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精密慢走絲加工

  慢走絲加工技術的優點

  精密、復雜、長壽命沖壓模具制造精度及表面質量要求的不斷提高,快走絲加工技術已不能適應精密模具的制造要求,這種現狀促進了慢走絲加工技術的迅速發展,其各方面工藝指標已達到了相當高的水平,是其它加工技術不可替代的。

  1. 慢走絲加工技術的發展現狀

  (1)加工精度提高

  多次切割技術是提高慢走絲加工精度及表面質量的根本手段。一般是通過一次切割成形,二次切割提高精度,三次以上切割提高表面質量。由于在切割拐角時電極絲的滯后,會造成角部塌陷。為了提高拐角切割精度,采取了更多的動態拐角處理策略。如:自動改變加工速度、自動調節水壓、控制加工能量等。

  先進的慢走絲加工機床采用的高精度精加工回路,是提高加工工件平直度的有效技術,使厚件加工的精度得到顯著提高;為了進行小圓角、窄縫、窄槽及微細零件的微精加工,優質的數控低速走絲電火花線切割機床可以采用0.02~0.03 ㎜的電極絲進行切割。

  為了保證高精度的加工,機床的機械精度、脈沖電源精度、伺服控制精度(包括對機械運動、脈沖參數、走絲系統和工作液系統的控制)都已達到極高的水準。采用水溫冷卻裝置,使機床內部溫度與水溫相同,減小了機床的熱變形;采用閉環數字交(直)流伺服控制系統,確保優良的動態性能和高定位精度,加工精度可控制在若干微米以內,精密定位可實現0.1μm當量的控制;采用浸入式加工,降低工件熱變形;電機伺服,閉環電極絲張力控制;采用電壓調制對刀電源實現高精度對刀,對刀精度可達0.002 ㎜,不損傷工件,不論干濕。

  (2)表面質量日臻完善

  先進的慢走絲加工機床采用平均電壓為零的無防電解脈沖電源,電解的破壞已降到較低程度。此外,由于脈沖電源的改進,普遍采用高峰值,窄脈寬(微秒級),材料大多數為氣相拋出,帶走了大量的熱,工件表面溫度就上不去,開裂的現象大為減少;不僅加工效率高,而且使表面質量大大提高。采用無電解電源進行電火花線切割加工,可使表面變質層控制在2μm以下。切割的硬質合金沖模刃口的耐磨性和磨削沒有什么不同,甚至優于機械磨削加工,越來越多的零件加工“以割代磨”。

  (3)加工效率提升

  由于納秒級大峰值電流脈沖電源技術及檢測、控制、抗干擾技術的發展,慢走絲加工機床的加工效率也在不斷提高,當前先進的慢走絲加工機床的較高加工效率可達500㎜2/min。較大厚度工件的加工效率有實際意義的技術提升,如切割300 ㎜厚的工件時,加工效率可達170㎜2/min。對于厚度變化工件的加工,通過自動檢測加工件的厚度,自動調整加工參數,防止斷絲,達到該狀態的較高加工效率。另外,先進慢走絲加工機床推出的快速自動穿絲技術,自動穿絲時間<15 s提高了加工操作的效率;推出的雙絲自動交換技術,能采用0.20~0.02 ㎜的電極絲自動進行雙絲切換加工。采用粗絲進行靠前次切割,一般絲徑為0.25 ㎜,以提高加工效率,并可無芯切割;然后采用細絲進行修整,一般采用0.10 ㎜的細絲,切割出小圓角,并可提高精度,總體可節省30%~50%的切割時間。

  (4)自動化、智能化及信息化的發展

  加工過程中,為了減少人的干預,保證達到預期的工藝指標,慢走絲加工的自動化、智能化及信息化取得了相應的發展。

慢走絲加工機床完備的工藝專家系統按加工要求給出成套參數。不僅包括常用電極絲牌號和相應的工件材料,還提供了如PCD、PCBN等特殊材料的加工參數,可依據上下噴嘴是否與工件接觸,距離多大,是在切風中精修,還是敞開面精修,精度、表面粗糙度和效率哪一項優先的加工策略來生成各自的規準;放電專家系統應付切割中的隨機因素,在切入、切出、截面變化、中心切割、接近邊緣切割、大截面高速切割等情況下,在加工過程中運用自適應控制策略及自動化控制功能,得到不斷絲穩定高效加工。

自動無孔探測功能也很實用,自動跳步加工時,如果預孔被忘記打出或孔位偏移,機床就會自動移到下一個預孔上,這樣可防止在無人操作加工時停機,在穿好絲之后發生短路時,可自動搜尋消除短路的位置,提高了連續無人操作運轉的可靠性。

  機床的CNC系統配以標準化機械接口,組成智能化的制造系統,通過3R系統或EROWA系統的機械手,可方便地實現工件(托盤)的自動交換,配以專家系統及電極絲自動交換技術,可以自動完成全部加工過程。

