預(yù)防高速走絲電火花線切割斷絲的措施

本文主要從電極絲的因素、送絲機(jī)構(gòu)的因素、工件的因素、電參數(shù)的因素、工作液的因素和操作使用的因素等6個(gè)方面提出了預(yù)防斷絲的措施，通過(guò)這些措施大大減少了斷絲的幾率，減少了成本，提高了生產(chǎn)效率。對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義，將有助于提高高速走絲的市場(chǎng)占有額。

1.引言

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)機(jī)床的精度和效率的要求也越來(lái)越高，而高速走絲機(jī)床低的加工精度嚴(yán)重影響了其發(fā)展。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，電極絲在加工過(guò)程中的斷絲現(xiàn)象是影響高速走絲機(jī)床效率和精度提高的重要因素。

通過(guò)總結(jié)前人的研究成果，發(fā)現(xiàn)影響電極絲斷絲的因素主要有 6 種：

電極絲的因素、送絲機(jī)構(gòu)的因素、工件的因素、電參數(shù)的因素、工作液的因素和操作使用的因素。通過(guò)進(jìn)行一系列的試驗(yàn)和研究，針對(duì)這6個(gè)方面存在的問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決措施，將大大減少斷絲現(xiàn)象，提高高速走絲的加工精度和效率，增加高速走絲的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2.電極絲

在高速走絲中，電極絲的材料、長(zhǎng)度和直徑、速度和存儲(chǔ)條件等選擇不當(dāng)都會(huì)引起斷絲，影響實(shí)際生產(chǎn)。

(1)電極絲材料一般選用鉬絲，因?yàn)槠渚哂泻芎玫捻g性，可以減少電極絲在換向時(shí)造成的沖擊，同時(shí)還有較好的導(dǎo)電性，價(jià)格便宜等優(yōu)勢(shì)。

(2)頻繁的換向是造成斷絲的一個(gè)很重要的原因，為此要加長(zhǎng)工作的電極絲的長(zhǎng)度，一般不應(yīng)小于貯絲筒工作區(qū)域長(zhǎng)度的一半，大約300——400m。在滿(mǎn)足實(shí)際加工條件的情況下，選取粗的電極絲，因?yàn)榇值碾姌O絲不易斷絲，且加工效率高，但直徑不是越粗越好，若直徑大，則電蝕顆粒會(huì)增多，使工作液純度降低，及易造成斷絲。

選取的電極絲直徑一般為0.10——0.18mm，當(dāng)加工的零件圓角半徑較小或精度要求較高時(shí)，可選取直徑<ϕ0.06mm的電極絲。另外當(dāng)直徑損耗了 0.03——0.05mm 時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換新絲，防止斷絲。因此選用合適的電極絲直徑是至關(guān)重要的，工件材料的厚度與直徑的選取關(guān)系如表1所示。

(3)電極絲的運(yùn)行速度一般為 8——10m/s，有助于工作液進(jìn)入到加工間隙帶走電蝕產(chǎn)物。若移動(dòng)速度太慢，會(huì)造成集中放電，燒傷電極絲，引起斷絲，反之則會(huì)使振動(dòng)幅度加大，精度降低。

(4)因?yàn)殡姌O絲選用鉬絲，而鉬絲在空氣濕度大的環(huán)境下極易被氧化，被太陽(yáng)曬時(shí)會(huì)變脆，且受折容易斷裂，為此需要把新買(mǎi)進(jìn)的鉬絲放入密封的容器中，用時(shí)再取。

3.送絲機(jī)構(gòu)的因素

送絲機(jī)構(gòu)中的導(dǎo)輪、導(dǎo)電塊、擋絲塊和貯絲筒等零部件的安裝不當(dāng)及磨損，以及機(jī)構(gòu)中導(dǎo)輪的材質(zhì)選用不當(dāng)和電極絲的松緊不適都會(huì)引起電極絲斷絲。

(1)在向高速走絲機(jī)床上安裝導(dǎo)輪、軸承和襯套等零件前一定要先將這些零件清洗干凈，保證沒(méi)有雜質(zhì)，且在使用 6——8 個(gè)月后需及時(shí)更換，防止斷絲。在進(jìn)行加工前，需將貯絲筒后端的限位擋塊調(diào)整好，防止貯絲筒沖出限位行程開(kāi)關(guān)而斷絲，同時(shí)貯絲筒上纏繞的電極絲不允許出現(xiàn)疊繞和夾絲現(xiàn)象。新買(mǎi)進(jìn)的導(dǎo)電塊由于棱角比較鋒利，在運(yùn)行中可能會(huì)劃斷電極絲，因此需在使用前將棱角進(jìn)行倒圓。

(2)陶瓷和硬質(zhì)合金導(dǎo)輪主要用來(lái)加工材質(zhì)較硬和難熔合金工件，而鋼制導(dǎo)輪主要加工材質(zhì)較軟的工件(如鋼、鋁和銅等)，根據(jù)工件材質(zhì)的不同選擇合適的導(dǎo)輪，可減少導(dǎo)輪的磨損，減少斷絲。

