凹凸模零件電火花線切割加工工藝分析

摘 要：本文針對(duì)一典型零件中心四個(gè)凹模的加工，從凹凸模零件加工主要考慮因素、加工程序編制、工件裝夾與調(diào)整、加工及檢驗(yàn)四個(gè)方面進(jìn)行工藝分析，從而使零件在電火花線切割機(jī)床上加工時(shí)能保證零件中心四個(gè)凹模的加工精度。這一經(jīng)驗(yàn)總結(jié)也有助于今后加工類似零件時(shí)能達(dá)到加工要求。

關(guān)鍵詞：凹模 電火花線切割 慢走絲 電極絲

現(xiàn)加工一凸凹模零件（如圖1所示），材料為Cr12，熱處理54～58HRC。

圖1 凹凸模零件圖

該零件加工工藝流程為：下料→鍛造毛坯→退火→車外圓及端面（留磨削余量）→鉗工劃線定螺紋孔、銷釘孔及穿絲孔位置→鉆螺紋底孔、銷釘孔，攻螺紋，鉸銷釘孔→銑床鉆穿絲孔，銑漏料孔→淬火，低溫回火，保證54～58HRC→磨外圓及端面至尺寸→線切割四個(gè)凹模（留研磨拋光量）→研磨拋光→檢驗(yàn)。

分析該凹凸模零件，除對(duì)其中心的四個(gè)凹模有較高的尺寸精度、表面粗糙度要求外，還對(duì)2個(gè)六邊形中心和2個(gè)半圓R5mm圓弧圓心分布圓軸心線與工件外圓柱面軸心線有同軸度的要求。若采用精銑和鉗工研配的方法加工則難度較大，且成本高，因此采用電火花線切割來加工。

一、凹凸模零件加工的主要考慮因素

1.電火花線切割機(jī)床的選擇

分析該零件中心的四個(gè)凹模，其表面粗糙度。Ra=0.85μm一般快走絲線切割機(jī)床加工工件表面粗糙度；Ra=1.25～2.5μm慢走絲線切割機(jī)床加工工件最佳表面粗糙度，Ra<0.5μm且加工圓度誤差、直線度誤差和尺寸誤差都較快走絲線切割機(jī)床好很多。因此，選用現(xiàn)有的北京阿奇夏米爾CF20慢走絲線切割機(jī)床完成零件的四個(gè)凹模加工。

2.切割路線及切割次數(shù)確定

該零件中心的四個(gè)凹模切割順序不同，將使得切割過程中產(chǎn)生的應(yīng)力重新分布，從而引起工件變形不一致。按凹模1→3→2→4的順序切割，較按凹模1→2→3→4的順序切割產(chǎn)生的應(yīng)力重新分布引起的工件變形??；且按凹模1→2→3→4的順序切割零件只有單向誤差，這樣可降低零件累積誤差。所以，采取凹模1→3→2→4的切割路線加工（如圖2所示）。

圖2 工件裝夾與調(diào)整

多次切割是提高慢走絲線切割加工精度及表面質(zhì)量的根本手段。對(duì)如圖1所示零件凹模采用二次切割的方法加工，即先對(duì)四個(gè)凹模進(jìn)行主切割加工，之后改變電極絲偏移量和加工參數(shù)再進(jìn)行一次修整切割。這樣不但可去除主切割時(shí)在料芯切落處留下的凸尖和拐角處的塌角量，提高表面質(zhì)量，減少人工研磨拋光量，且能修整主切割過程中材料內(nèi)部應(yīng)力重新分布引起的變形，提高凹模的加工精度。

3.電極絲偏移量計(jì)算

現(xiàn)選擇φ0.02mm的黃銅絲為電極絲，它能加工的拐角極限Rmin=0.15～2.2mm，第一次主切割后留0.02～0.03mm的修整切割余量。計(jì)算出電極絲中心偏移量 f1=δ+ d/2 + Δ + s = 2.2mm。（δ為單邊放電間隙，δ≈0.005～0.007mm；d為電極絲直徑；Δ為修整切割的加工余量，現(xiàn)取0.03mm；s為研磨拋光余量，約為0.01mm。）修整切割時(shí)取δ=0.007mm，f2=δ+ d/2 + s = 0.117mm。

4.確定穿絲孔位置

由于四個(gè)凹模分布圓軸心線與工件外圓柱面軸心線有同軸度要求，加工時(shí)應(yīng)以外圓為基準(zhǔn)找出工件的軸心，以工件軸心為基準(zhǔn)進(jìn)行各個(gè)凹模加工。因此將切割起始點(diǎn)設(shè)置在六邊形中心和半圓圓心處。熱處理前在六邊形中心和半圓圓心位置鉆φ4mm的穿絲孔。

