低速走丝线切割机床断丝故障及处理方法

作者:刘欣(江西制造职业技术学院)
摘要:针对数控低速走丝线切割机床的断丝问题,分别从设备、操作方法、工件材质及工艺方面分析了断丝故障的原因及处理方法,这些方法能在实际加工中切实有效地减少断丝的发生。
数控低速走丝电火花线切割机床具有应用范围广、加工精度高、效率高等特点,在一定的条件下,可以实现无人监控加工,不间断生产,但断丝却使这一优势难以充分发挥,并且会使加工截面产生断丝接痕,影响工件表面质量,降低工作效率。因此,在切割过程中避免或减少断丝就显得十分必要。经过多年的实践、探索,我认为要解决低速走丝线切割机床断丝的问题,应从设备、人员、工件等直接影响的因素加以考虑。
1 与机床相关的断丝故障及处理
1.1 走丝机构
低速走丝线切割机的走丝机构较复杂,一旦走丝机构有故障会导致丝张力的摆动,当丝上出现小裂纹时,加速丝的断裂。因为开始断裂的临界裂纹尺寸是所施加张力的函数,力越大,裂纹尺寸越大。当遇到张力摆动的峰值时,裂纹急剧扩展,丝就会立即断裂。因此,当发现走丝机构有故障时,应及时排除,避免断丝。
1.1.1 电极丝
好的电极丝,一般都采用锌和含锌量高的黄铜合金作为涂层,在条件允许的情况下,尽可能使用优质电极丝。当要求高生产率时可采用直径0.12~0.30 mm的镀锌黄铜丝,它可承受较大的峰值电流。
我们知道丝径大的电极丝的抗拉强度临界值要比丝径小的高。通常加工,电极丝的抗拉强度(即丝张力) 只要在丝的设计允许范围之内或超过少许,电极丝都不会被拉断。因而操作者每间隔一段加工时间后,应当用表测量一下丝的张力,使其保持在合理、适用的范围内。
1.1.2 导电块
低速走丝线切割机床的导电块一般加工60~120 h就必须清洗一次。如果加工过程中,在导电块位置出现断丝,就必须检查导电块,把导电块卸下来,用清洗液清洗掉上面粘着的脏物,磨损严重的要换个位置使用或更新导电块。
1.1.3 贮丝筒
当导丝机构的精度下降时,会引起贮丝筒的径向跳动和轴向窜动。贮丝筒的径向跳动会使电极丝的张力减小,造成丝松,严重的会使丝从导轮槽中脱出拉断。贮丝筒的轴向窜动会使排丝不匀,产生叠丝现象。如果线架刚性差,运丝时会产生振动或摆动,不但影响精度也会引起断丝。所以应该保证导丝机构良好的精度,丝架刚性要好。
1.1.4 废丝处理
低速走丝线切割机床是单向走丝,加工中会产生大量废丝。废丝若不及时取出,易在极间产生附加电容,并且有可能与加工区域的电极丝直接导通,从而产生能量集中释放,引起断丝,甚至短路,以至于无法进行正常加工。因此在废丝落下时,要及时取出。目前高档机床都有废丝自动处理装置。处理方式有两种:一是把切丝装置放在废丝排出口处,如日本三菱新型线切割机床KH-L废丝切断便是以特殊的旋转刃口为手段的拉伸断裂方式,不会导致电极丝缠绕,可避免加工中断。二是把断丝装置安在加工头内,切断的废丝用冲水管道排出。
1.2 工作液系统
低速走丝切割机放电加工时,工作液的电阻率必须在适当的范围内。绝缘性能太低,将产生电解而形不成火花放电;绝缘性能太高,则放电间隙小,排屑难,易引起断丝。因此,加工时应注意观察电阻率表的显示,当发现电阻率不能再恢复正常时,应及时更换离子交换树脂。再者还应检查与冷却液有关的条件,检查加工液的液量,检查过滤压力表,及时更换过滤器,以保证加工液的绝缘、洗涤和冷却性能,预防断丝。
另外,还应保证对电极丝的冲水,因为放电过程中产生的加工屑也是造成断丝的因素之一,加工屑会在丝的粘着部位产生脉冲能量集中释放,使丝产生裂纹,发生断裂。因此加工过程中必须冲走这些微粒。从冲洗能力的观点看,加工低升华热的材料冲洗效果好。这些材料易转化成气体,只留下很少的微粒。而高升华热的材料会产生大量微粒,容易引起断丝,因此必须采用大的冲水量冲走废屑。材料的切割量在粗加工时最大,产生的废屑也最多,因此粗加工时的冲水量要比后续几次的大。为了有效地冲走固体微粒,还应尽量使水冲进割缝,更好地改善冲刷状况。
1.3 加工参数
低速走丝线切割的加工参数一般都根据标准选取,但当加工超高件、上下异形件及大锥度切割时常常出现断丝,这时就要调整放电参数。较高能量的放电将引起较大的裂纹,因此就要适当增大脉冲间隙,减小脉冲能量,断丝也就减少。
