数控线切割教学课题_数控线切割习题库

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课题十二 综合零件加工

【学习目标】

掌握电火花快走丝线切割加工的一些工艺技巧 【课

时】

知识学习、技能训练8课时 【知识学习】

一、断丝

断丝是线切割加工中最为常见的一种情况。其产生的原因很多，大致可分为加工前断丝、加工中断丝和加工结束时断丝，特别是快走丝线切割机床断丝是一件让人头痛的事，因其手工装丝实在很烦很脏。其实，只要掌握好加工方法与技巧，断丝是可以避免或大大减少的。

如果快走丝机床断丝，常用两种处理方法。一种是原地穿丝，用人工的方法使其不短路，按下启动开关，继续切割，但是此种方法常常不易成功。最有效的方法是回到加工起始点，重新穿丝再进行切割，有时也可以再编程序或沿原程序路径反向切割完成加工。

1.加工前断丝

加工前断丝是指在没有加工的时候断丝或加工即将开始时断丝。在没有加工时断丝一般是走丝机构故障，干扰了丝的正常运转。需要调整走丝机构各个部位的位置，检查是否有故障。对于进电块，丝的滑动部位等要清除污垢，保持清洁。如果在加工即将开始时断丝，要考虑参数的选择是否合理。在选择参数时要兼顾切割速度、表面粗糙度及加工的稳定性。在切割开始时，突然产生放电，电极丝易烧断或拉断，这时需要把电参数改小，除到一个较小的范围，待加工稳定后再把电参数加上去。另外，一定要在丝筒旋转的情况下才能发送高频脉冲信号，否则丝会被烧断。

2.加工结束时断丝

加工结束时断丝常常是由于工件的变形或落下引起的。在工件装夹前要对工件进行预处理，减少材料的内应力，以防变形。在废料脱落前，用磁铁或其他方法进行固定。在切落之前，也可以更改电参数或非电参数，减小切割能量，降低切割速度。

3.加工中断丝

加工中断丝主要是由于电流过大，熔断了电极丝。线切割加工一般都采用晶体管高频脉冲电源，用单个脉冲能量小、脉宽窄、频率高的脉冲参数进行正极性加工。加工时，可改变的脉冲参数主要有电流峰值、脉冲宽度、脉冲间隔、空载电压、放电电流等。要求获得较好的表面粗糙度时，所选用的电参数要小；若要求获得较高的切割速度，脉冲参数再选大一些，但加工电流的增大受排屑条件及电极丝截面积的限制，过大的电流易引起断丝。

加工中如果进电块有切割出的小槽，也会引起电极丝的断开。可以将进电块换一个方向使用，避开电极丝在小槽中的摩擦。当然，也可以更换新进电块。

电极丝的好坏也是引起断丝的一个重要原因。在购买电极丝的时候，要考虑它的切割性能，不能以便宜取货。其中电极丝的抗拉强度与熔点是重要的指标。

工件中若有不导电的物体也会引起断丝。如模具中若有502胶水，电极丝切割到此处，将会发生短路，最终引起断丝。可以用较弱的加工条件通过困难加工区域，也可以去除不利因素之后再重新切割或换方向切割。

二、短路 短路指的是电极丝与工件相接，却不能产生放电的通道。在正常放电过程中，电极丝与工件并没有真正接触，有一定的距离。而这个距离就是放电通道。当放电通道被堵塞，将不能正常进行放电加工。

1.加工前短路

加工前短路往往是工件起割的地方不导电，切割前切记要保持加工面的干净，如图（）所示，若有铁锈也应清除。如果导轮和进电块有污物堆积，也会引起短路。用毛刷或碎布沾上酒精或煤油清洗干净。

数控线切割加工实用技术P241页 图 工件起割面不干净引起短路

2.加工结束时短路

加工结束时短路往往是工件落下前变形引起的，如图（）所示。用磁铁吸住要掉下的材料，让钼丝与工件之间保持正常间隙。改小加工条件，继续加工。如果还是短路，可用不导电的物体推动钼丝在切割的缝隙间跳动，让切割的缝隙变宽，使放电的通道始终存在。

