分享快走丝线切割加工质量分析与应用

小黄豆

【摘要】快走丝线切割广泛用于冲模制造中，其加工质量直接影响了冲模的使用性能。本文介绍了快走丝线切割加工质量的评价体系，分析了影响快走丝线切割加工质量的因素，并提出了几种解决措施。
! Z+ [& z" t. V! E0 C8 ?　　【关键词】快走丝线切割；冲模；加工质量；分析与应用
1 W& j: E( Q0 S6 P# x# ?7 o　　1 引言
　　快走丝线切割广泛用于制造业，尤其是冲模制造。快走丝线切割的加工质量直接影响到模具的装配、使用精度，严重时甚至会导致模具报废。因此，研究快走丝线切割的加工质量对指导模具制造具有重要意义，同时对开发高精度线切割机床可以提供参考。
" \: V! |* E3 c. @% Z9 a　　2 线切割加工质量评价体系
　　线切割加工质量是指通过线切割加工后零件的加工精度和表面质量。
　　加工精度是指零件加工后的几何参数(尺寸、形状和位置)与图纸规定的理想零件的几何参数符合的程度。加工精度包括3个方面：尺寸精度、形状精度和位置精度。
　　加工表面质量是指表面粗糙度、波度及表面层的物理机械性能。其中表面粗糙度是表面的微观几何形状误差；波度是用来表示介于表面粗糙度和宏观几何形状误差(如圆度、平面度等)之间的几何形状误差，工程上较少采用；表面层的物理机械性能主要指表面层的冷作硬化、金相组织变化和残余应力。表面粗糙度Ra是常用的表面质量评价指标。
  t$ j, `4 `1 K: g+ n2 `　　3 影响快走丝线切割加工质量的因素及解决措施
　　影响线切割加工质量的因素是多方面的，如机床因素、脉冲放电参数的选择、工件材料及状态、切割工艺的制定。在加工前对这些条件进行优化有助于提高加工质量。
　　3．1机床因素
　　快走丝电火花线切割机属于高精度机床，工件的高质量是直接建立在机床良好状态的基础上，因此在每次加工之前必须检查机床的工作状态才能为获得高质量的加工工件提供保障。
　　（1）机床传动系统的精度。步进电机驱动滚珠丝杠带动工作台移动，滚珠丝杠的传动精度直接影响加工精度。加工前可通过空行程检查回零误差，误差较大时，应该更换传动装置。
　　（2）检查走丝装置精度。导电块的磨损、导轮的磨损及位置不正、贮丝筒的传动精度下降等，都会使电极丝的抖动加剧，放电间隙无规则跳动，易造成大电流集中放电，影响加工精度和表面质量。因此，需要经常检查导电块及导轮槽是否拉伤，检查贮丝筒的传动轴承，以便及时更换。
$ w$ X  T0 g, ^. p: m) o　　（3）检查电极丝张紧程度。电极丝太松会造成抖动加剧，使电极丝无规则地偏离正常的切割轨迹，加工精度降低；同时将造成无数次极小的短路，表面粗糙度变差。因此，加工前要检查电极丝的张力，在保证不断丝的情况下尽可能张紧电极丝。
  B1 \) j% Q- u# N; E* l　　（4）工作液介质的影响。线切割工作液通常采用DX型线切割乳化液作为工作液，配比为1:1O～1:l2，其作用有冷却、绝缘、压缩放电通道和消电离、洗涤和润滑工件表面。工作液被污染后，绝缘性能就会下降，而且不利于电蚀物的排除，使二次放电的机会增多，增大了放电间隙，使加工精度和表面粗糙度变差。因此，需定期更换工作液。
4 i: Q  g' h9 O& Y% E% f+ t# w　　（5）检查电极丝的垂直度。带锥度的线切割机床(如DK7725e)在切割完锥度后，其电极丝对工作台平面并不垂直，有时由于机床的振动也会有这种情况。此时工件的加工精度会下降很多，同时断面的垂直度也会非常差，如图1所示。此时可用电极丝垂直校正器进行校正，如图1所示。
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4 S- n9 [0 i, e2 S) z4 K　　3.2脉冲放电参数的选择
　　放电参数主要是指脉冲电流大小(I)ˊ、脉冲电流宽度(ti)、脉冲电流间隙(t0)。I越大，放电能量越强，火花放电的凹坑越大，表面粗糙度值大，放电间隙大，精度不易控制；ti越大，单次放电时间越长，产生的高温持续时间长，容易灼烧工件断面，影响断面质量；t0越小，排屑不充分，加工不稳定，易断丝。故为了提高精度和表面质量，尽量选择较小的I，较小的ti，ti／t0小于l:4，如精加工料厚．H=40mm的工件时，取I=3A，ti=1O，t0=1:7。
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0 ~4 {9 z% }% v% z# l, }+ t& Q3 W　　当加工质量要求特别高(如Ra<1.0um)时，脉冲波形选择分组波而不选择矩形波。
　　进给速度要合适，以免出现欠跟踪和过跟踪，造成频繁的断路和短路，影响加工质量。
" @& V4 W# y  \4 N$ v0 j& G0 c　　3.3 工件材料及状态
　　对于冷冲模常用的材料，碳素工具钢(T8A、T1OA)的最大缺点是淬透性差，热处理变形大，残余应力显着，回火稳定性差。在切割中，材料易变形，甚至崩裂。因此，在采用线切割工艺加工模具时；应尽量选择CrWMn、Cr12MoV等合金钢。
5 y. b1 s, D2 M  Q+ _+ e" M　　为了减少在线切割过程中的材料变形对加工精度的影响，在进行热处理前，可采用预加工的办法，如图3所示，若采用机械切削预加工，凹模可留3～5mm的余量；若采用线切割预加工时，凹模可留O.5～1mm的余量。凸模切割前可在工件四周切出1.5～2mm的槽，深度要留1.5～2mm的切割余量。

