線切割加工參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響分析及合理選擇

王 偉

(東南大學(xué)成賢學(xué)院機(jī)械工程系，江蘇南京 210088)

切割速度、加工精度、表面粗糙度、電極絲損耗量是衡量電火花線切割加工質(zhì)量的主要工藝指標(biāo)，這些工藝指標(biāo)之間既互相聯(lián)系又相互制約，單純的從某一方面考慮通常無(wú)法達(dá)到預(yù)期的加工目標(biāo)，這就要求線切割機(jī)床使用者必須熟悉加工工藝，尤其是對(duì)線切割加工參數(shù)要做到合理選擇。下面就結(jié)合工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析加工參數(shù)(電參數(shù)和非電參數(shù))對(duì)工藝指標(biāo)的影響以及如何合理選擇這些參數(shù)。

1 工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)

電參數(shù)和非電參數(shù)的選擇涉及到諸多方面，使用設(shè)備和試驗(yàn)環(huán)境的差異也會(huì)造成試驗(yàn)結(jié)果的不同，本試驗(yàn)所使用的設(shè)備為蘇州新火花機(jī)床廠生產(chǎn)的DK7732型精密數(shù)控中走絲線切割機(jī)床，試驗(yàn)材料為CR12(厚度40mm)，工作液采用新火花專用工作液，鉬絲直徑0．18mm，切割次數(shù)為單次，加工工件為邊長(zhǎng)10mm的正方形，采用的是HF線切割數(shù)控自動(dòng)編程軟件控制系統(tǒng)，由于涉及的參數(shù)很多，本試驗(yàn)主要通過電參數(shù)的變化觀察對(duì)加工效率和表面粗糙度的影響(見表1)。

表1中，在水劑濃度和走絲速度一定的條件下，通過在4種不同電參數(shù)下加工同一零件的比較，可以看出加工效率和表面粗糙度的變化明顯，從而可以總結(jié)出一些基本的加工參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響規(guī)律。

表1 CR12(厚度40mm)單次切割試驗(yàn)工藝數(shù)據(jù)

2 電參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響

a．峰值電流的影響。

峰值電流增大，單個(gè)脈沖電源的放電能量增大，蝕除的材料也就越多，故切割速度迅速提高，表面粗糙度數(shù)值增大，電極絲損耗增大，加工精度有所下降，但當(dāng)其達(dá)到一定臨界值后，若再繼續(xù)增大峰值電流，則加工的穩(wěn)定性變差，影響加工速度，并且容易造成斷絲。由表1可以看出，短路電流由11A到45A變化過程中，加工效率明顯提高，但是表面粗糙度數(shù)值依次增大［1］。

b．脈沖寬度的影響。

在其他條件不變的情況下，增大脈沖寬度ti，線切割加工的速度提高，表面粗糙度Ra變差。同時(shí)，隨著脈沖寬度的增加，電極絲損耗也變大。當(dāng)脈沖寬度ti增大到一臨界值后，線切割加工速度將隨脈沖寬度的增大而明顯減小。單次切割加工時(shí)，根據(jù)加工表面光潔度要求，脈寬一般為5～80μs，通常情況下，脈寬的取值要綜合考慮工藝指標(biāo)以及加工零件的材質(zhì)、厚度等。

c．脈沖間隔的影響。

在其他條件不變的情況下，減小脈沖間隔to，脈沖頻率將提高，單位時(shí)間內(nèi)放電次數(shù)增多，平均電流增大，從而提高了切割速度。脈沖間隔to在電火花加工中的主要作用是消電離和恢復(fù)液體介質(zhì)的絕緣，脈沖間隔to不能過小，否則會(huì)影響電蝕產(chǎn)物的排除和火花通道的消電離，導(dǎo)致加工穩(wěn)定性變差和加工效率的降低［1］。當(dāng)然，也不是說(shuō)脈沖間隔to越大加工就越穩(wěn)定，脈沖間隔過大會(huì)使加工速度明顯降低，嚴(yán)重時(shí)不能連續(xù)進(jìn)給，加工變得很不穩(wěn)定。

d．極性的影響。

放電加工過程中，其正負(fù)極的蝕除量是不同的，運(yùn)用窄脈沖加工時(shí)，正極的蝕除量高于負(fù)極的蝕除量，線切割加工多采用窄脈沖加工，為了提高切割速度，均采用工件接脈沖電源的正極［2］，否則切割速度變低且電極絲損耗增大。