  2. 各檔次慢走絲加工機床的技術水平

可將慢走絲加工機床分為、高檔、中檔、入門四個檔次。生產慢走絲機床的典型廠家有瑞士GF加工方案(原阿奇夏米爾)、日本牧野、日本三菱、日本沙迪克、日本西部、日本法蘭克等。

  (1)慢走絲加工機床

  這種慢走絲加工機床代表了目前的較高水平,主要由瑞士、日本制造。這類機床的加工精度能保證在±0.002 ㎜以內,較高加工效率可達400~500㎜2/min,表面粗糙度可達Ra0.05μm,具有完美的加工表面質量,表面幾乎無變質層,能使用Φ0.02 ㎜的電極絲進行微精加工,主機大都具有熱平衡系統,一些機床采用在油中進行切割加工。這類機床功能齊全,自動化程度高,可以直接完成模具的精密加工,所加工的模具壽命已達到機械磨削水平。

  (2)高檔慢走絲加工機床

  這類機床基本上由瑞士和日本公司生產,具有自動穿絲功能,無電阻防電解電源,整體熱恒定系統,能采用Φ0.07 ㎜的電極 絲進行切割,精度在±0.003 ㎜左右,較高加工效率能達300㎜2/min以上,表面粗糙度能達到Ra<0.2μm,具有適時檢測工件截面變化、實時優化放電功率功能。這類機床也廣泛用于精密沖壓模加工。

  (3)中檔慢走絲加工機床

  這檔機床一般由瑞士和日本公司在中國的制造工廠生產,一些臺灣機的技術水準也能達到這個檔次,其配置和性能滿足了國內大多數精密線切割加工的要求。一般都采用無電阻防電解電源,具有浸水式加工、錐度切割功能。實用的較高加工效率為150~200 ㎜2/min,較佳表面粗糙度達Ra<0.4μm,切割精度可達±0.005㎜,一般采用Φ0.1㎜及以上的電極絲進行切割,配備的防撞保護系統可避免由編程錯誤或誤操作引起的碰撞受損,配備或者可選配自動穿絲機構。

  (4)入門級慢走絲加工機床

  這檔機床一般是臺灣機床或者國內自主研發生產的機床,其配置和性能滿足國內普通模具與零件的加工要求。一般多使用切一修一,切一修二的工藝,能穩定達到表面光潔度在Ra0.8μm左右,加工精度在±0.008㎜,大多只能使用0.15mm及以上的電極絲進行切割,加工的表面微細組織、拐角與先進的機床有一定的差距。中走絲加工技術的優點

中走絲電火花線切割機(Medium-speed Wire cut Electrical Discharge Machining簡寫MS-WEDM),屬往復高速走絲電火花線切割機床范疇,是在高速往復走絲電火花線切割機上實現多次切割功能,被俗稱為“中走絲線切割”。所謂中走絲加工并非指走絲速度介于高速與低速之間,而是復合走絲線切割機床,即走絲原理是在粗加工時采用高速(8-12m/s)走絲,精加工時采用低速(1-3m/s)走絲,這樣工作相對平穩、抖動小,并通過多次切割減少材料變形及鉬絲損耗帶來的誤差,使加工質量也相對提高,加工質量可介于高速走絲機與低速走絲機之間。因此用戶所說的“中走絲”,實際上是往復走絲電火花線切割機借鑒了一些低速走絲機的加工工藝技術,并實現了無條紋切割和多次切割。

  中走絲加工在實踐中得出,在多次切割中靠前次切割任務主要是高速穩定切割,可選用高峰值電流,較長脈寬的規準進行大電流切割,以獲得較高的切割速度。第二次切割的任務是精修,保證加工尺寸精度 ??蛇x用中等規準,使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4~1.7μm之間。 為了達到精修的目的,通常采用低速走絲方式,走絲速度為1~3m/s,并對跟蹤進給速度限止在一定范圍內,以消除往返切割條紋,并獲得所需的加工尺寸精度。 第三次、第四次或更多次切割(目前中走絲控制軟件較多可以實現七次切割)的任務是拋磨修光 ,可用較小脈寬(目前較小可以分頻到1μs)進行修光,而峰值電流隨加工表面質量要求而異,實際上精修過程是一種電火花磨削,加工量甚微,不會改變工件的尺寸大小。

走絲方式則像第二次切割那樣采用低速走絲限速進給即可。中走絲技術在加工過程中,多次切割還需注意變形處理,因為工件在線切割加工時,隨著原有內應力的作用及火花放電所產生的加工熱應力的影響,將產生不定向、無規則的變形,使后面的切割吃刀量厚薄不均,影響了加工質量和加工精度。因此需根據不同材料預留不同加工余量,以使工件充分釋放內應力及完全扭轉變形,在后面多次切割中能夠有足夠余量進行精割加工,這樣可使工件較后尺寸得到保證。

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