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数控线切割加工铝件时常见问题与解决方法
来源:www.elmodelmo.com 发布时间:2018-09-10

数控线切割加工铝件时经常出现馈电块磨损严重、短路、断丝、加工轨迹畸变及工件变形等问题,有的直接造成加工产品报废。笔者根据多年加工积累的经验,对加工实践中关键性的技术问题进行了归纳总结。


一、线切割铝件易断丝的问题


  1. 线切割铝件易断丝的原因


  线切割铝件时,由于材料比较软,排屑困难,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。软的铝和硬的磨粒夹杂在一起,充塞在沟槽处,一旦被带进去,就会把沟槽挤死,丝也就被卡断了。


  2. 解决方法


  针对钼丝卡在馈电块里夹断钼丝的问题,调整一下上、下丝架馈电块的位置,以防馈电块磨损的沟槽引起夹丝断丝造成效率低、加工表面多次切割引起的质量下降和材料浪费。


  加工材料的厚度超过40mm,一般加工3~4h后就把馈电块稍微旋转一个角度,如图1b所示,先旋转到图1a所示方向,加工8h后再旋转图1b所示方向,这样每加工8h后旋转调整一次馈电块的位置来减少断丝的几率。实际加工表明,通过这种方法大大降低了加工成本,提高了经济效益。注意馈电块与电极丝过压量一般在0.5~1mm。当一个面的三个点都有切割沟槽后,再旋转馈电块90°,依次类推直到四个面都有切割沟槽。然后在靠近采样线的一边垫一个1~2mm的垫片,就可以向左调整馈电块的位置,就相当于换了一个新的馈电块,节约了生产成本。



图1 导电块安装方位示意图


  例如:每块铝件的厚度为2mm,共8块叠在一起同时加工,每隔大约8h调整一下馈电块的接触面,每天连续加工8h,到第6天出现断丝。然后用千分尺测量钼丝的直径只有0.125mm(原钼丝直径为0.18mm)。通过调整馈电块的位置大大避免了馈电块夹丝断丝的问题。


  当然还必须注意,当工件尺寸精度要求比较高时,必须要测量钼丝的直径,及时修改补偿量,保证尺寸精度要求。金属加工微信,内容不错,值得关注。


二、工件产生变形的问题


  1. 工件产生变形的原因


由于工件毛坯制造、切削加工、热处理时,其受热不均、内部组织相变、受力变形等作用使工件内部产生了残余应力,一段时间内在不受外界影响的情况下应力分布相对平衡,但在线切割加工过程中,由于工件材料被大量切去和切断,又会改变其应力分布,随着时间的推移而逐渐趋于平衡,从而使工件发生变形。对于铝合金零件这种变形现象更明显。


  2. 解决方法


  (1)切割加工前去应力 零件在切割加工前首先进行热处理消除材料内应力,这样切割时就不会出现大的应力变形,以稳定尺寸。当然不同的材质,进行处理的方法各不相同。


  (2)外轮廓加工方法 外轮廓加工时通常可以不用打穿丝孔从毛坯外侧切入即可,如图2a所示,这种方法极易由于毛坯破口后造成材料内应力释放产生较大变形,造成零件加工精度下降。为了避免和减少这种变形的产生,可以采用打穿丝孔加工的方法,保持毛坯轮廓的封闭性,如图2b所示,可最大限度地减少加工过程中的应力变形。


(a)外侧切入 (b)打穿丝孔加工
图2 外轮廓加工方法示意图


  (3)采用二次切割法 对于加工精度要求比较高的零件,最好采用二次切割法。


  如在加工图3所示某子弹尾翼时,采用V形铁装夹φ8mm这一端,而另一端悬空。按正常的加工工艺加工结束后,用千分尺测量,靠近V形铁处加工尺寸为2.00mm,而另一端加工尺寸仅为1.86mm。这是在线切割加工过程中,由于工件材料被大量切去改变其应力场分布,从而使工件发生变形。


图3 某子弹尾翼图


  加工改进的方法是第一次加工中间留的厚度由2mm增加到2.4mm,在第一次切割时单边留0.2余量,(使用φ0.18mm钼丝时)粗加工以快速进行。第一次切割完后毛坯由内部原来应力平衡状态受到破坏后,又达到新的平衡,然后进行第二次精加工,加工结束测量尺寸为1.99mm,达到了试验要求的尺寸。


三、铝件切割易短路及切割轨迹畸变的问题  


  1. 问题原因分析


  在日常加工中,大厚度工件的切割比较困难,因为受放电加工蚀除条件的制约,工件厚到一定程度,没有足够的冷却液进入工件,间隙内电蚀产物无法正常排除,加工很不稳定,直至有电流无放电的短路发生,在切割加工铝件时这种现象更易发生。


