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线切割机断丝原因的分析及对策
点击次数:10962 发布时间:2012-03-26
  1引言
  
  电火花线切割机对各种形状的冲模及零件自动切割加工,具有精度高、速度快、周期短等优点。高速走丝线切割机的电极丝运动速度快(300-700MM/MIN,且是双向往返循环运行,在加工过程中极易发生断丝现象。一般来说,绕一筒钼丝(©0。14MM为例)应能完成对2667CM平方工件断面的切割。钼丝直径由原来的©0。14MM损耗到©0。1MM左右,还有继续使用的价值。若在切割过程中多次出现断丝,则不但造成经济损失,而且带来重新绕丝的麻烦,耽误时间,并易在工件上产生断丝痕迹,影响加工质量,严重的还会造成工件报废。
  
  本文比较详细地分析了高速走丝电火花线切割机断丝的原因及相应的解决对策,工作实践证明分析正确,解决方法有效。
  
  2断丝原因分析及对策
  
  2.1与钼丝相关的断丝
  
  (1)钼丝的选择。钼丝直径的粗细是影响断丝的一个主要原因。为了减少断丝,在满足加工要求的前提下,应心尽量选用较粗的钼丝,一方面能提高钼丝的张力,减少钼丝的抖动,另一方面由于粗的钼丝加宽了切缝,工作液容易渗透进去,有利于排屑。为了确保加工稳定,应及时更换损耗到一事实上程度的钼丝,避免因钼丝变细变脆断丝而中断加工。
  
  (2)钼丝的松紧程度。若钼丝安装太松,则钼丝抖动厉害,不仅容易断丝,而且由于钼丝也不宜安装得太紧,太紧内应力增大,断丝的可能性也大。因此钼丝的切割进程中,其松紧程度要适当。
  
  钼线要按规定的走向绕在贮丝筒上,同时固定两端。绕丝量可根据贮丝筒长短而定,一般来说,除两端各留10MM之外,中间绕满不重叠,宽度不宜少于贮丝筒长度的一半,以免电机换向频繁而使机件加工损坏,并防止钼丝频繁参世切割而断丝。
  
  绕上钼丝后,调整挡丝装置,上、下挡丝装置都起作用,使贮丝筒上两边钼丝间距为挡丝销直径的1.5倍(约为8MM)。根据绕丝多少调整换向挡块的位置,一般两端各留2-3MM的钼丝不参轼切割,以避免换向时发生断丝。
  
  机床上钼丝引出处有排丝柱,排丝柱是由两根红宝石制成的导向立柱,也有用硬质合金材料制作。排丝柱不像导轮子那样作滚动,它们直接与钼丝接触,作滑动磨擦。因此磨损很快,使用不久柱体就会形成深沟。排丝柱应经常翻天覆地转和挪槽,必须让排线柱顶紧钼丝,不能让钼丝有自由活动的余地。否则,会出现叠丝,必须导致辞断丝。
  
  钼丝在加工一段时间后,由于自身的拉伸而变松。当伸长量较大时,会加剧钼丝振动或出现钼丝在贮丝筒上重叠,使走丝不稳而引起断丝。应经常检查钼丝的张紧程度,如果存在松驰现象,要及时拉紧。
  
  (3)钼丝的储存。根据经验,钼丝有三怕:怕潮、怕折和怕晒。受潮会氧化,折而易断,晒而变脆。新购进的钼丝,应存放在密封在器皿中妥善保存,随用随取。文献[1]针对某种型号线切割机,提出一些提高钼丝寿命的方法。如根据工件具体情况,将贮丝筒防护罩壳改进,或对钼丝运动轨迹进行适当调整,都产生了明显效果,不仅能延长钼丝使用寿命,而且不影响加工效果。
  