(3)合適的電極絲張力將有助于減少斷絲，提高生產(chǎn)效率，電極絲張力一般為 5——10N，但在加工斷面和孔時(shí)，因?yàn)樵诜烹姵跏嘉恢萌菀装l(fā)生斷絲，需要適當(dāng)?shù)臏p少?gòu)埩?，在工作一段時(shí)間后將張力調(diào)到穩(wěn)定狀態(tài)。

4.工件的因素

待加工工件的表面質(zhì)量、內(nèi)部的應(yīng)力、厚薄和本身的材質(zhì)都能引起斷絲。

(1)當(dāng)在進(jìn)行線切割加工的前一個(gè)工作流程為平磨加工時(shí)，需要進(jìn)行退磁處理，避免電蝕顆粒被吸附到切縫中，引起斷絲。在進(jìn)行加工前，需觀察工件表面，若存在鐵銹、污物和毛刺等，需及時(shí)清除，以免引起集中放電，造成斷絲。若工件內(nèi)部存在不導(dǎo)電雜質(zhì)，可以編制一段每進(jìn)0.05——0.1mm便后退0.5——1mm的程序，在加工中反復(fù)使用，同時(shí)加大工作液的流量，將雜質(zhì)沖刷掉。

(2)若工件在線切割加工前有熱處理工序，可在熱處理前從工件內(nèi)部加工穿絲孔，減少加工時(shí)因內(nèi)應(yīng)力釋放造成的斷絲。另外線切割工藝路線要選擇合理，如在粗加工時(shí)要盡量去除掉多的材料，讓工件釋放出更多的應(yīng)力，減少因線切割加工時(shí)工件變形造成的夾絲現(xiàn)象。

(3)一般稱(chēng)厚度在 3mm 以?xún)?nèi)的工件為薄工件，加工時(shí)必須采用封閉式切割，從毛坯內(nèi)部打工藝孔穿絲加工，避免工件因產(chǎn)生應(yīng)力變形而夾斷電極絲。且加工時(shí)要提高電源脈沖幅值，加大脈沖寬度，采用較粗的電極絲，使放電間隙加大，同時(shí)要將工件夾緊防止冷卻液對(duì)它產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)，從而減少斷絲。

厚工件一般是指厚度在100mm以上的工件，加工此類(lèi)工件引起斷絲的主要原因是排屑不暢。為此應(yīng)盡可能地增大放電間隙(一般應(yīng)大于 0.02mm)，使工作液在加工過(guò)程中充足穩(wěn)定的包裹住電極絲并進(jìn)入到加工區(qū)內(nèi)，增強(qiáng)排屑效果，提高切割的穩(wěn)定性，減少斷絲。

(4)切割鋁材會(huì)加快導(dǎo)電塊磨損并會(huì)切出窄縫，加工時(shí)窄縫會(huì)使鉬絲產(chǎn)生抖動(dòng)并使工件上出現(xiàn)搓板紋，且會(huì)使工作液內(nèi)含有大量的鋁質(zhì)蝕除產(chǎn)物，容易導(dǎo)致斷絲現(xiàn)象，為此切割鋁材要經(jīng)常更換導(dǎo)電塊和工作液。

5.電參數(shù)的因素

在高速走絲電火花線切割加工中，選擇合理的電參數(shù)，可以有效地減少斷絲，提高加工效率和精度。

(1)為減少斷絲幾率，加工時(shí)選擇脈沖間隔與脈沖寬度的比值在3——4倍之間，工件與電極絲之間的放電間隙在0.01mm左右。同時(shí)在加工過(guò)程中適時(shí)的調(diào)整脈沖間隙開(kāi)關(guān)(工件越厚，脈沖間隙要調(diào)寬一些，工件越薄，脈沖間隙則要調(diào)窄一些)，直到電流表上指示電流穩(wěn)定在某一數(shù)值且指鐘擺動(dòng)平穩(wěn)為止。

(2)在加工前要使預(yù)置的進(jìn)給速度與工件的蝕除速度相當(dāng)，這樣加工出來(lái)的表面精度高，且不易斷絲。同時(shí)正式加工的進(jìn)給速度一般調(diào)整到試切時(shí)的80%——90%，有助于減少斷絲。

(3)電極絲因直徑和材料的不同，所以其所能承受的短路電流峰值是有限度的。工作時(shí)的峰值電流一般為電極絲所能承受的最大短路電流峰值的75%——90%，應(yīng)在 40A 以?xún)?nèi)，平均放電電流小于 5A，同時(shí)減小放電電流的上升率以降低電極絲的損耗，可提高加工精度，并延長(zhǎng)電極絲重復(fù)使用壽命，防止斷絲。

選擇合理的電參數(shù)將有效地減少斷絲，表2 是對(duì)于一定厚度的工件，電參數(shù)的選擇情況：

6.工作液的因素

選擇合適的工作液成分、性能、濃度和水壓等將有助于減少斷絲，同時(shí)切割軟材料時(shí)，要對(duì)工作液進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，且要定期更換工作液。

