线切割加工后提高其表面质量的方法

第３期（总第１７２期）２０１２年６月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．３Ｊｕｎ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０３－０１８６－０２线切割加工零件常见质量问题的分析与解决方案王　欣（江苏省苏州市昆山登云科技职业学院，江苏　昆山　２１５３００）摘要：选用线切割快速走丝机床，针对加工零件变形、表面进刀痕、黑白条纹等不良质量，通过反复试验，找到问题出现的原因，并给出相应的解决方案。

关键词：线切割加工；快走丝；质量；改善中图分类号：ＴＧ４８４ 文献标识码：Ｂ收稿日期：２０１２－０２－１３；修回日期：２０１２－０２－２０作者简介：王欣（１９８３－），女，天津人，技师，在读硕士研究生，从事模具专业教学工作。

０　引言电火花线切割机按切割速度可分为快走丝和慢走丝。

慢走丝电极丝作单向低速运行，用一次就废弃掉，以保证加工段电极丝的直径因放电损耗变化很小，对加工精度几乎无影响，其加工的工件表面质量好，但成本高。

快走丝电火花线切割机床的电极丝是快速往复运动的，电极丝在加工过程中反复利用，能满足一般的使用需求，成本低，在许多企业模具制造中得到广泛的应用。

本次试验选用线切割快速走丝机床，针对工艺路线安排不当产生的材料变形、进刀痕，参数选取不当引起的表面质量变化，工装及其他因素的影响所产生的材料质量问题进行分析，提出相应的解决方案，最终解决企业加工中常见的质量问题。

１　加工工艺的安排１．１　切割路线的安排切割前应合理安排工艺路线，切割时应考虑工件材料原有的内部应力平衡状态，防止因工件材料变形致使切出时可能产生夹丝、断丝的现象。

线切割加工路线如图１所示。

图１　线切割加工路线此次试验，采用铝材加工异形体，比较图２（ａ）与图２（ｂ）可知：图２（ａ）加工时从工件外表面切入，加工后表面一边表现细致，一边表现粗糙；图２（ｂ）从工件内部加工零件，加工后零件表面均匀，加工质量良好。

近年来,随着高精度、高硬度和高复杂度模具的发展,电火花线切割加工越来越引起人们的重视。

目前,各种NC电火花线切割机在现代模具制造中正发挥着越来越重要的作用。

电火花线切割机按切割速度可分为高速走丝和低速走丝两种。

低速走丝线切割机相对于高速走丝线切割机在结构、功能方面差别较大,又存在多次切割问题,所以加工方法也就有很大区别。

1影响低速走丝线切割加工工件表面质量的因素1.1电参数的影响电参数主要指放电脉宽时间、放电脉间时间、峰值电流等。

它们对材料电腐蚀过程影响最大,决定着表面质量、切割速度等,进而影响其他的工艺指标。

1.1.1放电脉宽时间ti放电脉宽时间是指脉冲电流持续的时间,是单个脉冲能量的决定因素之一,因此它对切割速度、表面粗糙度等都产生重要影响。

由实验可知,在其他加工条件相同的情况下,切割速度随放电脉宽时间的增加而增加,同时粗糙度增大,且电蚀物也随之增加,当放电脉宽时间超过某一范围时,电蚀物来不及排除,使加工变得不稳定,不仅表面粗糙度增大,而且降低了切割速度,如再增大放电脉宽时间,容易引起断丝。

1.1.2放电脉间时间to通过实验发现,放电脉间时间对切割速度的影响很大。

在其他条件不变时,减少相邻两个脉冲之间的时间,相当于提高脉冲频率,增加单位时间内的放电次数,提高切割速度。

由于脉宽及单个脉冲能量不变,故对工件表面粗糙度的影响不明显,但放电脉间时间过小,会使放电产物不能及时排除,工作区的介质来不及恢复到绝缘状态,破坏加工的稳定性,反而使切割速度降低,且增加了工作区短路的几率,极易引起断丝。

因此在刚刚开始加工或对大且厚工件加工时,to值稍取大些。

1.1.3峰值电流IP峰值电流是指放电电流的最大值,它是决定单个脉冲能量的主要因素之一。

它和脉冲宽度对切割速度及表面粗糙度影响是相似的,但峰值电流影响更大些。

合理地增加峰值电流,对提高切割速度有效,但电极丝的损耗相当大,这样容易造成断丝。

因此在其他条件不变的情况下,一般峰值电流小于20A,这样的工件表面质量是较理想的。

线切割加工铝材的优化方案摘要：线切割机床在加工铝材的时候对导电块的磨损非常严重，经常出现夹丝、断丝等现象。

影响产品的表面粗糙度和尺寸精度。

针对上述问题，通过调整电参数、提高冷却液浓度、加垫海绵等方式可以解决。

关键词：线切割海绵铝材馈电块由于铝材的传递性能较好，具有重量轻的特点，常用来制造电器及传导零件, 当这类零件结构复杂且具有细微部分时, 零件的机械加工工艺性能则较差, 往往采用电火花线切割加工。

