电火花线切割加工的步骤和要求

电火花线切割加工是实现工件尺寸加工的一种技术。在一定设备条件下,合理地制订加工工艺路线是保证工件加工质量的重要环节。

电火花线切割加工,一般是工件加工的最后工序。要达到加工精度及表面粗糙度要求,应合理控制线切割加工时的各种工艺因素(电参数、切割速度、工件装夹等),同时应安排好零件的工艺路线及线切割加工前的准备。有关线切割加工的工艺准备和工艺过程如图7-3所示。

图7-3　线切割加工的工艺准备和工艺过程

1.零件图工艺分析

(1)凹角和尖角的尺寸要符合线切割加工的特点

线切割加工是用电极丝作为工具电极来加工的,因为电极丝有一定的半径R,加工时又有一加工间隙δ,使电极丝中心运动轨迹与给定图线相差距离f,如图7-4所示,即f＝R＋δ,这样,加工凸模类零件时,电极丝中心轨迹应放大；加工凹模类零件时,电极丝中心轨迹应缩小,如图7-5所示。

图7-4　电极丝与工件放电位置关系

图7-5　电极丝中心运动轨迹与给定图线的关系

(a)加工凸模类零件时；(b)加工凹模类零件时

线切割加工,在工件的凹角处不能得到“清角”,而是得到半径等于f的小圆弧。对于形状复杂的精密冲模,在凸、凹模设计图纸上应注明拐角处的过渡圆弧半径R′。加工凹角时,R′≥R＋δ；加工尖角时,R′＝R－Δ,其中为Δ配合间隙。

(2)合理选择表面粗糙度和加工精度

线切割加工表面是由无数的小坑和凸起组成的,粗细较均匀,所以在相同的粗细程度下,耐用度比机械加工的表面好。采用线切割加工时,工件表面粗糙度的要求可以较机械加工方法降低半级到一级；同时,线切割加工的表面粗糙度等级提高一级,加工速度将大幅度地下降。所以,图纸中要合理地给定表面粗糙度。线切割加工所能到达的最好粗糙度是有限的,若无特殊需要,对表面粗糙度的要求不能太高。同样,加工精度的给定也要合理。目前,绝大多数数控线切割机床的脉冲当量一般为每步0.001 mm,由于工作台传动精度所限,加上走丝系统和其他方面的影响,切割加工精度一般为6级左右,如果加工精度要求很高,是难以实现的。

(3)工件材料内部残余应力对加工的影响

以线切割加工为主要工艺时,钢的加工路线是：下料→锻造→退火→机械粗加工→淬火与回火→磨削加工→线切割→钳工修整。

这种工艺路线的特点之一是工件在加工的全过程中会出现两次较大的变形。经过机械粗加工的整块坯件先经过热处理,材料在该过程中会产生第一次较大变形,材料内部的残余应力显著地增加了。热处理后的坯件进行切割加工时,由于大面积去除金属和切断加工,会使材料内部残余应力的相对平衡状态受到破坏,材料又会产生第二次较大变形。例如,对经过淬火的钢坯件切割时,如图7-6所示,在a到b的切割过程中,发生的变形如双点画线所示,可以看出材料内部残存着拉应力。切割完的工件与电极丝轨迹有很大差异。

如果在加工中发现割出的缝变窄了,原来的电极丝也不能通过,说明材料内部残存着压应力。

图7-7为切割孔类工件的变形,切割矩形孔过程中,由于材料内有残余应力,当材料去除后,可能导致矩形孔变为双点画线表示的鼓形或虚线表示的鞍形。这种变形有时比机床精度等因素对加工精度的影响还严重,可使变形达到宏观可见的程度。

图7-6　切割加工后钢材变形情况

图7-7　切割孔类工件的变形

为了消除这些影响,除要选择锻造性能好、淬透性好、热处理变形小的材料外,在线切割加工工艺上也要作合理安排。

2.切割路线的确定

在加工中,工件内部残余应力的相对平衡受到破坏后,会引起工件的变形,所以在选择切割路线时,需注意以下方面。

1)应将工件与其夹持部分分割的部分安排在切割路线的末端。如图7-8所示,加工程序引入点为A,起点为a,则走向可有：

图7-8　程序起点对加工精度的影响

①A→a→b→c→d→e→f→a→A

②A→a→f→e→d→c→b→a→A

如选②走向,则在切割过程中,工件和易变形的部分相连接,会带来较大的误差；如选①走向,就可以减少或避免这种影响。

如加工程序引入点为B点,起点为d点,这时无论哪种走向,其切割精度都会受到材料变形的影响。

图7-9和图7-10也分别列举了走丝路线及起刀点的选择。(www.xing528.com)