数控线切割加工实用技术P242页

图 工件变形引起短路

3.加工中短路

加工中短路最常见的就是废料掉下，卡在工件与上下机头之间，如图（）所示。此种短路也最为危险。如果不能及时取出，会损伤上下机头或工件。另外，工作液如果过脏，也会引起短路。因为一些不导电物体夹在切割的缝隙之间，形成短路。此时，就需要更换工作液。更换工作液前应先停机，加水时，不要把水洒入电动机内。

还有一种情况就是进给速度过快引起的短路。如果伺服进给的速度大于切割速度很多，电极丝就会发生倾斜，紧贴在工件的表面，形成短路。可以通过示波器来观察加工中的状态。如果示波器变成一个不动的直线，就会发生短路，这时就要减慢加工的伺服速度。

数控线切割加工实用技术P242页 图 废料卡在上下机头之间引起的短路

三、尺寸精度不良

1.机床的原因

(1)合理安排切割路线 该措施的指导思想是尽量避免破坏工件材料原有的内部应力平衡，防止工件材料在切割过程中因在夹具等的作用下，由于切割路线安排不合理而产生显著变形，致使切割表面质量下降。例如：工件与其夹持部分的分离应安排在最后，使加工中刚性较好。如图（）所示，其中图a为错误的切割路线，图b为正确的切割路线。

数控线切割加工实用技术P245页

图 合理安排切割路线

a)不合理 b)合理

(2)正确选择切割参数 对于不同的粗、精加工，其丝速和丝张力应以参数表为基础做适当调整。为了保证加工工件具有更高的精度和表面质量，可以适当调高线切割机的丝张力，虽然制造线切割机床的厂家提供了适应不同切割条件的相关参数，但由于工件的材料、所需要的加工精度，以及其它因素的影响，使得人们不能完全照搬书本上介绍的切割条件，而应以这些条件为基础，根据实际需要做相应的调整。例如若要加工厚度为27mm的工件，则在加工条件表中找不到相当的情况，这就必须根据厚度在20～30mm间的切割条件做出调整，主要办法是：加工工件的厚度接近哪一个标准厚度，就选择其为应设定的加工厚度。

(3)采用近距离加工 为了使工件达到高精度和高表面质量，根据工件厚度及时调整丝架高度，使上导轮与工件的距离尽量靠近，这样就可以避免因上导轮离工件较远而使电极丝振幅过大，影响加工工件的表面质量。

(4)注意加工工件的固定 当加工工件即将切割完毕时，其与母体材料的连接强度势必下降，此时要防止因工作液的冲击使得加工工件发生偏斜。因为一旦发生偏斜，就会改变切割间隙，轻者影响工件表面质量，重者使工件切坏报废，所以要有合理的方法固定好被加工工件。

2.材质的原因

1)由于工件材料不同，熔点、汽化点、导热系数等都不一样，因而即使按同样方式加工，所获得的工件表面质量也不相同，因此必须根据实际需要的表面质量对工件做相应的选择。例如要达到高精度，就必须选择硬质合金类材料，而不应该选不锈钢或未淬火的高碳钢等，否则很难达到所需要求。

2)由于工件材料内部残余应力对加工的影响较大，在对热处理后的材料进行加工时，由于大面积去除金属和切断加工会使材料内部残余应力的相对平衡受到破坏，从而可能影响零件的加工精度和表面质量。为了避免这些情况，应选择锻造性好、淬透性好、热处理变形小的材料。

3)加工过程中应将各项参数调到最佳状态，以减少断丝现象。如果发生断丝势必会回到起始点，重新上丝再次进行加工，使加工工件表面质量和加工精度下降。在加工过程中还应注意倾听机床发出的声音，正常加工的声音应为很光滑的“哧-哧”声。同时，正常加工时，机床的电流表、电压表的指针应是振幅很小，处于稳定状态，此时进给速度均匀而平稳。

