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淺談線切割機(jī)床中走絲與慢走絲

2020-9-1 來(lái)源：河南省醫(yī)用高分子材料技術(shù)與應(yīng)用作者：王克通

摘要: 近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)步，人們要不斷研發(fā)和革新數(shù)控加工技術(shù)，而線切割加工技術(shù)是機(jī)床加工領(lǐng)域的一種關(guān)鍵技術(shù)。線切割數(shù)控機(jī)床是加工精密零件和形狀復(fù)雜的金屬模具的專用機(jī)床，適宜作為模具加工的最后一道工序，可以加工硬度較高的金屬材料，使其保持良好的切割狀態(tài)。

關(guān)鍵詞: 數(shù)控加工技術(shù); 線切割; 加工硬度

線切割加工技術(shù)是機(jī)床加工領(lǐng)域的一種關(guān)鍵技術(shù)，而中走絲和慢走絲是線切割機(jī)床常用的兩種加工工藝，本文重點(diǎn)對(duì)中走絲和慢走絲進(jìn)行比較分析。線切割機(jī)床加工原理如圖 1 所示。

圖 1 線切割機(jī)床加工原理

1、線切割機(jī)床——中走絲

1.1 中走絲概述

中走絲是指復(fù)合走絲線割機(jī)床，并非走絲速度介于高低速之間。它以往復(fù)多次切割為前提，減少切割作業(yè)過(guò)程中材料變形和鉬絲損耗所帶來(lái)的誤差，工件質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)可利用運(yùn)絲速度進(jìn)行調(diào)整，介于高速與慢速運(yùn)絲之間。粗加工一般采用高速走絲（8~13mm/s），第一次切割高速穩(wěn)定，采用高電流，以較大的脈寬進(jìn)行大電流切割。修切加工采用低速運(yùn)絲（1~3mm/s），工作狀態(tài)走絲平穩(wěn)，上下眼膜可控制運(yùn)絲的抖動(dòng)。切割精度較高，保證工件精度，尺寸及表面粗糙度（ Ra為 1.4~1.7μm）。多次修切，主要的目的是拋磨修光。在加工過(guò)程中，切割還需要注意，工件變形、吃刀量大小不均都可能影響質(zhì)量及精度。根據(jù)不同的材料預(yù)留加工量，使其內(nèi)應(yīng)力扭曲變形，在多次修割中進(jìn)行精加工，使工件的尺寸得到保障。

1.2 中走絲線切割加工條件

1.2.1 火花的間隙與切割速度的關(guān)系。

在日常加工中，切割速度的快與慢決定著火花間隙的大小。切割速度不能超過(guò)腐蝕速度，如超過(guò)，將會(huì)產(chǎn)生短路現(xiàn)象。其間需要保持一定的切割電流，從而保持間隙大小一致。切割速度勻速才能保證工件的要求尺寸。

1.2.2 火花間隙與冷卻液的關(guān)系。

加工作業(yè)期間會(huì)不斷產(chǎn)生大量廢屑及微型顆粒物，而冷卻液的主要作用是排屑和消除電離子的不同，決定著電火花的間隙大小，尤其是在加工高精度工件時(shí)，必須將火花間隙和間隙補(bǔ)償量考慮在內(nèi)。

1.2.3 工件材料。

工件的材料選擇變形量小、屈服極高的材料，如有熱處理淬、回火，應(yīng)選擇正確的工藝參數(shù)，冷卻要均勻，盡量消除熱處理中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

1.3 中走絲加工的應(yīng)用

目前，中走絲加工工藝的應(yīng)用范圍較廣，包括: 各種沖模; 微細(xì)異形孔、窄縫和復(fù)雜形狀的工件; 樣板和成型刀具; 冶金模、型腔模、拉絲模和成型模。它可以加工硬質(zhì)材料、切割薄片和金屬材料，也可以加工內(nèi)外齒輪，適合于多品種零件、小批量的加工。

2、線切割機(jī)床——慢走絲

2.1 慢走絲概述

慢走絲是線切割的一種，可以加工所有導(dǎo)電材料（如金屬材料、硬質(zhì)合金、碳化物和石墨等）。放電加工期間，火花發(fā)生器產(chǎn)生火花，其后，在一定的時(shí)間間段內(nèi)，加工時(shí)火花與工件產(chǎn)生連續(xù)的凹坑。火花產(chǎn)生的溫度為 8 000~12 000℃?；鸹òl(fā)生器釋放的能量決定凹坑的尺寸。慢走絲適合用于加工形狀復(fù)雜和精密細(xì)小的工件。

在慢走絲機(jī)床加工中，電極絲運(yùn)轉(zhuǎn)方式為低速單向運(yùn)動(dòng)，根據(jù)工件要求標(biāo)準(zhǔn)的不同，電極絲運(yùn)轉(zhuǎn)速度也需要不斷調(diào)整。一般來(lái)說(shuō)，走絲速度為 0.2mm/s，表面精確度可達(dá)微米級(jí)，質(zhì)量效果接近磨削水平。在慢走絲機(jī)床中，電極絲為一次性使用，其目的是工作狀態(tài)實(shí)時(shí)保持平穩(wěn)、走絲均勻，避免產(chǎn)生抖動(dòng)，加工后的工件質(zhì)量效果良好。慢走絲切割機(jī)床采用持續(xù)供絲的方式，機(jī)床加工期間，電極絲放電后發(fā)生損耗，可給予持續(xù)補(bǔ)充。