图7-9　走丝路线的选择

(a)错误；(b)正确
1—工件；2—夹具

图7-10　切割起刀点的选择

(a)不好；(b)可用；(c)正确

2)切割路线应从坯件预制的穿丝孔开始,由外向内顺序切割。如图7-11(a)采用从工件端面开始由内向外切割的方案,变形最大,不可取。图7-11(c)也是采用从工件端面开始切割,但路线由外向内,比7-11(a)方案安排合理些,但仍有变形。图7-11(b)切割起点取在坯件预制的穿丝孔中,且由外向内,变形最小,是最好的方案。

图7-11　切割凸模时加工穿丝孔有否的比较

(a)不正确；(b)好；(c)不好

3)切割孔类零件,为减少变形,采用两次切割。如图7-12所示,第一次粗加工型孔,周边留0.1～0.5 mm余量,以补偿材料原来的应力平衡状态受到的破坏,第二次切割为精加工,这样可以达到满意的效果。

4)在一块毛坯上要切出两个以上零件时,不应连续一次切割出来,而应从该毛坯的不同预制穿丝孔开始加工。如图7-13所示。

图7-12　二次切割法图例

1—第一次切割路线；2—第一次切割后的实际图形；3—第二次切割的图形

图7-13　在一毛坯上要切出两个以上零件的加工路线

(a)错误方案,从同一个穿丝孔开始加工；(b)正确方案,从不同穿丝孔开始加工

5)加工的路线、距离端面(侧面)应大于5 mm。

3.电极丝初始位置的确定

线切割加工前,应将电极丝调整到切割的起始位置上,可通过对穿丝孔来实现。穿丝孔位置的确定,有如下原则。

①当切割凸模需要设置穿丝孔时,其位置可选在加工轨迹的拐角附近,以简化编程。

②切割凹模等零件的内表面时,将穿丝孔设置在工件对称中心上,对编程计算和电极丝定位都较方便,但切入行程较长,不适合大型工件。切割大型工件时应将穿丝孔设置在靠近加工轨迹边角处或选在已知坐标点上。

穿丝孔的大小要适宜,太小,增加钻孔困难,而且不便于穿丝；太大,也会增加工艺上的困难。一般选用直径为3～10 mm范围内。如预制孔可用车削等方法加工,在允许的范围内可加大直径。

③在一块毛坯上要切出两个以上零件或在加工大型工件时,应沿加工轨迹设置多个穿丝孔,以便发生断丝时能就近重新穿丝,切入断丝点。

4.加工条件的选择

(1)工作液的选配

工作液对切割速度、表面粗糙度、加工精度等都有较大影响。加工时应根据线切割机床的类型和加工对象,选择工作液的种类、浓度和电导率等。对于快走丝系统常用专用乳化液,浓度为10%左右。对于慢走丝系统,大多采用去离子水(纯水),其导电率控制在4×104～105 Ω·cm,只有在特殊情况下才采用绝缘性能较好的煤油。使用去离子水时,应注意调节离子浓度。

工作液应保持一定的清洁度,如果发现过脏,应及时更换。检查工作液循环系统工作是否正常,并调节工作液喷流压力。

(2)电极丝的选择、盘绕和调整

①电极丝的选择。电极丝应具良好的导电性和抗电蚀性,抗拉强度高,材质均匀。电火花线切割加工使用的金属丝材料有钼丝、黄铜丝、钨丝和钼钨丝等。钼丝具有抗拉强度高、不易变脆、断丝较少的特点,广泛用于快速走丝线切割加工,其直径一般在φ0.08～0.2 mm范围内。黄铜丝切割速度高,加工稳定性好,但抗拉强度低、损耗大,一般用于慢速导向走丝加工,其直径在φ0.1～0.3 mm范围内。

电极丝的直径应根据切缝宽窄、工件厚度和拐角尺寸大小来选择。若加工带尖角、窄缝的小型零件宜选用较细的电极丝；若加工大厚度的工件或大电流切割时,应选较粗的电极丝。

②电极丝的盘绕和调整。盘绕电极丝时应掌握好松紧程度,在抗拉强度允许条件下,要调整好电极之间的拉力与张力,使之既能将电极丝绷直,又能使电极丝在使用中不被拉断。

加工前应校正和调整电极丝对工作台的垂直度。目前多借助校正工具来调整电极丝对工作台面的垂直度。