  2.2与钼丝机构相关的断丝
  
  线切割机的导丝机构主要是由贮丝筒、线架和导轮组成。当导丝机构的精度下降时(主要是传动轴承),会引起贮丝筒的径向跳动和轴向窜动。贮丝筒的径向跳动会使电极丝的张力减小,造成丝松,严重的会使丝从导轮糟中脱出拉断。贮丝筒的轴向窜动会使排丝不匀,产生叠丝现象。如果线架刚性差,运丝时会产生振动或摆动,不但影响精度也会相起断丝。导轮轴承的磨损将直接影响导丝精度,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,会使电极丝的磨擦力过大,易将丝拉断。这种现象一般发生在机床使用的时间长、导丝机构保养不善、精度下降的情况下。因此在机床使用中应定期检查导丝机构的精度,及时更换磨损部件。
  
  2.2.1与贮丝筒样关的断丝[2]
  
  (1)贮丝筒因内外圆不同轴,会产生不平衡惯量,运转时容易产生叠丝,而导丝断丝。因此,贮丝筒必须经过动平衡校正,以保证其在高速运转时产生剧烈的抖动和窜动。
  
  (2)贮丝筒的轴和轴承等零件常因磨损而产生部隙,也易引起丝抖动而断丝,因此必须及时更换磨损的轴和轴承零件。
  
  (3)贮丝筒换向时,如没有切断高频电源,会导致钼丝在短时间内因温度过高而产生烧丝,困此须检查贮丝筒后端的行程开关是否失灵。
  
  (4)要保持贮丝筒、导轮转动灵活,否则在往返运动时会引起导丝系统振动而断丝。绕丝后空载走线检
  
  验钼丝是否抖动。若发生抖动要分析原因。
  
  (5)贮丝筒后端的限位档块必须调整好,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钼丝接触、磨擦,易产生沟槽并造成夹丝拉断,因此也需及时更换。
  
  (6)应在换向不久停机,防止贮丝筒因惯性超程冲坏传动件及拉断钼丝。
  
  2.2.2与导轮及导电块相亲的断丝
  
  导轮、导电块也是影响断丝的两个重要零件。若导轮和导电块因磨损而产生沟槽时,容易使钼比抖动而断丝;若导轮轴承磨损后产生间隙,也会造成丝的抖动。使火花放电间隙状态极不稳定,间隙短路频繁,造成变频跟踪失调,烧断电极丝。另外应保证导电体与导电哗接触良好,否则高频电源负极无法与钼丝接通或接触不良,导致钼丝不能对工件进行政党的加工,而高频电源的自动控制信号仍使控制台的变频不断工作,步进电机继续进给,zui后使钼丝磨、顶、夹断。也不允许导电轮相对钼丝有所抛起,致使钼线受力较大而引起断丝,或因钼丝与导电轮接触不良而引起短路断丝。
  
  2.3与工件相关的断丝
  
  1在以线切割加工为主导工艺时,应合理选用工件材料及严格规范材料的锻造和热处理以减少材料的变形。一般应选用锻造性能好、淬透性好、热处理变形小的材料。在材料处理中应注意以下几方面:
  
  (1)使用锻打淬火材料不容易断丝,对不经锻打、不淬火材料,在线切割加工彰,zui好采用低温回火,消除应力。
  
  (2)淬火钢中回火次数少的比回火次数多的容易引起断丝。淬火钢应严格执行热处理工艺低温回火要充分。
  
  (3)T8钢比其他钢易引起断线。T8钢在线切割加工中应尽量少用,由其是淬火后。
  
  2工件材质不纯。锻造的工件毛坯有时含有夹层和夹碴。或是表面覆盖氧化皮和异物。这些杂物在切割过程中与钼丝接触,发生剧烈的磨擦。此时计算机只能识别高频电流短路的是与否而处理数氢,确定是否切割跟踪。钼丝与绝缘物剧烈地磨擦时,虽切进速度为零,可高频电流仍呈未短路状态。控制系统会继续按程序指令向步进电机发出前进的脉冲,使工作台照样运动,结果把钼丝勒断。
  