然而, 由于铝材特殊的物理化学性能, 其线切割加工还存在铝屑粘丝、断丝、加工间隙易堵以及由此造成工件表面质量差等问题。

本文将采用以下方法进行改进、试验和分析,供同行参考。

一、线切割工作原理电火花线切割加工（Wirecut Electrical Discharge Machining，简称WEDM），它是利用细小的钼丝、铜丝等作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属进行切割加工。

线切割主要用于加工各种模具、电极、形状复杂、精密细小的工件，以及对硬质合金、淬火钢、不锈钢、钛合金、金刚石等各种高硬度材料的复杂型腔和曲面形体加工，例如冲裁模的凸模、凹模、固定板、卸料板等。

线切割有许多无可比拟的优点，比如：线切割具有加工余量小、加工精度高、光洁度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，线切割已在生产中获得广泛的应用。

二、线切割加工铝材的现象以及原因1.在加工比较厚的铝材时，冷却条件差，电腐蚀物不能及时排除，电极丝升温快, 温度过高，易造成断丝、短路或烧伤工件。

2.电蚀物容易粘附在电极丝上, 导致工件表面粗糙度达不到要求。

电极丝直径增大, 加工误差增大。

3.由于导电块附着物过多，导电效果差，导电块产生火花，短时间内导电块被磨损并形成凹沟（见图1），最终导致不导电、夹丝或者断丝等现象。

4.由于铝件材料软，排屑比较困难，且铝在高温下极易形成硬质氧化膜，加工产生大量氧化铝或铝屑易粘在钼丝上，使钼丝与馈电块接触部位很快就会磨出深沟。

线切割加工精度保证措施及方法电火花线切割机按切割速度可分为快走丝和慢走丝两种，由于快走丝线切割机所加工:的工件表面粗糙度一般在Ra=1.25～2.5μm范围内，而慢走丝线切割机所加工的工件表面粗:糙度通常可达到Ra=0.16μm，且慢走丝线切割机的圆度误差、直线误差和尺寸误差都较快:走丝线切割机好很多，所以在加工高精度零件时，慢走丝线切割机得到了广泛应用。

:由于慢走丝线切割机是采取线电极连续供丝的方式，即线电极在运动过程中完成加工，:因此即使线电极发生损耗，也能连续地予以补充，故能提高零件加工精度。

但电火花线切割:机工作时影响其加工工作表面质量的因素很多，特别是慢走丝线切割机更需要对其有关加工:工艺参数进行合理选配，才能保证所加工工件的表面质量。

笔者在汕头大学CAD/CAM中心利:用日本Sodick公司制造的慢走丝线切割机进行了许多注射模和冲模的线切割加工，在分析:影响线切割加工工件表面质量的相关因素方面做了一些探索和研究，积累了若干行之有效的:工作经验，现介绍如下。

: 2 改善线切割加工工件表面质量的措施与方法: 在分析影响电火花线切割加工工作表面质量的相关因素之前，必须先了解电火花切割:加工时在线电极与工件之间存在的疏松接触式轻压放电现象。

通过多年观察研究发现：当柔:性电极丝与工件接近到通常认为的放电间隙(例如8～10μm)时，并不发生火花放电，甚至:当电极丝已接触到工件，从显微镜中已看不到间隙时，也常常看不到火花，只有当工件将电:极丝顶弯并偏移一定距离(几微米到几十微米)时才发生正常的火花放电。

此时线电极每进给:1μm，放电间隙并不减少1μm，而是电极丝增加一点线间张力，而工作则增加一点侧向压:力，显然，只有电极丝和工件之间保持一定的轻微接触压力后才能形成火花放电。

据此认为：:在电极丝和工件之间存在着某种电化学产生的绝缘薄膜介质，当电极丝和工件接触时因其在:不停运动，移动摩擦使该绝缘薄膜介质减薄到可被击穿的程度才会发生火花放电。

改善线切割（快走丝）加工表面粗糙度的措施电火花线切割加工表面粗糙度超值的主要原因是加工过程不稳定及工作液不干净，现提出以下改善措施：(1)保证贮丝筒和导轮的制造和安装精度，控制贮丝筒和导轮的轴向及径向跳动，导轮转动要灵活，防止导轮跳动和摆动，有利于减少钼丝的振动，促进加工过程的稳定(2)必要时可适当降低钼丝的走丝速度，增加钼丝正反换向及走丝时的平稳性。

