分享数控高速走丝电火花线切割加工断丝原因及解决办法

小黄豆 · 发表于 2010-12-20 10:54

数控高速走丝电火花线切割加工首先必须保证在切割过程中不断丝。如果在切割工件过程中发生断丝，不仅会带来重新上丝的麻烦，造成一定的经济损失，而且会在工件上产生断丝痕迹，影响加工质量，严重的话会造成工件报废。因此在数控高速走丝电火花线切割加工中要防止发生断丝。
　　1 数控高速走丝电火花线切割加工断丝原因及解决办法
　　下面从实际生产的角度出发分析了数控高速走丝电火花线切割加工中出现断丝的原因，并提出了一些解决办法。
　　1.1 与电参数选择及脉冲电源相关的断丝
　　电参数选择不当是引起断丝的一个重要原因，应根据不同的加工情况选择合理的电参数来防范断丝现象的发生。
　　一般来说，断丝的机率随着放电能量的增加而加大。这是因为加工中的脉冲能量靠电极丝来传递，如果电极丝载流量太大时，本身的电阻发热会使它固有的抗拉强度降低很多，所以很容易造成断丝。可将脉冲间隙参数设大些，以有利于熔化金属微粒的排出。同时峰值电流和空载电压不宜过高，否则容易产生集中放电和拉弧。由于电弧放电是造成电极丝（负极）腐蚀损坏的主要因素，只要电弧放电集中于某一段，就会引起断丝。
　　选用电参数的放电间隙要合适。放电间隙不能太小，否则容易产生短路，也不利于冷却和电蚀物的排出。当切割厚度较大的工件时，应尽量选用大脉宽、大电流，这样会使放电间隙增大，从而增强排屑效果，提高切割的稳定性，减少断丝的机率。
　　加工中电极丝上如果出现“疙瘩”状的烧伤点，极易发生断丝。因为粘附物起到了使放电集中在电极丝上的作用，此时若冷却散热条件差，就很可能使该处的温度升高，这样一来在连续的放电中就可能继续有其它加工屑粘附在该点附近，如此造成一种恶性循环，最后导致该处发生烧伤现象，解决的办法是提高脉冲电源的空载电压幅值，可减少加工屑粘附到电极丝上的可能性。
　　一些脉冲电源的故障会直接造成加工中发生断丝。如加工电流很大、火花放电异常、导致断丝。这种故障多数是脉冲电源的输出已变为直流输出所致，解决的办法是从脉冲电源的输出级向多谐振荡器逐级检查波形，更换损坏的元件，使输出为合乎要求的脉冲波形。
　　在加工过程中火花放电突然变为蓝色的弧光放电，电流超过限值，将电极丝烧断，用示波器测输入端和振荡部分都无波形输出，可判断故障出在振荡部分，检修后高频电源恢复正常。
　　电流在限值以上，用示波器测量高频电源输出端，其波形幅值减小，并有负波，而脉冲宽度符合要求，测量推动级波形其频率、脉冲宽度及幅值均符合要求，判断故障在功放部分，检查功率管，测得其中一只管子的ce极间内部击穿，使末级电流直接加到电极丝与工件之间，引起电弧烧断电极丝，换去该管，恢复正常。
　　1.2 与运丝机构相关的断丝
　　机床的运丝机构精度变差，会增加电极丝的抖动，破坏火花放电的正常间隙，易造成大电流集中放电，从而增加断丝的机会。这种现象一般发生在机床使用时间较长、加工工件较厚、运丝机构不易清理的情况下。因此在机床使用中应定期检查运丝机构的精度，及时更换易磨损件。在上丝后应空载走丝检查电极丝是否抖动，若发生抖动要分析原因。
　　贮丝筒的轴和轴承等零件常因磨损而产生间隙，容易引起贮丝筒的径向跳动和轴向窜动，会使电极丝的张力减小，造成电极丝松弛、抖动而断丝，严重时会使电极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。应及时更换磨损的轴和轴承等零件。
　　贮丝筒换向时，如没有切断高频电源，会导致电极丝在短时间内温度过高而烧断电极丝，必须检查贮丝筒后端的行程开关是否失灵。
　　贮丝筒后端的限位挡块必须调整好，避免贮丝筒冲出限位行程而断丝；挡丝装置中挡块与快速运动的电极丝接触、摩擦，易产生沟槽并造成夹丝拉断，因此也需及时更换。
　　导轮轴承的磨损将直接影响导丝精度，当导轮转动不灵活时会引起运丝系统振动而断丝。此外，当导轮的V型槽、宝石限位块、导电块磨损后产生的沟槽，也会使电极丝的摩擦力过大，易将电极丝拉断。
　　1.3 与电极丝相关的断丝
　　电极丝的材料应根据加工情况而定，否则会引起断丝。对于数控高速走丝电火花线切割加工，广泛采用钼丝。因为钼丝耐损耗、抗拉强度高、丝质不易变脆，不易断丝。采用钨丝加工，可获得较高的加工速度，但放电后丝变脆，易断丝，应用较少，一般在弱电规准时使用。钨钼丝（钨、钼各50％）加工效果比前两种都好，故使用寿命和加工速度都比钼丝高，但价格昂贵。
