数控电火花线切割的应用.docx

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数控电火花线切割的应用

数控电火花线切割的应用

摘要:

随着微型计算机的迅速普及和数控技术的快速发展，数控电火花线切割加工新技术也得到不断完善和提高，其应用领域不断拓展。

本文就实用新型的线切割加工编程、线切割电火花脉冲电源性能的提高及新型电火花线切割加工机床功能的拓展等方面进行了专题论述，介绍了这项新技术在模具和工具制造加工领域的应用。

模具钢原材料冶金缺陷是先天性不足,是导致模具寿命短和早期失效致命伤。

线切割变形是后天性不足,容易造成废品,增加生产成本,必须采取有效措施,消除原材料冶金缺陷和线切割变形,大幅度提高模具质量和使用寿命,降低生产成本,增加市场竞争力,有显著技术经济效益

关键词：

电火花线切割加工；模具变形的原因及减小变形；新技术应用

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引言

随着我国模具工业的不断发展,数控电火花线切割技术在模具加工中显得更为重要。

而冲压模的加工更离不开电火花线切割的加工,不论是动模、定模、零配件,还是特殊加工场合。

由于数控电火花线切割是数字系统控制下利用火花放电电蚀加工方法进行加工,因此与其它机械加工相比有其独特的特点。

线切割是冲模零件的电子主要加工方式，然而进行合理的电子工艺分析，正确计算数控编程中电极丝的设计走丝轨迹，关系到模具的加工精度。

通过穿丝孔的确定与切割路线的优化，改善切割工艺，这对于提高切割质量和生产效率，是一条行之有效的重要途径。

第1章线切割机床的组成

数控线切割机床主要由机床本体，脉冲电源，控制系统，工作液循环系统和机床附件等几个部分组成。

机床本体主要包括工作台，运丝机构，丝架和床身四个部分。

脉冲电源是线切割加工设备的重要组成部分，是影响线切割加工工艺指标最关键的设备之一。

控制系统是进行是进行线切割加工的重要环节。

它的重要作用是再电火花线切割加工过程中，制动控制电极丝相对工件按加工要求进行切割加工;在此加工过程中不仅对走丝的轨迹进行自动控制，同时还对走丝速度进行自动控制，以维持正常稳定的切割加工。

工作液循环系统一般有工作液泵，工作液箱，过滤器，管道和流量控制阀等组成，其作用是充分，连续地向加工去供给清洁的工作液，及时从加工区域中排除电腐蚀产物，对电极丝和工件进行冷却，以保持脉冲放电过程能稳定顺利地进行。

第2章线切割加工原理及特点

与传统的切削加工方法不同，电火花加工是利用工具电极和工件两极之间脉冲放电时产生的电腐蚀现象对工件进行尺寸加工的加工方法。

电腐蚀现象的一个最简单例子是电气开关的触点的电腐蚀，这种腐蚀是由于触点开闭时产生的火花引起的，逐渐地会损坏触点。

电火花腐蚀的主要原因是：

电火花放电时火花通道内瞬时产生一个高温热源，将局部金属熔化和气化而蚀除。

但这种简单的电腐蚀还不能构成实用的电火花加工。

2.1实用的电火花加工要求

1.必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定间隙，通常约为几微米至几百微米，如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不能产生火花放电。