对于不同的粗、精加工,其丝速、张力和喷流压力应以参数表为基础作适当调整,为了保证加工工件有更高的精度和表面质量,可以适当调高丝速和丝张力,虽然制造线切割机床的厂家提供了适应不同切割条件的相关参数,但实际加工中不可能完全符合书本上介绍的切割条件,因而应以这些条件为基础,根据实际需要作相应的调整。例如要加工厚度为38 mm的工件,在加工条件表中找不到相当的情况,这种条件下,必须根据厚度在30~40 mm间的切割条件和相应补尝量作出调整,主要办法是:加工工件的厚度接近哪一个标准厚度就选择其应设定的加工厚度,而补偿量则根据加工工件的实际厚度与表中标准厚度的差值,按比例选取。
2 与操作方法相关的断丝故障及处理
加工过程中的人为因素,对于减少断丝故障的发生也是必需考虑的一个方面。
2.1 工件的装夹
如果在加工过程中工件没有夹紧,出现晃动,则可能引起电极丝的晃动,影响线切割的质量。有时还会因工件错位而无法再次找正,使之报废。当加工工件即将切割完毕时,其与母体材料的连接强度势必下降,此时要防止因加工液的冲击或工件的自重引起加工工件偏斜,因为一旦发生偏斜,有可能使电极丝弯折或断丝,所以要想办法固定好被加工工件。
2.2 切割起始端的处理
加工的起始段,在最初放电位置很容易断丝。特别是存有毛刺、铁锈和污物时,将在该处集中放电造成断丝。因此,应预先清除加工起始位置的毛刺和铁锈,然后选用较小的放电参数进行加工。如果切割一段后断丝,那么,复归后再加工时,要尽量调低脉冲强度,以便使电极丝经过已加工表面时产生的电蚀量最小。当重新切至断丝位置后,再改用正常条件加工。
2.3 废料
当废料落下后,若不及时取出,有可能与丝直接导通,产生能量集中释放,引起断丝,因此在废料落下时,应在第一时间取出废料。
3 与工件材质、工艺相关的断丝故障及处理
3.1 工件材料及厚度
工件的材质由产品的使用性能决定。线切割加工时,为减少断丝,可对不同材质区别对待,选取相应的加工参数。加工某些喷砂、锈蚀及粘有热处理渣的工件时,要先清除掉表面的杂物,否则开始加工时往往会因表面杂物造成丝在接触部位产生能量集中释放,导致断丝。
加工不锈钢、碳钢、未淬火高碳钢时稳定性较差,切割速度较低,表面质量较差,易造成断丝。加工工件太薄时,电极丝易产生振动,也易造成断丝。
3.2 走丝速度
走丝速度影响电极丝的损耗。由于线切割加工的电极丝直径较小,若丝速过慢,电极丝上某一点可能产生多次放电,使得这一点的蚀除量过大,在丝张力和火花放电的爆破力作用下极易断丝。另外,提高走丝速度,可使工作液容易带入狭窄的加工间隙,加强对电极丝冷却,将电蚀产物带出间隙之外。但是走丝速度过高,将会使电极丝振动加大,也容易断丝。所以在电极丝允许一点连续放电次数的条件下,要结合工件厚度,根据放电频率正确调节走丝速度。粗加工和精加工放电频率不一样,走丝速度也不一样。如电极丝较细工件较厚的粗加工时,放电频率应高些,走丝速度也应快些。
3.3 进给速度
进给过快,超过工件可能的蚀除速度,容易造成频繁短路,切割速度反而慢,甚至可能断丝。进给过慢,滞后于工件可能的蚀除速度,则容易造成频繁开路,过跟踪和欠跟踪都是造成加工不稳定的直接因素,容易引起断丝。
3.4 切割路线
加工过程中应尽量避免破坏工件材料原有的内部应力平衡和整体的刚度平衡,防止工件材料在切割过程中因在夹具等作用下,由于切割路线安排不合理而产生显著变形。
如图1(略)所示,夹具固定在左端, 从葫芦形凸模左侧,按逆时针方向进行切割,整个毛坯依据切割路线而被分为左右两部分。由于连接毛坯左右两侧的材料越割越小,毛坯右侧与夹具逐渐脱离,无法抵抗内部残留应力而发生变形,工件也随之变形。若采用图2(略)所示,按顺时针方向切割,工件留在毛坯的左侧,靠近夹持部位,大部分切割过程都使工件与夹具保持在同一坐标系中,刚性较好,避免了应力变形。一般情况下,合理的切割路线应将工件与夹持部位分离的切割段安排在总的切割程序末端,即将暂停点留在靠近毛坯夹持端的部位(图2)。
因此从工艺上考虑,应考虑制作合理的工艺孔、槽,以便于应力对称、均匀、分散地释放,凸模及凹模应采用封闭切割。
4 总结
本人通过多年的实践,总结了数控低速走丝线切割机床断丝故障原因和处理办法。影响低速走丝线切割机床断丝的因素很多,由于各种机床的设计策略及加工工艺不同,引起断丝的原因也不同,有时不仅仅是一个或两个因素引起的,有可能是多个因素引起的,但只要对其进行系统的分析和科学的分类,就可对这些复杂且零乱的因素进行控制与调整,从而减少或避免断丝现象,提高加工工件的质量。
摘自《电加工与模具》2009年增刊

Write your comment Here