  3工件内部有较大应力。由于工件的内应力未得到消除,在切割时,有的工件会开裂,把钼丝碰断;有的会使间隙变形,把钼丝夹断或弹断。
  
  4虽然线切割加工过程中工件受力极小,但仍需牢固夹紧工件,防止加工过程中因工件位置变动造成断丝。同时避免由于工件的自重和工件材料的弹性变形造成断丝。例旭在加工具有锥度的工件时,常会产生在加工结束时,因工件下落而压断钼丝的现象。因些,在加工此类工件时,可在加工快要结束时,用磁铁吸住将要下落的工件,从机时防止断丝。而在切割较林工件将结束时,zui好人工保护下落的工件,使其平行、缓慢下落。工件在自由下落过程中一旦与母体发生卡滞或夹住会造成动转的钼丝断裂。
  
  2.4与工件液相关的断丝
  
  在线切割加工中对工作液除要求有冷却作用外,还有特殊的要求:(1)要具有一事实上的绝缘强度。(2)具有压缩缩放电通道各消电离作用。(3)具有良好的洗涤性和润滑及排屑性能均好;若采用非植物性的皂化液,必须先进行试用。不论采用何种皂化液,都必须按规定3%-5%(冷却剂与水体积比)进行配制。皂化液浓度过大时(如浓度超过10%),有利排屑,但切割速度较慢。皂化液浓度过小(如低于2%)不利排屑。放电间隙里被切屑堵住,工作液保持一定压力和流量,而冷却装置在切割时上下喷水就均匀,以便及时把腐蚀物排出,这样就会具有良好的排渣能力和冷却性能。
  
  如何鉴别皂化液能否使用,可从下述4个方机观察[4]:
  
  (1)绕一点新钼丝,在工件上试割约1H,观察钼丝工作部位的颜色,若呈灰白色,冷却液可用来切割较薄工件。如灰白色中夹杂黑条或斑点,黑条处直径明显变功,用力一拉,此处就断时,需要换亲的工作液。
  
  (2)有时钼丝虽然也呈灰白色,但在切割厚工件时,无论怎样调整加工规准,切割电流总是不稳定,这种工作液不宜继续使用。
  
  (3)看起弧和通路电流。启动贮丝筒,人工强迫高频电流接通,使钼丝慢慢向工件靠扰,但不要接触工件,大约间距1-1.5MM,些时应没火花。然后给工件冷却,使钼丝与工件间距构成液体通路若有火花产生或电流表读数值在原空载基础上增加10MA以上(空载为30MA左右0,此时工作液不可再用。
  
  (4)工作液变黑扣综合性能就会变差,极易造成断丝。因此要经常观其色,嗅其味,发现异常及时更换。要保证工作液不能太脏,电蚀物浓度不能太高,使工作液保持一事实上的介电能力。由其是加工硬质合金时,电蚀物较多,易使工作液的渗透性和流动性差,造成排屑不良。
  
  2.5与电参数相关的断丝
  
  电视准参数的选择不当也是引起断丝的一个重要原因,所以要根据工件厚度选择合理的电参数。将脉冲间隔拉开一些,有利于溶化金属微粒的排出。同是峰值电流和空载电压不宜过高,否则使单个脉冲能量变大,切割速度加快,容易产生集中放电和拉弧,引起断丝。一般空载电压为100V左右。在电火花加工中,电弧放电是千百万负极腐蚀损坏的主要因素,再加上间隙不合适,容易使某一脉冲形成电弧放电。只要电弧放电集中于某一段,就会引起断丝。[4]
  
  根据工件厚度选择合适的放电间隙;放电间隙不能太小,否遇容易产生短路也不利于冷却和电蚀物的排除;放电间隙过大,将影响表面粗糙度及加工速度。当切割厚度较大的工件时,应尽量选用大脉宽电流,同时放电间隙也要相应大一点(一般应大于0.02MM),从而增强排屑效果,提高切割的稳定性。
  
  2.6与高频电源相关的断丝[5]
  
  高频电源是线切割加工的能源。它的性能及参数将直接影响线切割加工的质量。因目前使用的机床高频电源基本上都是晶体管方波电源,其性能大体相同。这是主要从电源参数选择、波形变化等使用方法和高频电流来得过早等方面分析产生断丝原因。
  
  (1)短路电流峰值过大(即功率管投入的数量太多),超过了电极丝所承爱的电流,将会使电极丝过热,因过度疲劳而发脆,烧断电极丝。因此要根据不同直径的电极丝,合理先用短路电流峰值。
  