3.电极丝的原因 1)在加工前，必须检查电极丝，电极丝的张力对加工工件的表面质量也有很大的影响，加工表面质量要求高的工件，应在不断丝的前提下尽可能提高电极丝的张力。

2)线切割机床一般采用由乳化油或水配制而成的工作液。火花放电必须是在具有一定绝缘性能的液体介质中进行，工作液的绝缘性能可使击穿后的放电通道压缩，从而局限在较小的通道半径内火花放电，形成瞬时和局部高温来熔化并汽化金属，放电结束后又迅速恢复放电间隙成为绝缘状态。绝缘性能太低，则工作液成了导电体，而不能形成火花放电；绝缘性能太高，则放电间隙小，排屑困难，切割速度降低。加工前要根据不同的工艺条件选择不同型号的工作液，再者必须检查与工作液有关的条件，检查工作液的液量及脏污程度，保证工作液的绝缘性能、洗涤性能、冷却性能达到要求。

3)必须检查进电块的磨损情况。快走丝线切割机一般在加工了50～80h后就须考虑改变导电块的切割位置或者更换导电块。有脏污时需用洗涤液清洗。

4)检查导轮的转动情况。若转动不好则应更换，还必须仔细检查上、下喷嘴的损伤和脏污程度，用清洗液清除脏物，有损伤时需及时更换。还应经常检查储丝筒内丝的情况，丝损耗过大就会影响加工精度及表面质量，需及时更换。此外，进电块、导轮和上下喷嘴的不良状况也会引起电极丝的振动，这时即使加工表面能进行良好的放电，但因电极丝振动，加工表面也很容易产生波峰或条纹，最终引起工件表面粗糙度变差。

5)保持稳定的电源电压。电源电压不稳定会造成电极与工件两端不稳定，从而引起击穿放电过程不稳定而影响工件的表面质量。

四、表面精度不良 电火花线切割是利用瞬间放电能量的热效应，使工件材料熔化、汽化达到尺寸要求的加工方法。切割时的热效应和电解作用，通常使加工表面产生一定厚度的变质层，如表层硬度降低，出现显微裂纹等，致使线切割加工的模具易发生早期磨损，直接影响模具冲裁间隙的保持，以及模具刃口容易崩刃，缩短了模具的使用寿命。

对于碳钢来说，工件表面的熔化层（变质层由熔化凝固层与热影响层组成）在金相照片上呈现白色，称为白层。它与基体金属完全不同，是一种树枝状的淬火铸造组织，与内层的结合也不甚牢固。它主要由马氏体、大量晶粒极细的残余奥氏体和某些碳化物组成。

表面精度不良表面为加工速度产生波动，引起表面粗糙度不良，加工面出现纵向加工痕迹。表面精度不良会大大减少工件的美观与实用，严重时还会产生报废。

1.材质的原因

(1)工件材料的的金相组织及元素成分 由于电火花的放电作用，使工件材料表面层的金相组织发生了明显的变化，形成不连续的、厚度不均匀的变质层。它与工件材料、电极丝材料、脉冲电源和工儿作液等参数有关。经金相组织分析，变质层中残留了大量奥氏体。在使用钼丝电极丝和含碳工作液时，经光谱分析和电子探针检测，在变质层内钼和碳元素的含量大幅度增加；而使用铜丝电极丝和去离子水的工作液时，发现变质层内铜元素含量增加，而无渗碳现象。

(2)变质层的厚度 通常变质层的厚度随脉冲能量的增大而变厚。因电火花放电过程的随机性，在相同的加工条件下，变质层的厚度往往是不均匀的。从有关试件所测得的变质层厚度的数据表面，线切割电规准对变质层的厚度有明显的影响。

