数控电火花线切割加工的特点与工艺
摘要:本文对数控电火花线切割加工的特点以及线切割加工中引起模具加工零件变形的各种因素作了深入分析,从实践经验中提出了一些解决途径和有效加工方法,相信对提高模具加工质量具有一定的借鉴作用。
关键词: 模具加工；WEDM；加工工艺；工件变形
0 前言
电火花线切割加工(wire cut EDM,简称WEDM)是在电火花加工基础上发展起来的一种新的工艺形式,它是利用移动的细金属丝作为工具电极,在金属丝与工件间通以脉冲电流,利用脉冲放电的电腐蚀作用对工件进行切割加工的。
数控线切割加工零件的精度高,适应平面复杂形状零件的加工,具有应用灵活,加工周期短,节约材料等特点。
目前在新产品的研制和开发中,大量采用数控线切割技术来直接切割零件,缩短研发周期。然而,再先进的机床,如果没有重视加工的工艺技术与操作技巧,没有做到工艺合理,是不能高效地加工出高质量的工件。因此在实际操作过程中,必须重视有关加工技术。
1 数控电火花线切割加工的特点
随着数控电火花线切割机床的普及,电火花线切割机床已逐渐从单一的冲裁模具加工向各类模具及复杂精密模具和其他各类零件的加工方向转移。其应用越来越广泛。
数控线切割加工具有电火花加工的共性,金属材料的硬度和韧性并不影响其加工,电火花线切割主要用来加工淬火钢和硬质合金;当
前绝大多数电火花线切割机,都采用数字程序控制,其工艺特点如下:
1.1 用来加工一般切削方法难以加工或无法加工的形状复杂的
工件,如冲摸、凹凸模及外形复杂的精密零件等。
1.2 不像电火花成形加工那样要制造特定形状的工具电极,而是采用直径不等的铜丝或钼丝等作工具电极,因此切割用的刀具简单,
大大降低了生产准备工时。
1.3 电极丝直径较细(0.025～0.3mm),切缝很窄,这样不仅有利
于材料的利用,而且适合加工细小零件。
1.4 电极丝在加工中是移动的,不断更新(慢走丝)或反复使用(快走丝),可以完全或短时间不考虑电极丝损耗对加工精度的影响。
1.5 依靠计算机计算和控制电极丝轨迹和偏移轨迹,可方便地调整凸凹模具的配合间隙,并且依靠锥度切割功能可实现凸凹模一次加工成型。
2 线切割加工工艺
2.1 薄工件的加工
所谓薄工件,一般是指厚度在5mm以下的工作。如样板及机械零配件等,要保证这类工件的加工精度是有一定困难的。
主要原因是丝架上下导丝轮的开距是固定的,般约70mm。当切割薄工件时,在快走丝的情况下,电极丝失去了加工厚工件时应产生的
冷却液的阻尼作用,又加上火花放电的影响,因而电极丝很容易产生抖动。
另外,切割薄工件的速度快,变频进给也快,而步进电机的速度有一定的技术范围,速度太快时(指超过它承受的最高脉冲频率)会产生失步和丢步现象,这些都会影响工件的加工精度。为克服上述现象,保证薄工件的加工质量,建议采取下列措施:
2.1.1 把加工电压调至50V左右;
2.1.2 调整脉宽,使之小于10μs;
2.1.3 加工电流控制在0.2～0.3A范围内;
2.1.4 减小电极丝抖动。
如果储丝筒是直流电机拖动的,则改变电枢电压,降低转速;如果是交流电机拖动的,则在A、B、C相的任意两相中串接10～15Ω、75W 线绕电阻,降低相电压,使其换向过渡时间稍为拉长,实现软换向,减少抖动;
2.1.5 在上下导轮之间加宝石夹持器;
2.1.6 如果装置夹持器有困难,也可采用辅料加厚的方法,加大厚度,使阻尼增加,从而可防止电极丝抖动。使用这种方法比较简便,而且加工电参数也不需要调整改动。
2.2 减少与防止工件的变形和开裂
有些工件切割后,尺寸总是出现明显偏差,检查机床精度、数控柜和程序都正常, 最后才发现是因为变形引起的。
2.2.1 工件变形和开裂
①切缝闭合变形
图1所示的凸模,由坯料外切入后,经点A至点B、C、D、E、F,按顺时针方向再回到点A。在切完EF圆弧的大部分后BC切缝明显变小甚至闭合,当继续切割至点A时,凸模上FA与BC间平行的尺寸增大了一个切缝的宽度。
②切缝张开变形
图2所示的凸模也是从坯料外切入,此图形没有较大的圆弧段,变形时切缝不是闭合,而是张开。继续切割HG段时,凸模上的AB和HG间平行的尺寸将会逐渐变小。
③未淬火件张口变形
图3为未经淬火的工件,切割后的开口外张开,使开口尺寸增大。
④淬火工件切割后开口变小图4为切割经过淬火的材料,切割后的开口部位的尺寸变小。
⑤尖角处开裂
图5为较大的凹模,因内形尖角处没有较大的工艺圆角r,所以当切去内框体积较大时,使材料应力平衡受到严重破坏,致使尖角处因应力集中而开裂。
⑥凹模中间部位宽度变小图6为一个长宽比较大的窄长凹模,在切割后测量时,发现槽的中间部位变窄,这是由于图形中的长槽和小槽的应力变形所引起的。
2.2.2 改善变形与开裂原因的技术措施
①无凸模外形起点穿丝孔
当从坯料外直接切入切割凸模时,因材料应力不平衡产生变形,如张口、闭口变形, 以致影响工件加工尺寸精度。所以,在切割凸模时,应在坯料上钻出凸模外形起点穿丝孔。
②夹压方式不对
有时不便于钻凸模外形起点穿丝孔,可以改变切割路线及夹压位置,以减少或避免变形对切割工件尺寸精度的影响。如图2所示的凸模,若把切割路线改为A—K—J—I…按逆时针方向至B—A,由于夹压工件的位置在最后一条程序处,所在切割过程产生的变形不致影响凸模的尺寸精度。
③凹模切去的实体部分太多
面积较大的凹模,由于切去了框内较大的体积,使应力变化很大(图5),容易产生变形,甚至开裂。对于这种凹模,应在淬火前将中部铣空,给线切割留2～3mm的余量, 这可使线切割时产生的应力减小。
④凹模尖角处易产生应力集中大框形凹模的尖角处易产生应力集中而在切割中引起开裂,应在尖角处增设适当大小的工艺圆角r,以缓和应力集中。
⑤热处理不当
钢件的残余应力随含碳量的增加而增加,高碳钢易开裂,应避免使用高碳钢作凸、凹模材料。淬火时在确保硬度的情况下,应尽可能使用较低的温度和较缓慢的加热、冷却速度,以减小产生的应力。
回火是减小淬火所产生的残余应力的重要手段,回火的效果与回火的温度、持续时间有关。对于易变形、开裂的工件,有时切割后在