3 非電參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響

a．電極絲的影響。

電極絲的選擇也是加工工藝內(nèi)容的重要部分，包括材料和直徑的選擇。不同材料的電極絲，其切割速度有很大的差別，選擇合適的電極絲材料，能夠獲得較高的加工速度和優(yōu)越的加工性能?？熳呓z(中走絲)通常采用鉬絲，慢走絲普遍采用銅絲。電極絲直徑的選擇要綜合考慮加工對(duì)象而定，雖然直徑越大，可以增大加工電流，切割速度越快，但表面粗糙度變差［3］。除此以外，還要考慮電極絲張力和走絲速度對(duì)切割速度的影響，本試驗(yàn)所采用的機(jī)床絲速共有8檔，由HF軟件進(jìn)行控制，其中“0”檔為手動(dòng)擋，主要供上絲時(shí)便于手動(dòng)控制絲速，“1-7”檔為自動(dòng)擋，在加工過程中，應(yīng)根據(jù)工藝要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，絲速小可以減小鉬絲的振動(dòng)，有利于提高切割的光潔度和精度，但絲速過小，會(huì)造成切割困難，影響加工速度甚至燒斷鉬絲。

b．工作液的影響。

工作液選擇的好壞直接影響加工精度、表面粗糙度和加工效率，一般采用專用的線切割工作液，在線切割加工中，提供一定壓力的工作液，可以有效地排除加工區(qū)域的蝕除產(chǎn)物，同時(shí)還可以對(duì)電極絲產(chǎn)生良好的冷卻效果。此外，工作液還具有防銹功能。工作液一般按照體積比配置，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，表面精度要求較高時(shí)，工件較薄或者中等厚度，配比濃些;要求切割速度高或大厚度工件，配比淡些，以利于排屑。

c．工件厚度與材質(zhì)的影響。

工件的厚度對(duì)加工穩(wěn)定性和切割速度也有很大的影響，薄壁零件加工時(shí)，工作液容易進(jìn)入加工區(qū)域，利于排屑和消電離，加工過程比較穩(wěn)定。反之，厚工件加工穩(wěn)定性較差。工件的材料應(yīng)選用變形量小、滲透性好、屈服極限高的材料［2］，同時(shí)還要考慮熱處理的先后順序，不同材料的線切割加工性能不同。因此，線切割加工對(duì)材料的選用既要考慮厚度的限制還要考慮材料的物化性能，這樣才能保證良好的加工效果。

4 參數(shù)的合理選擇

a．根據(jù)加工表面光潔度要求，脈寬一般為5～80μs，脈間一般為脈寬的5倍，增大脈寬可以提高加工速度，但表面粗糙度會(huì)增大，低速小脈間，一般不會(huì)影響工件的加工表面質(zhì)量，但是過小的脈間，會(huì)使加工不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒斷鉬絲;對(duì)于大厚度工件可以選擇大脈寬和大脈間(脈寬的7～10倍)，適當(dāng)提高短路電流和加工電壓。

b．加工電壓代碼一般采用1H(交流電壓50V，相當(dāng)于直流約為70V)，若加工大厚度或者導(dǎo)電性能不好的材料可采用加工電壓代碼2H(交流電壓60V，相當(dāng)于直流約為85V)進(jìn)行加工，對(duì)于易變形的材料需注意加工路線和裝夾方式，必要情況下需采用穿絲孔進(jìn)行加工。

c．采用前階梯波可以降低鉬絲損耗，一般選用B、C、D檔(針對(duì)本試驗(yàn)的HF編控軟件而言)。

d．變頻值應(yīng)根據(jù)加工狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)到加工時(shí)電流表基本不動(dòng)為佳。

e．要求切割厚工件時(shí)，電參數(shù)應(yīng)選取大些，提供數(shù)據(jù)(見表2)僅供參考，反之薄工件切割，電參數(shù)應(yīng)取小些。

5 結(jié)束語(yǔ)

試驗(yàn)表明，在電火花線切割加工中，影響工藝指標(biāo)的因素很多，且各種因素對(duì)工藝指標(biāo)的影響既

表2 厚工件加工參數(shù)選取參考

是互相關(guān)聯(lián)又是互相矛盾的，在實(shí)際加工中，只有綜合考慮合理選取電參數(shù)和非電參數(shù)，處理好這些參數(shù)之間的關(guān)系，才能加工出符合要求的產(chǎn)品。提高加工速度，除了合理選取脈沖電源的波形和電參數(shù)外，更要注意非電參數(shù)的影響，如工作液的種類、濃度、污臟程度、噴射方式的影響;電極絲的材料、直徑、走絲速度、抖動(dòng)情況的影響;工件材料和厚度的影響;加工進(jìn)給速度的影響等［3］。面對(duì)不同的加工對(duì)象，要認(rèn)真分析影響線切割加工速度、表面粗糙度、加工精度的因素，選擇這些參數(shù)的最佳組合，全面考慮，一定會(huì)取得比較滿意的加工效果。

［1］ 葛曉陽(yáng)．線切割機(jī)床電參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)影響的研究［J］．機(jī)床與液壓，2009(5)：66-67．

［2］ 賈立新．電火花加工實(shí)訓(xùn)教程［M］．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2010．

［3］ 蒙堅(jiān)，丘立慶．零件數(shù)控電火花加工［M］．2版．北京：北京理工大學(xué)出版社，2012．