(3)根据线切割工作的特点，钼丝的高速运动需要频繁地换向来进行加工，钼丝在换向的瞬间会造成其松紧不一，钼丝张力不均匀，从而引起钼丝振动，直接影响加工表面粗糙度，所以应尽量减少钼丝运动的换向次数。

试验证明，在加工条件不变的情况下，加大钼丝的有效工作长度，可减少钼丝的换向次数，减少钼丝的抖动，促进加工过程的稳定，提高加工表面质量。

(4)采用专用机构张紧的方式将钼丝缠绕在贮丝筒上，可确保钼丝排列松紧均匀。

尽量不采用手工张紧方式缠绕，因为手工缠绕很难保证钼丝在贮丝筒上排列均匀及松紧一致。

松紧不均匀，钼丝各段的张力不一样，就会引起钼丝在工作中抖动，从而增大加工表面粗糙度。

(5)X向、Y向工作台运动的平稳性和进给的均匀性也会影响加工表面粗糙度。

保证X向、Y向工作台运动平稳的方法：先试切，在钼丝换向及走丝过程中变频均匀，且单独走X向、Y向直线，步进电机在钼丝正反向所走的步数应大致相等，说明变频调整合适，钼丝松紧一致，可确保工作台运动的平稳。

(6)对于有可调线架的机床，应把线架跨距尽可能调小。

跨距过大，钼丝会振动，跨距过小，不利于冷却液进入加工区。

如切割厚40mm的工件，线架跨距在50～60mm之间，上下线架的冷却液喷嘴离工件表面6～10mm，这样可提高钼丝在加工区的刚性，避免钼丝振动，利于加工稳定。

(7)工件的进给速度要适当。

因为在线切割过程中，如工件的进给速度过大，则被腐蚀的金属微粒不易全部排出，易引起钼丝短路，加剧加工过程的不稳定；如工件的进给速度过小，则生产效率低。

1. 乳化油冲液后不乳化怎么办?在乳化油的生产过程中一般都会加入一些挥发性的稳定剂，如果在生产过程中不能按工艺要求操作或者使用了劣质的基础油作为原料都有可能产生这种现象，处理这个问题的最简单的办法就是加入一些可以乳化的乳化油，搅拌后就可以使其乳化，或者加入一些酒精，比例控制在1％－2％左右。

2. 工件切割不动怎么办？在实际切割过程中经常会遇到工件切割不动的情况，有时根本无法切割，这种情况一般发生在高厚度切割或切割象不锈钢等难加工材料时，其根本的原因就是工作液不具备良好的拍除蚀除产物的特性，应急的办法是加入一些洗涤精或者将工作液的浓度增加，但最根本的办法是换用好的工作液。

（在某些地区由于使用硬水冲液也会产生割不动的问题）3. 钼丝正反向切割时切割的速度不一致，甚至一个方向不走怎么办？这种情况在高厚度切割时往往会遇到，根本原因还是工作液的问题，当然也和其它因素如：变频跟踪速度、钼丝张力的均匀一致性等有关。

顺便说一句，在切割高厚度工件时最好将变频跟踪打快一点，因为在过跟踪时基本不会断丝，但在欠跟踪时往往会导致加工不稳，引起断丝。

4. 如何减少钼丝在丝筒两端断丝的几率高速走丝切割钼丝在丝筒两端要频繁换向，所以两端钼丝会反复收到拉力的冲击作用，使两端钼丝受到疲劳损伤，所以为延长钼丝的使用寿命应该隔一个班次（约8小时）就将换向行程开关向里移动一点。

这种方法在大电流高效率加工时尤其重要。

5. 如何延长钼丝的使用寿命钼丝在每次与工件间放电的同时自身也会受到损伤，只是程度很小而已，所以在换上新钼丝后最好用小能量的加工参数进行切割（使其损伤小一点），等到钼丝颜色基本发白后再改用正常的大电流进行切割。

当然在换好钼丝进行切割之前最好先让钼丝空运行5－10分钟，使其原有的内部应力得到释放。

6. 如何减少钼丝在起割点的断丝几率一般采用机床自动变频跟踪从外部切入工件的方法可以降低钼丝在起割点断丝的几率，同时要保证冷却液的良好供应，以吸收放电爆炸力使钼丝产生的扰动，工件最好距离上下喷水口5－10mm,使冷却液可以较好的包裹好钼丝。