如果间隙过小，很容易形成短路接触，也不能产生火花放电。

因此电火花加工中必须有间隙自动调节装置，或称伺服控制系统。

2.火花放电应是短时间的脉冲放电，放电持续时间为10-7-10-3S,且每次放电后需停歇一段时间，以保证消电离，避免持续电弧放电烧伤工件。

3.火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化液等。

液体介质又称工作液，它们必须具有：

（1）较高的绝缘性能，以利于产生脉冲性的火花放电；

（2）液体介质还有排除间隙内电蚀产物，保证在时间和空间上分散的重复性脉冲放电正常进行；（3）冷却电极的作用。

因此，一般电火花加工设备都具有实现这些要求的装置，它们包括脉冲电源，工作液循环系统，工具电极与工件的相对伺服进给系统以及机床主体等。

它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件,例如模具的凸模、凹模。

它是在电火花穿孔、成形加工的基础上发展起来的。

它不仅使电火花加工的应用得到了发展，而且某些方面已取代了电火花穿孔、成形加工。

线切割机床已占电火花机床的大半。

2.2工作原理

绕在运丝筒上的电极丝沿运丝筒的回转方向以一定的速度移动，装在机床工作台上的工件由工作台按预定控制轨迹相对与电极丝做成型运动。

脉冲电源的一极接工件，另一极接电极丝。

在工件与电极丝之间总是保持一定的放电间隙且喷洒工作液，电极之间的火花放电蚀出一定的缝隙，连续不断的脉冲放电就切出了所需形状和尺寸的工件。

电极丝的粗细影响切割缝隙的宽窄，电极丝直径越细，切缝越小。

电极丝直径最小的可达φ0.05,但太小时,电极丝强度太低容易折断。

一般采用直径为0.18mm的电极丝。

根据电极丝移动速度的大小分为高速走丝线切割和低速走丝线切割。

低速走丝线切割的加工质量高，但设备费用、加工成本也高。

我国普遍采用高速走丝线切割，近年正在发展低速走丝线切割。

高速走丝时，线电极采用高强度钼丝，钼丝以8~10m/s的速度作往复运动，加工过程中钼丝可重复使用。

低速走丝时，多采用铜丝，电极丝以小于0.2m/s的速度作单方向低速移动,电极丝只能一次性使用。

电极丝与工件之间的相对运动一般采用自动控制，现在已全部采用数字程序控制，即电火花数控线切割。

数控线切割原理图

工作液起绝缘、冷却和冲走屑末的作用。

工作液一般为皂化液（乳化液）。

随着科技的发展也不断出现一些新型线切割专用工作液。

2.3数控电火花线切割的特点

（1）直接利用线状的电极丝作电极,不需要制作专用电极,可节约电极的设计、制造费用。

（2）可加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的复杂工件。

对不同的工件只需编制不同的控制程序,对不同形状的工件都很容易实现自动加工,适合小批量形状复杂零件、单件和试制品的加工,且加工周期短。

（3）利用电蚀加工原理,电极丝与工件不直接接触,两者之间的作用很小,故而电极丝、夹具不需要太高的强度。

（4）传统的车、铣、钻加工中,刀具硬度必须比工件大,而数控电火花线切割机床的电极丝材料不必比工件材料硬,可节省辅助时间和刀具费用。

（5）直接利用电、热能进行加工,可以方便地对影响加工精度的加工参数（脉冲宽度、间隔、伺服速度等）进行调整,有利于加工精度的提高,便于实现加工过程的自动化控制。

（6）工作液一般采用水基乳化液或,洗涤性好的工作液成本低,不会发生火灾。

（7）利用四轴或五轴联动,可加工锥度、上下面异形体或回转体等零件。

（8）由于电极丝比较细,可以方便地加工微细异形孔、窄缝和复杂截面的型柱、型孔。

由于切缝很窄,实际金属去除量很少,材料的利用率很高。

对加工、节约贵重金属有重要意义。

（9）采用移动的长电极丝进行加工,使单位长度电极丝的损耗较少,从而对加工精度的影响比较小,特别在慢走丝线切割加工中,电极丝一次性使用,电极丝损耗对加工精度的影响更小。

正是由于电火花线切割加工有许多突出的特点,因而在国内外发展很快,在塑料模具加工中应用广泛。

第3章线切割加工模具的应用

在模具加工中，电火花线切割加工技术得到了广泛的应用，但在线切割加工过程中，模具易产生变形和产生裂纹，造成零件的报废，使得成本增加等问题屡屡发生。

所以，线切割加工中模具的变形和开裂问题，也越来越引起人们的关注，多年来，人们对线切割加工的变形和开裂认识不够，往往造成线切割加工部门与来料加工者之间相互推脱责任，产生矛盾。

其实，变形和开裂的原因是多方面的，如材料问题、热处理问题、结构设计问题、工艺安排问题及线切割时工件的装夹和切割线路选择的问题等等。

在这诸多因素中，能否找到线切割加工变形和开裂规律呢?

笔者通过多年的深入研究，提出了以下防止变形和开裂的措施。

3.1产生变形及裂纹的主要因素：

在生产实践中，作者经过大量的实例分析，发现线切割加工产生变形和裂纹与下列因素有关。

3.1.1与零件的结构有关 ：

（1）凡窄长形状的凹模、凸模易产生变形，其变形量的大小与形状复杂程度、长宽比、型腔与边框的宽度比有关。

形状越复杂，长宽比及型腔与边框宽度比越大，其模具变形量越大。

变形的规律是型腔中部瘪入，凸模通常是翘曲;

（2）凡是形状复杂清角的淬火型腔，在尖角处极易产生裂纹，甚至易出现炸裂现象。

其出现的频率与材料的成分、热处理工艺等有关;

（3）圆筒形壁厚较簿零件，若在内壁进行切割，易产生变形，一般由圆形变为椭圆形。

若将其切割缺口，在即将切透时易产生炸裂现象; 

（4）由零件外部切入的较深槽口，易产生变形，变形的规律为口部内收，变形量的大小与槽口的深度及材料性质有关。

3.1.2与热加工工艺有关 ：

（1）模具毛坯在锻造时始锻温度过高或过低，终锻温度偏低的零件; 

（2）终锻温度过高，晶粒长大，终锻后冷却速度过慢，有网状碳化物析出的模坯; 

（3）锻坯退火没有按照球化退火工艺进行，球化珠光体超过5级的零件; 

（4）淬火加热温度过高，奥氏体晶粒粗大，降低材料强韧性，增加脆性; 

（5）淬火工件未及时回火和回火不充分的零件。

3.1.3与机械加工工艺有关 ：

（1）面积较大的凹模，中间大面积切除而又事先未挖空，因切去框内较大的体积，框形尺寸将产生一定的变形; 

（2）凡坯料中无外形起点穿丝孔，不得不从坯料外切入的，不论其凸模回火和形状如何，一般容易产生变形，尤其是淬火件变形严重，甚至在切割中产生裂纹; 

（3）对热处理后的磨削零件，无砂轮粒度、进刀量、冷却方式等工艺要求，磨削后表面有烧伤及微裂纹等疵病的零件。

3.1.4与材料有关：

（1）原材料存在严重的碳化物偏