2.2 切割精度

2.2.1 多次切割技術(shù)。

修切技術(shù)是提高加工精度及表面質(zhì)量的根本手段。它是一門涉及制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、智能化技術(shù)、脈沖電源技術(shù)、精密傳動(dòng)及控制技術(shù)的綜合應(yīng)用技術(shù)。第一次切割的主要目的是將零件成形，第二次切割的主要目的是提高零件的精確度，第三次（或三次以上）切割的主要目的是提高工件的表面粗糙度。根據(jù)工件要求的精度及表面粗糙度，合理選擇切割刀數(shù)，切割刀數(shù)較高，通常為 7~9 刀。實(shí)施少量多次切割，第一次為粗切割，放電參數(shù)大，主要目的是把零件切開。把金屬材料大部分去除，第二次為修切，放電參數(shù)減小，軌跡分階段縮小，加工次數(shù)越多，工件表面質(zhì)量越好。切割期間，零件表面輪廓變化曲線如圖 2 所示，其中，粗糙度 Ra 為輪廓算數(shù)平均偏差，粗糙度 Rz 為輪廓最大高度。割一修三輪廓線如圖 3 所示，切割工件實(shí)際圖如圖 4 所示。

圖 2 零件表面輪廓變化曲線

圖 3 割一修三輪廓線

圖 4 切割工件實(shí)際圖

2.2.2 拐角策略。

在某些工件作業(yè)過(guò)程中，切割拐角時(shí)，電極絲走絲停歇會(huì)造成角部塌陷。為了提高切割精度，避免此類問(wèn)題，人們需要采取更多的拐角策略，如改變走絲路經(jīng)、溝槽清角、內(nèi)圓清角、V形清角，避免走絲停歇造成角部塌陷。

2.2.3 水平垂直狀態(tài)。

工件與電極絲處于水平垂直狀態(tài)，上噴水嘴和下噴水嘴與工件處于貼面加工，間隙為 0.1mm，上下水沖液能起到很好的排碳及冷卻作用，從而提升加工效率。

2.3 機(jī)床的主要部分

慢走絲的加工設(shè)備主要由機(jī)身、工作臺(tái)、走絲機(jī)構(gòu)、絲杠、工作液循環(huán)制冷系統(tǒng)、伺服馬達(dá)和離子感應(yīng)器等幾部分組成。

2.3.1 機(jī)身。

機(jī)身是機(jī)床的基礎(chǔ)體，是安裝其他部件、機(jī)床內(nèi)部的電機(jī)電器的內(nèi)部放置，是一種外觀箱式結(jié)構(gòu)，包括機(jī)身導(dǎo)軌。

2.3.2 工作臺(tái)。

工作臺(tái)用來(lái)裝夾工件，裝夾冶具。它由導(dǎo)軌、絲杠、電機(jī)傳送機(jī)構(gòu)組成，絲杠采取螺旋方式位移。

2.3.3 走絲機(jī)構(gòu)。

走絲機(jī)構(gòu)主要由運(yùn)絲輪和運(yùn)絲電機(jī)組成，包括陶瓷輪、張力輪等其他機(jī)構(gòu)形成的單向走絲。

2.3.4 工作液循環(huán)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)用于過(guò)濾水質(zhì)，去離子水要達(dá)到工作液循環(huán)加工要求。水槽是工作液的存儲(chǔ)處，有臟水槽、凈水槽; 離子感應(yīng)器用于電阻率測(cè)量，測(cè)量流入樹脂桶的離子值。樹脂桶是存放樹脂的容器，樹脂是石油中的提取物，用于去離子，更好地過(guò)濾水質(zhì)。

2.4 中走絲與慢走絲的區(qū)別及優(yōu)缺點(diǎn)

中走絲屬于往復(fù)高速走絲電火花線切割機(jī)床范疇，以持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的鉬絲（稱為電極絲）作為電極，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電蝕除金屬，通過(guò)多次切割減少誤差，直至切割成型。其工件質(zhì)量介于高速走絲和慢速走絲之間，故而稱為中走絲，中走絲是快走絲的升級(jí)產(chǎn)品，所以也可以叫作能多次切割的快走絲。它的加工速度接近于快走絲，而加工質(zhì)量趨于慢走絲。走絲速度為 1~12m/s，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。

北京安德建奇 AR60-MA中走絲

日本沙迪克 AQ400Ls 慢走絲

慢走絲以持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的銅絲（稱為電極絲）作為電極，一般以低于 0.2m/s 的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行單向運(yùn)動(dòng)，使電極與工件處于脫離子水的環(huán)境中進(jìn)行脈沖火花放電，加工中產(chǎn)生的高溫會(huì)使脫離子水逐漸消耗。慢走絲用于加工各種形狀復(fù)雜和精密細(xì)小的工件，一般走絲速度低于0.2m/s，精確度達(dá) 0.001mm。切一修三后，粗糙度 Ra 可達(dá)到 0.8μm，切一修四后粗糙度Ra 可達(dá)到 0.33μm，表面粗糙度質(zhì)量接近磨削水平。電極絲作為一次性使用，工作狀態(tài)平穩(wěn)，走絲均勻，電極絲抖動(dòng)小，加工質(zhì)量較好。

慢走絲采用先進(jìn)的電源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高速加工，最大加工速度可達(dá) 350mm/min。

3、結(jié)語(yǔ)

線切割機(jī)床加工精度高、功能強(qiáng)，但加工成本高。如果要充分發(fā)揮機(jī)床的作用，創(chuàng)造好的經(jīng)濟(jì)效益，就必須對(duì)工件進(jìn)行合理的加工工藝分析和技術(shù)性能分析，充分了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能，熟練掌握機(jī)床的操作技能，最大限度地發(fā)揮機(jī)床的潛力，提高生產(chǎn)效率。

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