素的控制與改善慢走絲電火花線切割機屬于高科技和高精度機床，機床的維護保養非常重要，因為加工工件的高精度和高質量是直接建立在機床的高精度基礎上的，因此在每次加工之前必須檢查機床的工作狀態，才能為獲得高質量的加工工件提供條件。需注意的環節和應采取的措施如下：

    (1)長期暴露在空氣中的電極絲不能用于加工高精度的零件，因為電極絲表面若已被氧化，就會影響加工工件的表面質量，所以保管電極絲時應注意不要損壞電極絲的包裝膜，以免電極絲與空氣接觸而被氧化，在加工前，必須檢查電極絲的質量。另外，電極絲的張力對加工工件的表面質量也有很大的影響，加工表面質量要求高的工件，應在不斷絲的前提下盡可能提高電極絲的張力。

    (2)慢走絲線切割加工一般采用去離子水做工作液。火花放電必須在具有一定絕緣性能的液體介質中進行，工作液的絕緣性能可使擊穿后的放電通道壓縮，從而局限在較小的通道半徑內火花放電，形成瞬時和局部高溫來熔化并氣化金屬，放電結束后又迅速恢復放電間隙成為絕緣狀態。絕緣性能太低，將產生電解而形不成擊穿火花放電；絕緣性能太高，則放電間隙小，排屑難，切割速度降低。一般電阻率應在5×104～10×104Ω·cm，加工前必須觀察電阻率表的顯示，特別是機床剛起動時，往往會發現電阻率不在這個范圍內，這時不要急于加工，讓機床先運轉一段時間達到所要的電阻率時才開始正式加工。為了保證加工精度，有必要提高加工液的電阻率，當發現水的電阻率不再提高時，應更換離子交換樹脂。再者必須檢查與冷卻液有關的條件，檢查加工液的液量，還應檢查過濾壓力表，其壓力值應在2.0×103Pa以上。當加工液從濁橫向清洗槽逆向流動時則需要更換過濾器，以保證加工液的絕緣性能、洗滌性能、冷卻性能達到要求。

    (3)必須檢查導電塊的磨損情況。慢走絲線切割機一般在加工了50～100h后就必須考慮改變導電塊的切割位置或者更換導電塊，有臟污時需用洗滌液清洗。必須注意的是：當變更導電塊的位置或者更換導塊時，必須重新校正絲電極的垂直度，以保證加工工件的精度和表面質量。

    (4)檢查滑輪的轉動情況，若轉動不好則應更換，還必須仔細檢查上、下噴嘴的損傷和臟污程度，用清洗液**臟物，有損傷時需及時更換。還應經常檢查貯絲筒內絲的情況，裝得太滿會影響絲的暢通運行使加工精度受到影響。此外，導電塊、滑輪和上、下噴嘴的**狀況還會引起線電極的振動，這時即使加工表面能進行良好的放電，但因線電極振動，加工表面也很容易產生波峰或條紋，*終引起工件表面粗糙度變差。

    (5)保持穩定的電源電壓。電源電壓不穩定會造成電極與工件兩端不穩定，從而引起擊穿放電過程不穩定而影響工件的表面質量。
    
    2.3 影響線切割加工工件表面質量的材料因素的控制與改善
      為了加工出尺寸精度高、表面質量好的線切割產品，必須對所用工件材料進行細致考慮，這主要應從以下幾方面著手：

      (1)由于工件材料不同，熔點、氣化點、導熱系數等都不一樣，因而即使按同樣方式加工，所獲得的工件表面質量也不相同，因此必須根據實際需要的表面質量對工件材料作相應的選擇。例如要達到高精度，就必須選擇硬質合金類材料，而不應該選不銹鋼或未淬火的高碳鋼等，否則很難實現所需要求。

    (2)由于工件材料內部殘余應力對加工的影響較大，在對熱處理后的材料進行加工時，由于大面積去除金屬和切斷加工會使材料內部殘余應力的相對平衡受到破壞，從而可能影響零件的加工精度和表面質量為了避免這些情況，應選擇鍛造性好、淬透性好、熱外理變形小的材料。

     (3)加工過程中應將各項參數調到*佳適配狀態，以減少斷絲現象。因為發生斷絲的地方會出現兩次放電，使加工工件表面質量下降。另外在加工過程中還應注意傾聽機床發出的聲音，正常加工的聲音應為很光滑的"哧-哧"聲。還應注意正常加工時的火花應是藍色的，而不是紅色的。此外，正常加工時，機床的電流表、電壓表的指針應是穩定不動或者振幅很小，此時進給速度均勻而且平穩，是線切割加工工件獲高精度和高質量的保證。

    3.結束語
    影響電火花線切割加工工件表面質量的因素很多，但只要對其進行系統的分析和科學的分類，就可以對這類復雜而且零亂的因素進行控制與調配，從而改善提高工件的精度和表面質量。
線切割加工工件表面質量的人為因素的控制與改善