线切割基础入门技术第十四篇

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线切割基础入门技术第十四篇

On 五月 4, 2013, Posted by , in 新手入门, With No Comments

五十、你了解线切割吗

线切割是机械加工中诞生较晚的一个,初始于二十世纪六十年代,发展于七十年代,普及于八十年代,现今已到了上台阶上档次的年代。

很多人,特别是模具行业很久以来就奢望有一种手段,像“钢丝锯”切木头一样地切割钢铁,特别是淬火有硬度的。即解决复杂形状问题,又解决内外尖角和清根问题。

五十年代,电火花加工开始被认识,电火花机床开始进入加工领域,虽然当时只能解决硬度问题,打些丝锥钻头之类。但这是电加工在模具行业大行其道的开始。这时人们已经认识到如果“钢丝锯” 加上“电火花”,“锯”有硬度的淬火钢应是可能的。于是,让一个轴上储的大量铜丝经两个导向轮缠绕到另一个储丝轴上,两个导向轮间放上工件,工件接RC电源的正极,铜丝接RC电源的负极,就实现了火花切割。尽管当时两个储丝轴像电影片盘一样的更换,尽管当时以各种摩擦方式制造丝的张力,也尽管当时以防锈防臭的磨床冷却液做加工液,必竟实现了“线电极火花切割”。六十年代初期,某些军工企业和模具行业骨干厂以技术革新、自制自用的形式开始制造“线切割”。大多是用铜丝、丝速2~5米/分、RC电源,至多是电子管脉冲源,控制方式业多是手摇和靠模。就这样切出的如山字形矽钢片和电子管极板冲模仍是另人瞩目。随着电子控制技术发展,放大样板、仿形和光电跟踪的控制方式也一度推动了线切割的进步。当时的渭河工具厂、华通开关厂、774厂等都曾造出风格各具的线切割机床。只是没能工业化、商业化。

直到1969年,晶体管被广泛应用,开关逻辑电路也成熟了许多。复旦大学的几位老师以“与生产实践相结合”成果的方式推出了“数字程序控制线切割机”,分立元件,四十多块印刷板,数码管和氖灯显示,常州以手工下线的70步进电机,双V钢球导轨,丝杠加导轨排丝,F形丝架,……直到今天,用钼丝、丝杠加导轨排丝、F形丝架、直径120-150左右的丝筒、行程开关换向等仍在延用。

几年内,许多无线电专用设备厂相继以“复旦”作”蓝本”生产线切割机,当时主要问题是元器件质量,控制系统可靠性,机械精度问题尚未充分认识。进入市场商品化最早的是杭无专,1973年。年产几十台已令人咋舌了。当时为买到几只耐压80伏的大功率三极管,要派人持支票到晶体管厂坐等一个月。

1977年,Z80、8086单片机的上市给线切割带来突飞猛进发展的机遇。苏州的几个主要生产厂很快以Z80取代了分立元器件,体积、结构都大为改观。可靠性已不是扼喉问题。产量大幅提高。几年内单片机的型号和功能不断更新,线切割得到高速发展。

单板机的改型进步,推动操作控制和显示系统的逐渐完善,编程输入、接口电路、变频、驱动的日臻规范,使线切割成了单扳机应用的一个杰作。市场优势地位就是这时打下的。

八十年代是线切割大普及的年代,它成了模具行业的主力军,成了机械行业发展最快的新工种。以至现在模具行业的不少从业人员离开线切割就不知道怎么生产模具。硬度高形状复杂就无从下手。

计算机在九十年代大发展大普及,在线切割的应用也得到长足发展,用计算机现成的系统,把绘图软件修补改造就能编程,功能控制和接口嫁接过来就能操纵机床,数据存储图形显示又都是线切割的强项。线切割是IT业大有作为的领域。当然,强大功能资源的浪费、系统运行的可靠性、缺乏占据全行业主导地位,易学易懂易普及且实用的软件,是困扰PC机大面积展开成行业主力的关键。

据2001年统计,全国快走丝线切割机总保有量约65万台,其中分立元件占1~1.5%,PC机占13~15%,大部分为单扳机,占85%左右,是行业的主战机型。

至今快走丝线切割机仍是我国特有的,结构简单廉价低耗高可靠,运行成本低,50~100mm/分的速度,0.01~0.02mm的精度,尚能满足绝大多场合的需求。如果有高水平的维护和精细操作,再多花一倍时间,精度到0.005~0.01mm之间,光洁度接近慢走丝效果,也是可能的。

快走丝线切割机运行成本是这样的:耗电——1200W,1.2元/小时;耗液——6公斤*6元/公斤=36元,用200小时,0.18元/小时;耗丝——300米*0.18元/米=54元,用120小时,0.45元/小时,总计1.83元/小时。

国外的线切割机初始于六十年代末期,并首先在日本、瑞士产业化,商品化。一开始他们的基本模式是这样的:依托PC机的强大功能资源,精密机械制造的传统优势,力求高精度、自动化。用铜丝,Φ0.3~0.35mm丝径,一次性使用,丝速2~6米/分,无害化的去离子水。早期的慢走丝与快速往复走丝相比,精度、光洁度占优,而速度、切厚能力、内尖角的清根能力和操作方便均不及。

据2001年统计,进口(包括合资仿制)慢走丝线切割机总保有量突破4000台。但利用率稍差,各使用厂操作水平也有较大差异。发展至今,慢走丝线切割机又有大幅进步,如操作人性化,以至一台机子可转换世界各种语言界面。打穿丝孔,自动穿丝,可无人值守,精度可稳定在μ级,0.8以上的光洁度,最大200mm/分的效率等,但切厚能力仍不及快走丝,内尖角的清根能力仍受丝径限制,开机运行成本也太高。

慢走丝线切割机运行成本是这样的:耗电——3200W,3.2元/小时;耗液(包括水发生器和过滤)——7元/小时;耗丝——0.4元/米*180米/小时=72元/小时;总计82.2元/小时。与快走丝相比约45:1。如果再考虑100倍以上的购置费……

随着大量新技术的应用,慢走丝线切割机也日臻完善,如自打孔自穿丝,从加热拉长捋直,丝端头处理,细管向工件面的引导定位,高压水的承托和穿认,接触传感,到穿丝成功的判定,简直是精密传动自动控制的典范。再如恒张力系统,利用软铁盘在磁粉中转动的阻尼,利用磁场中转子的发电效应,利用双电机的差速差力,反馈控制取得准确的张力。慢速和纯水也使火花不暴露的浸泡加工成为可能,窄脉宽大峰值的应用,使厚度加工能力和最大加工速度也达到很高的水准。

很大程度上,购置慢走丝线切割机成了“追求精度、注重质量、经济实力”的一种展示。

总之,快慢走丝呈相互拟补,相互竞争,相互促进,各具特色,各展所长,将是长期共存的局面。快走丝不经铺垫直接卖到国外的可能很小,慢走丝也不可能把快走丝淘汰出局。凭借快走丝的廉价和实用,用示范推广的办法首先介绍到国外的某个地区,被认识和采用的可能也是有的。

编者注:为了提供线切割技术的入门技术,特意编辑了北京凝华科技公司的张朝纲技术总监所编写的线切割技术50问,以供新人学习。再次感谢张师傅。

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