(3)显微硬度明显下降，并出现显微裂纹 由于变质层金相组织和元素含量的变化，使工件表面和显微硬度明显下降。例如在去离子水中进行电火花线切割加工后，工件表面硬度值由线切割前的970HV下降到线切割加工后的670HV，通常在距表面十几微米的深度内出现了线切割的软化层。同时，表面变质层一般存在拉应力，会出现显微裂纹。尤其是切割硬质合金时，在常规的电规准参数条件下，更容易出现裂纹，并存在空洞，危害极大。

为防止模具表面产生显微裂纹，应对钢材热加工（铸、锻）、热处理，直到制成模具的各个环节都要充分关注和重视，并采取相应的措施。

1)在线切割前的热处理，应避免材料过热、渗碳、脱碳现象。

2)线切割前应优化电规准：采用高峰值窄脉冲电参数，使工件材料以气相抛出，汽化热大大高于熔化热，以带走大部分热量，避免工件表面过热；有效地进行逐个脉冲检测，控制好集中放电脉冲串的长度，也可解决局部过热问题，消除显微裂纹的产生；脉冲能量对显微裂纹的影响极其明显，能量越大，显微裂纹越宽越深；脉冲能量很小时，例如采用精加工电规准，表面粗糙度Ra＜1.25μm，一般不易出现显微裂纹。

3)工作液的电蚀产物常会导致集中放电，形成显微裂纹。

此外，在线切割加工中，为了预防裂纹和变形，加工条件也应慎重选择，尤其对于那些大型、厚壁、形状复杂、厚度不均匀的模具零件，宜采用多次切割法，这是减少和去除表面缺陷的一种非常有效的方法。应选择平坦、易精加工或工件性能影响不大的部位设置为线切割的起始点，这也很重要。对于有些要求高的模具，可采用多种有效措施，在线切割加工后把表面变质层抛除、研磨掉，提高零件的表面质量。

优化线切割加工的工艺方案，选择合理的工艺参数，以防止模具表面发生过热现象，减少和避免变质层的形成，消除表面显微裂纹，对于提高模具制造质量和延长模具使用寿命是十分有效的。

2.电极丝的原因

电极丝也会影响到表面精度不良。好的电极丝，线切割速度快，不易断丝，产生的热量能瞬时消除，如包锌电极丝。电极丝的抖动也会在工件表面产生条纹。在切割工件的时候，电极丝的张力一定要适宜。张力过紧会绷断电极丝，张力过小会引起电极丝的抖动，造成工件表面不良。取值可以参考机床厂商的说明书，但实际经验还得自己不断积累。

五、加工速度不良

快走丝线切割加工机床合理调整进给速度的方法有如下几点： 1)在快走丝线切割机床中，整个进给控制电路有多个调整环节，其中大部分安装在机床控制器内部，出厂时已调整好，一般不应该再修改。不要以为进给电路能自动跟踪工件的余量速度并始终维持某一放电间隔（即不会开路不走或者短路闷死），便错误地认为加工时可不必或可随便调节进给量。实际上某一具体加工条件下只存在一个相应的最佳进给量，此时电极丝的进给速度恰好等于工件实际可能的最大蚀除速度。如果人们设置的进给速度小于工件实际可能的蚀除速度（称欠跟踪或欠进给），则加工状态偏开路，无形中降低了生产效率：如果设置好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），则加工状态偏短路，实际进给和切割速度也会下降，而且增加了短路、断丝和短路闷死状态的危险。因此合理调节变频进给，使其达到较好的加工状态很重要。

用电流表观察的方法调整进给速度：利用电压表和电流表以及用示波器等来观察加工状态。使之处于一种较好的状态，实质上也是一种调节合理的进给速度的方法。根据工人长期操作和实践并经理论推导证明，用矩形波脉冲电源进行线切割加工时，无论工件材料厚度大小，只要调节各加工参数，把加工电流（即电流表上指示的平均电流）调节到大概等于短路电流（即脉冲电源短路时表上指示的电流）的70%～80%就可以保证最佳工作状态，即此时进给速度最合理，加工最稳定，切割速度最高。