(1)為了提高切割的穩(wěn)定性，并減少斷絲幾率，一般選用水基或含油成分少的工作液，同時(shí)在調(diào)配工作液時(shí)，最好不要使用自來(lái)水，因?yàn)樽詠?lái)水中存在鈣和鎂等有害于電蝕加工的離子。

(2)工作液的性能好，將有助于減少斷絲幾率。為此工作液需要有一定的絕緣性能，較好的洗滌性能和冷卻性能，以及減少脈沖能量損耗和改善電極絲損耗的性能。為有助于產(chǎn)生高頻脈沖火花放電通道，并實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化與傳遞，同時(shí)放電結(jié)束之后又能及時(shí)恢復(fù)絕緣狀態(tài)，工作液要有一定的介電性能。此外理想的工作液應(yīng)能產(chǎn)生合適的鍍覆現(xiàn)象，保護(hù)電極。

(3)工作液的濃度對(duì)電極絲是否發(fā)生斷絲有至關(guān)重要的影響。工作液濃度太高，易在放電時(shí)產(chǎn)生氣泡，致使放電在空氣中進(jìn)行而產(chǎn)生電弧，會(huì)燒斷電極絲，工作液濃度太低，將使工作液絕緣性能降低，電阻率減小，降低了對(duì)工件的潤(rùn)滑作用，也容易斷絲，因此一般工作液濃度控制在5%——10%左右。

在進(jìn)行大厚度工件切割時(shí)，因?yàn)榍锌p較窄，導(dǎo)致工作液很難滲透到切縫內(nèi)，排屑困難，易產(chǎn)生短路而引起電弧放電，從而燒斷電極絲。此時(shí)需調(diào)整工作液濃度到 3%——5%左右，容易使工作液進(jìn)入切縫內(nèi)，帶走切屑，使加工比較穩(wěn)定，且不易斷絲。

(4)線切割加工中工作液的沖刷作用相當(dāng)重要，加工電流越大，切割就越迅速，則產(chǎn)生的切屑就越多。此時(shí)需要的水壓要求就越高，以便將切屑快速帶走，減少斷絲幾率，水壓最高可達(dá)1.5MPa/cm。

(5)切割鋁、銅等軟性材料時(shí)，為了提高加工效率和表面光潔度，減少斷絲現(xiàn)象，可采用一些專(zhuān)用冷卻液，也有利于環(huán)境保護(hù)。

(6)若線切割機(jī)床每天工作8h，則需在工作8——10天后更換工作液，對(duì)于連續(xù)工作的線切割機(jī)床，工作180——200h 后應(yīng)更換切割液，以免工作液中雜質(zhì)太多，造成斷絲。

7.操作使用的因素

正確操作機(jī)床，注意有可能造成斷絲的細(xì)節(jié)，將有助于減少斷絲，提高加工效率。在加工過(guò)程中切勿切換功能鍵，以免開(kāi)關(guān)接觸不良造成短路從而引起電極絲燒傷，造成斷絲。在加工結(jié)束時(shí)，切割掉的部位會(huì)在重力的作用下墜落，此時(shí)電極絲極易被夾斷，可采用磁鐵吸附和夾板夾持等方法及時(shí)固定。

為減少電極絲在換向時(shí)造成的沖擊，以及張緊力不均勻造成的斷絲，在貯絲筒兩端應(yīng)該預(yù)留5——10mm寬度的鉬絲間隔。在切割過(guò)程中，如果貯絲筒換向時(shí)沒(méi)有切斷高頻電源，會(huì)導(dǎo)致處于切割部位的鉬絲在短時(shí)間內(nèi)因溫度過(guò)高而產(chǎn)生燒絲，因此在加工時(shí)需檢查貯絲筒后端的行程開(kāi)關(guān)是否失靈。中途停機(jī)時(shí)必須先切斷高頻電源，否則會(huì)導(dǎo)致電極絲在短時(shí)間內(nèi)因溫度過(guò)高而產(chǎn)生燒絲。

同時(shí)停機(jī)床時(shí)，最好停在兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)位置(貯絲筒剛好換向時(shí)按下急停)，因?yàn)槿绻藭r(shí)鉬絲張力過(guò)緊，則電極絲冷卻后可能會(huì)掙斷鉬絲，而這樣即使斷絲了，損失的電極絲會(huì)很少，剩余部分仍可繼續(xù)使用，減少了損耗，此外如果不加工零件時(shí)還應(yīng)該松開(kāi)絲頭一端。在拆絲和上絲時(shí)，會(huì)剪下很多長(zhǎng)度很小的電極絲，可能會(huì)混到電器部位中或夾在走絲裝置中，引起短路，造成斷絲，需將這些短頭集中放置。

8.結(jié)論

影響高速走絲機(jī)床斷絲的原因有很多，本文通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)和前人的研究，總結(jié)出了針對(duì)這6個(gè)方面可能出現(xiàn)的問(wèn)題的預(yù)防措施，大大減少了斷絲幾率，對(duì)于提高生產(chǎn)精度和加工效率有一定的借鑒意義。