　　对于数控高速走丝电火花线切割加工，一般电极丝直径在φ0.06～0．25mm之间，常用的电极丝直径在φ0．12～0．18mm之间。需获得精细的形状和很小的圆角半径时，则选择细的电极丝。通常尽可能在满足加工要求条件下，选择较粗的电极丝。电极丝直径越小，能承受的电流越小，切缝也窄，不利于排屑和稳定加工，容易发生断丝。粗的电极丝可提高电极丝的张力，减少电极丝的抖动，不易断丝。另外，电极丝在加工中反复使用，电极丝的损耗使它由粗变细，这时在加工中也容易发生断丝。一般来说，在测量丝径比新丝减少0.03～0.05mm时，应及时更换新丝。
　　电极丝在切割过程中，其张力大小要适当。由于贮丝筒上的电极丝在正反运动时的张力不一样，工作一段时间后电极丝会伸长，致使张力下降，张力下降的后果是抖丝加剧，极易断丝。提高电极丝的张力可减少抖丝影响造成的断丝。值得注意的是，电极丝的张力也不能提高得太大，否则电极丝内应力增大，反而也会造成断丝。新安装的电极丝，要先紧丝再进行加工，紧丝时用力要适当。电极丝在加工一段时间后，应经常检查其松紧程度，如果存在松弛现象，要及时紧丝。有张力机构的数控高速走丝电火花线切割加工机床，可以不需要人工进行紧丝，但应根据所选电极丝的直径选择正确的配重块重量，以保证加工中电极丝合适的张力。
　　电极丝的走丝速度要适中。走丝速度过高，电极丝抖动严重，破坏了加工的稳定性，易造成断丝。但走丝速度也不能过低，否则加工时加工屑不能及时排出，也易断丝。
　　新电极丝表面有一层黑色氧化物，加工时切割速度快，工件表面呈粗黑色，这时电源能量太大，易断丝。因此对于新电极丝，加工电流需适当减小，等电极丝基本发白后，即可恢复正常电参数。
　　1.4 与工件相关的断丝
　　未经锻打、淬火、回火处理的材料，钢材中所含碳化物颗粒大，并且聚集成团，而分布又不均匀，存在较大的内应力。如果工件的内应力没有得到消除，在切割时，有的工件会开裂，把电极丝碰断，有的会使间隙变形，切缝变窄而卡断电极丝。为减少因材料引起的断丝，在电火花线切割加工前最好采用低温回火消除内应力。应选择锻造性能好、淬透性好、热处理变形小的材料，钢材中所含碳化物分布均匀，从而使加工稳定性增强。如以电火花线切割加工为主要工艺的冷冲模具，尽量选用 CrWMn、 Cr12Mo、GCr15等合金工具钢，并要正确选择热加工方法和严格执行热处理规范。
　　锻打或熔炼的材料，工件中可能含有不导电的杂质。这些杂质不具有良好的导电性，导致加工中不断发生短路，最终勒断电极丝。解决的办法是，可编制一段每进0．05～0．1mm便后退0．5～1mm的程序，在加工中反复使用。并加大冷却液流量，一般可冲刷掉杂质，恢复正常切割。
　　切割较厚的铝材料时，导电块磨损较大，会使电极丝的摩擦力过大，易将电极丝拉断，应注意及时更换导电块。
　　加工薄工件（3mm以下）时，线架上下导丝轮的开距是固定的，一般约70mm左右。在高速走丝的情况下，电极丝失去了加工厚工件时产生的冷却液的阻尼作用，加上火花放电的影响，电极丝易抖动，也较容易断丝。解决的办法是减少脉冲放电能量，也可在上下导轮之间采用辅料加厚的方法，加大厚度以增加阻尼，也可防止钼丝抖动，这种方法较简便，而且不需调整加工电参数。
　　加工厚工件（大于100mm），在加工快要结束时，可用磁铁吸住将要下落的工件，或者人工保护下落的工件，使其平行缓慢下落从而防止砸断电极丝。
　　工件在平磨以后应退磁。若工件未退磁，电火花线切割加工中产生的电腐蚀颗粒易吸附在割缝中，特别是工件较厚时，不退磁易造成切割进给不均匀，造成短路、断丝。
　　1.5 与工作液相关的断丝
　　工作液在较长时间使用后，变得脏污、综合性能变差是引起断丝的重要原因。根据加工经验，新换的工作液每天工作8 小时，使用两天后效果最好，继续使用8～10天则易断丝，须更换新的工作液。
　　对要求切割速度高或大厚度工件，其工作液的配比可适当淡一些，约5％～8％的浓度，这样加工较稳定，不易断丝。用纯净水配置的工作液加工较自来水配置的工作液在加工中更稳定，较少断丝。
　　1.6 与操作相关的断丝
　　在数控电火花线切割加工上丝、穿丝操作中，如果不小心使电极丝局部打了折。打折的地方抗拉强度和承受热能负荷的能力下降，极易发生断裂。为了避免电极丝打折，在上丝、穿丝操作时应仔细认真、规范操作。
　　在自动找中心时，如果工艺孔壁有油污、毛刺或某些不导电的物质，当电极丝移动到孔壁时未火花放电，致使机床不能自动换向，最后勒断电极丝。

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