　　3.4切割工艺
4 P2 M9 ?3 c2 @7 ]! V3 ?　　目前应用得较多的是多次切割，多次切割可以兼顾效率和质量，采用大脉冲进行第一次切割，再用小脉冲进行后几次切割。目前可达到精度0.O1mm，表面粗糙度值Ra在0.65um左右。
& d/ F" Z/ Z& }( a' n  x9 i　　4 加工实例
' D  }8 A9 B/ r. q; Q+ z  X　　如图4所示为某冲裁凹模的轮廓形状，通过优化机床和几组实施参数观察不同条件下零件的加工质量。
- \3 b) D, l; T2 K5 ^　　实验条件。切割材料：Q235钢板，厚7mm；电极丝：钼丝，d=0.18，丝速：8m/s(不可调)；脉冲参数：ti=5、10、20、40四挡。
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　　由第1组和第2组实验可知，脉冲较大时加工精度和表面粗糙度较差，效率很高；脉冲较小时加工精度和表面粗糙度得到很大提高，但效率非常低。但是由于材料热变形等原因的影响，实验2中部分尺寸(如18.14mm)的误差仍较大，不能满足高精度要求。
; {$ `2 R* j+ c$ e6 L　　对于第3组和第4组实验，工艺过程类似。实验3中精加工余量为O.15mm，但结果令人失望，实验后分析原因为：①余量过小，造成单边放电，火花压力导致电极丝轨迹偏移；②分组波太大ti(5us)；③丝速过高(8m/s)。第4组实验中精加工余量为1mm，精加工时双边放电，粗加工时工件的内应力已经得到释放，故精加工时工件的热变形几乎可以忽略，加工精度高，表面质量较好，完全满足使用要求。由于分组波ti过小，耗时长，故此处用ti=10us的矩形波，同时粗加工采用ti=40us的矩形波是为了提高加工效率。实验4总共耗时79min，其效率是可以接受的。
　　最后我们采用实验4的参数进行凹模加工，结果完全满足图纸要求。
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　　5 结束语
* ^# x  C$ d5 d& }3 ]! y) Y$ y　　纵观影响快走丝线切割加工质量因素，其中机床精度和电参数是最主要的。因此，我们应当多分析机床精度对切割质量的影响，努力提高机床精度，比如：研究在运丝机构中增加对电极的检测－反馈－补偿－装置；另外应该使机床更柔性化，主要参数应该能在较大范围内调整，目前很多快走丝机床丝速可以调节(如深圳的福斯特)，自带张力调整机构，最小脉冲宽度可以小于1us，为多次小余量精修提供了可能，如生产中常用的“割一修一”、“割一修二”、“割一修三”等加工方法就是基于上述机床实现。当然，在实际应用中，在硬件环境一定的情况下，我们应通过优化电参数和制定合理的切割工艺提高加工质量。

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