  (2)高频脉冲负波过大。脉冲的负波直接蚀除电极丝,使丝损耗增林。降低的使用寿命,造成短时间断丝。
  
  (3)脉冲电源输出功率管漏电流过大,或电故障造成工率管截止不可靠。这样在脉冲停歇时间里,功率管不能完全截止。相当于在火花间隙中加入了直流电流使放电间隙不能很好地消电离而使丝发热,烧断电极丝。
  
  (4)脉冲宽度及脉冲间隔选择不当。合理选择脉宽及间隔是减少断丝提高加工速度的重要因素。一般在加工厚弃为30MM以下工件时,现象不太明显。但在加工厚度较大的工件时,脉冲宽冲度过宽会使放电间隙中出现放电点集中现象,烧伤电极丝;脉冲间隔过小,使间隙中的电蚀物不能充分排出,消电离不充分,也容易断丝。此时在电极丝上可以明显看出烧出痕迹(黑色斑点)。在一般常用的矩形波电源中,脉冲宽度一般ti<40us。脉冲宽度与脉冲间隔之比,根据工件厚度不同,一般可以1:2到1:8之间选取。比值过大,会使加工速度下降。
  
  (5)有的机床使用了一段时间后,电器控制元件的参数发生了变化(如DK7725D型机床),高频电流的接通不是由限位开关控制的,而是由贮丝筒电机旋转的电流反馈讯号控制的。元件参数变化后,引起了高频电流来得过早。贮丝筒换向后还未进入正常转速时,高频电流早就自动接通了,造成了烧丝。处理高频电流早到的办法:在反馈讯号的接受系统串接一只电位器,使反馈讯号的接受门电位抬高一点,使作3年多未出现异常。高频电流到来的时间是可调的。
  
  文献[6]以社会上拥有量较在的JD-15型线切割机为便,根据高频电源工作原理,简要地分析了由高频电源方面(主要指主振级、推动级和功率输出级)所引起的断丝原因。
  
  2.7操作不当引起的断丝
  
  (1)换挡不及时
  
  在正式切割前,都要用“人工”(或“手动”)档强迫高频电流接能,用来校对始点以便起步和记零。一旦起步完成,转入正常切割,操作者应立即把“手动”档转入“自动”档,机床才能自动进行。否则,在*个换向时,高频电流就会烧断,因为“手动”档是不受换向开关控制的。
  
  (2)换向定位块压持不准
  
  特别是有钼丝穿过预钻孔的工件,在压丝后必须检查一下换向切块的压紧位置是否合适,一般在贮丝筒两端至少应留4MM的钼丝为换向余量(指排丝距离)。如果余量过少或没把钼丝压紧,运行后顺第2个换向时就会断丝。
  
  (3)中途停机时没有先切断高频电流
  
  停机丝速为零时,且又与工件发生短路,高频电流必然会把钼丝烧断。
  
  2.8工作台移动不匀速引起的断丝
  
  机床有X和Y向丝杠,按指令程序带动工作台,在平面内4个象限作任意运动。工件的切割精度靠丝杠保证。丝红和螺母的间隙是靠弹簧来消除的。如果丝杠润滑不良或弹簧力不足,会引起工作台爬行移动,在这种情况下切割,高频电流会出现频繁的短路,如不及时排除故障,势必造成断丝。
  
  在调节变频跟踪速度时,应尽量使进给速度约等于工件蚀除速度,这样脉冲利用率高,加工速度快,加工状态稳定。旱灾给速度过高,短路频繁,丝老化快,在电流表上可看出加工电流较大。加工速度过低,进给速度调节过慢,易使用权放电间隙不稳定,产生过渡电弧放电,极易烧断电极丝。正式加工时,一般将试勤勤恳恳的进给速度下降10%-20%,可有效减少短路和断丝。
  
  3小结
  
  对高速走丝线切割机断丝现象的分析及提出的解决方法,是根据长期工作经验和查况大量文献后总结出来的,实际应用中,由于设备、环境和加工工艺不同造成断丝的原因还有很多,需要在实践中不断地总结和提高。
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