5.工作液及加工參數(shù)選擇

CF20慢走絲線切割機(jī)床采用去離子水作為工作液，加工時(shí)應(yīng)合理設(shè)置導(dǎo)電率，以保持較高的切割速度。

選擇加工參數(shù)的主要依據(jù)是切割部分的表面輪廓度。 根據(jù)工件材料切割厚度，計(jì)算出凹模表面輪廓度Tkm =（Tmax-Tmin）/2 =±（20-0）/2=±10μm。因表面粗糙度Ra=0.8μm，考慮到最后的研磨拋光，對(duì)照《XENON線切割機(jī)床工藝參數(shù)手冊(cè)》推薦值，選定的加工參數(shù)如表1所示。

二、加工程序編制

四個(gè)凹模采取主切割、取廢料、修整切割的方式加工，主切割和修整切割的切割順序、切割路線可以完全相同，只是電極絲偏移量和加工參數(shù)不同而已，因此手工編制加工程序。選取工件中心為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，如圖2所示。將凹模1和凹模2的加工程序分別依據(jù)規(guī)定的切割路線編制為子程序，主程序應(yīng)完整表達(dá)切割順序、各凹模切割起始點(diǎn)位置、穿絲及取絲時(shí)的暫停、加工凹模4調(diào)用子程序時(shí)Y軸鏡像等要求，主切割完成后使電極絲中心定位于凹模1切割起始點(diǎn)。改變電極絲偏移量和加工參數(shù)，刪除子程序中切斷前暫停點(diǎn)，再次運(yùn)行加工程序，就完成了凹模的修整切割加工。

三、工件裝夾與調(diào)整

1.工件的裝夾與找正

由于編程坐標(biāo)系X軸和兩個(gè)銷釘孔中心連線重合，工件裝夾時(shí)需劃出兩個(gè)銷釘孔中心連線，把劃針裝在上絲架上，移動(dòng)工作臺(tái)找正，使兩個(gè)銷釘孔中心連線平行于工作臺(tái)X向。工件采用單點(diǎn)夾壓方式裝夾，以防止兩點(diǎn)夾壓對(duì)切割過程中工件變形時(shí)自由伸張的干涉，壓緊后工件上平面應(yīng)平行于工作臺(tái)面。

2.電極絲起割點(diǎn)的確定

凹模1切割起始點(diǎn)位置直接關(guān)系到六邊形中心和半圓R5mm圓弧圓心分布圓軸心線與工件外圓柱面軸心線的同軸度，可采用下述方法確定該切割起始點(diǎn)。

工件裝夾前精確測(cè)量外圓尺寸，所測(cè)尺寸計(jì)為d外圓，在X、Y軸與外圓相交位置1、2的圓柱面上劃線，如圖2所示。把校正垂直的銅絲靠近X向最高點(diǎn)位置1、3處，使銅絲靠近位置1處劃線，控制工作臺(tái)在X、Y向各移動(dòng)L=（d外圓+d）/2（d為銅絲直徑）至位置2；調(diào)整工作臺(tái)使銅絲接近劃線，之后控制工作臺(tái)在X、Y向各移動(dòng)L至位置1；再次調(diào)整工作臺(tái)使銅絲更接近位置1處劃線。用同樣的方法反復(fù)操作，直至銅絲在位置2與劃線正對(duì)并接觸，再次沿X、Y向移動(dòng)距離L至位置1時(shí)也與劃線正對(duì)并接觸，則銅絲所處的位置1便是工件X向上的最高點(diǎn)。控制工作臺(tái)沿-X向移動(dòng)L′=（d外圓+d）/2-25（mm），銅絲就準(zhǔn)確定位在切割起始位置上。

四、加工注意事項(xiàng)

為了保證凹模尺寸精度和位置精度，加工時(shí)應(yīng)注意：工件夾壓可靠，防止加工過程中松動(dòng)移位；加工前校正銅絲，使其垂直于工作臺(tái)面；保持銅絲張力恒定，避免過松或過緊；確定切割起始點(diǎn)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)耐心調(diào)整，使誤差最小。

通過研究，得出以下結(jié)論：對(duì)尺寸精度和表面粗糙度要求較高的凹模，可使用慢走絲線切割機(jī)床采用二次切割法加工，并采用以外圓為基準(zhǔn)找正工件中心。然后，以中心為基準(zhǔn)進(jìn)行多個(gè)凹模加工的調(diào)整方法，有較好的可操作性和實(shí)用性，能夠提高凹模位置精度并保證與工件外圓柱面軸心線的同軸度要求。經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)習(xí)應(yīng)用和檢驗(yàn)，證實(shí)上述凹凸模電火花線切割加工工藝是切實(shí)可行的，對(duì)同類零件加工有較高參考價(jià)值。

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