  通常情况下线切割加工机床具有短路保护功能,一旦出现短路,机床工作台即刻停止移动,保持原位不动等待处理。然而在加工铝件时,由于铝材轻、质软及排屑困难等,有时短路后放电点由加工区转移至馈电块处,造成馈电块与钼丝有火花放电,因此尽管工件和电极丝之间处于短路状态,但机床放电状态正常,因此机床不会因工件与钼丝间短路而实现短路保护,此时机床仍按正常程序切割加工,加工处因不放电故工件不能加工出正常形状和尺寸,仅靠钼丝在较软的铝质工件上拉出沟槽,造成切割轨迹畸变,导致工件报废。如图4所示加工齿轮时,前两个件加工均出现了切割轨迹畸变而工件报废的情况。金属加工微信,内容不错,值得关注。


图4 铝齿轮加工情况


  2. 解决的方法


  (1)首先是优化工艺参数 根据不同的厚度设置不同的线切割参数。通过多次试验发现,加工铝合金材料可适当减小脉冲宽度,这是因为脉冲宽度减小,使单个脉冲放电能量减小,则放电痕也小,还可以减小氧化铝颗粒的大小和数量,有效减小馈电块磨损。相对增加脉冲间隙,有利于排屑,减少粘丝,提高切割稳定性,并改善工件表面粗糙度。如果脉冲间隙太小,放电产物来不及排除,放电间隙来不及消电离,这将使加工变得不稳定,易造成断丝或切割轨迹畸变。


  设置的进给速度小于工件实际可能的蚀除速度,则加工状态便开路,切割速度慢。且由于铝合金熔点和汽化点低,使同等放电能量的加工蚀除量增大,从而使放电间隙大。由于放电间隙大,脉冲电压不能及时击穿极间的液体介质,大大地降低了脉冲的利用率,同时极间距离太大会导致电极丝振幅增大,使加工变得不稳定,甚至引起断丝。当设置的进给速度大于工件实际可能的蚀除速度(称过跟踪或过进给),则加工时易短路,实际进给和切割速度反而也下降,而且不利用排除铝材的电蚀物,造成断丝和短路闷死。因此,合理调节变频进给,使其达到较好的加工状态。整个变频进给控制电路有多个调整环节,其中大都安装在机床控制柜内部,一般不应变动。另有一个调节旋钮安装在控制台操作面板上,加工时可根据具体情况将此旋钮定在合适位置,以保证电流表、电压表读数稳定,钼丝抖动小,加工处于最佳跟踪状态。


  如加工厚工件时,一般情况刚开始(5mm)加工时,由于电极丝易抖动,冷却液浓度高,应加大单个脉冲的能量,增加脉冲的间隔,至少脉冲宽度与脉冲间隔比为(1∶8),这主要是保证有足够的单个脉冲能量和足够排除电蚀产物的间隔时间,同时降低加工电流,一般取2A以下。当加工稳定后,再相应缩小脉冲间隔,将加工电流提高3A左右,电压75V左右。目的是钼丝载流量的平均值在不增大的前提下,形成火花放电的能力,火花的爆炸力被增强。因此电参数应适当取大些,否则会使加工不稳定,加工零件的质量下降。


  切割速度和表面粗糙度的要求是相互矛盾的两个工艺指标,所以,必须在满足表面粗糙度的前提下再追求高的切割速度。


  (2)根据工件厚度选择合适的放电间隙 放电间隙不能太小,否则容易产生短路,也不利于冷却和电蚀物的排出;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,应尽量选用直径较大的钼丝、大脉宽电流,使放电间隙增大,增强排屑效果,提高切割的稳定性。


  (3)保持冷却液的清洁度 及时更换新的冷却液,并可在工作台冷却液的回流口用过滤网来过滤冷却液的杂质,再在冷却液的出口放一层海绵来吸附冷却液的杂质,效果就很好。为了提高排屑能力,防止出现加工轨迹畸形,还可在冷却液中加入洗涤剂和肥皂块,这样洗涤性能变好,排屑能力增大,改善了排屑状态。同时要及时地旋转调整馈电块的位置或重新换一块新的馈电块,经常清理馈电块处的切屑颗粒,保持钼丝与馈电块间的良好接触状态,避免该处出现放电现象,可有效避免切割轨迹畸变而造成工件报废。


四、结语


  从线切割加工实际操作出发,分析了在加工铝件时,极易产生氧化铝颗粒,造成导电性下降,馈电块磨损,产生断丝和短路等现象,严重影响加工质量和效率的问题,总结了实践中经常出现的问题与解决办法。这些方法和措施切实可行,对提高线切割加工质量,降低断丝、短路及加工铝件切割轨迹畸变现象具有良好的效果。
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