提高WEDM-HS加工质量的有效途径(上)

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　　中国特有的高速走丝电火花线切割机(WEDM-HS)，由于结构简单、造价低、工艺效果好，加上使用过程消耗少，自上世纪六十年代末被研制成功之后就得到飞速发展，现已成为制造业中一种必不可少工艺装备。
; L2 Y; I  Y: f* d5 ]* c5 f7 b　　至2004年底，全国年产量已超过3万台，约占世界电火花线切割机总产量的70%。但由于其加工质量问题未得到有效解决，而随着国外生产的低速走丝电火花线切割机(WEDM-LS)技术水平的不断提高，曾令中国人感到自豪的中国特有的WEDM-HS，如今却陷入难于发展的困境。
* |7 x* g; V8 G' v8 V# R　　多次切割技术的提出
, _1 x5 c. o0 Q; d1 u　　电火花线切割加工(Wire cut Electro Discharge Machining，WEDM)是基于电极丝与工件之间脉冲放电时的电腐蚀现象，即每次脉冲时都会产生大量的热量使放电点附近的局部金属瞬时融化和气化，并把熔融和气化金属去除，从而在工件表面形成一个小凹坑。如果所用的脉冲放电能量大，加工速度就快；但放电凹坑也大，加工表面粗糙度差。

图1：TP系列高速走丝线切割机
　　电火花线切割加工技术自上世纪50年代末研制成功之后，有相当长的一段时间都是采用精规准参数进行一次切割成型，其切割速度与加工表面质量之间存在着一定的矛盾，即在一次切割过程中，既要获得很高的切割速度，又要获得很好加工表面质量是十分困难的。
　　随着模具工业的发展，广大用户都纷纷提出，电火花线切割加工不仅要切割速度快，而且要求加工质量好，否则难于满足模具发展需要。为了满足用户需要，国外低速走丝电火花线切割机都开发应用了多次切割技术，即第一次切割用较大的电规准进行高速粗切割，然后用精规准和精微规准进行第二次、第三次甚至第四、五次切割，将加工表面逐级修光，以获得较理想的加工表面质量和加工精度。低速走丝电火花线切割加工采用多次切割技术的应用结果表明，多次切割是解决切割速度与加工表面质量矛盾，提高线切割综合工艺效果的有效办法。
  ^9 g& R4 X& s% B　　在国外低速走丝电火花线切割机上开发应用多次切割技术的同时，国内也在WEDM-HS上进行了大量的多次切割试验，但始终没有在生产实践中得到应用，其主要原因是：在电极丝高速移动的情况下，运丝系统工作不稳定，电极丝的空间形位变化异常，使先后二次切割的空间位置难于保证一致，加上高速走丝线切割的往返切割条纹明显，要在WEDM-HS上实现多次切割比较困难。
4 n! r) |+ o4 A6 @( I: D　　前人所进行的大量试验研究结果表明，中国特有的高速走丝电火花线切割机采用多次切割工艺，不仅是必要的，而且是有可能的，但必须创造如下条件：
; `$ i/ C0 {- }  X　　①按国家有关技术标准，严格控制高速走丝电火花线切割机的制造精度和运丝系统的稳定性。
! @. h" @! R( H( _& g; T　　②深入研究电极丝在加工过程中的空间形位变化，并提出稳定电级丝空间形位的有效措施。
/ {: v2 Y" s" K5 |, ]　　③采取有效措施，抑制往返切割条纹的产生。
; e* e: j7 o$ E, K6 c( a　　④开发一种能满足多次切割需要的高频脉冲电源及其跟踪控制系统。
　　⑤深入研究WEDM-HS的多次切割工艺，合理设定粗切割、精修及精微修光的脉冲参数、加工轨迹补偿量、电极丝移动方式及其速度等，并开发相应的多次切割软件。
　　能实现多次切割的WEDM-HS设备
　　为了提高WEDM-HS的加工质量，上海大量电子设备有限公司在DK77系列高速走丝电火花线切割机基础上，利用国际上精密模具加工设备的先进理念及自己开发的多项专利技术，开发了一种能实现多次切割的TP系列高速走丝电火花线切割机(图1)。TP系列高速走丝机之所以能像低速走丝机那样进行多次切割，是因为对原有的高速走丝机进行了下述富有成效的改革。
　　▲深入研究了电极丝的空间形位变化规律，发现放电加工时所产生的电极丝挠度与导向导轮离工件表面距离有关。电极丝的支点离工件表面愈远，其挠度愈大；而工件内P的挠度很小，一般只有0.002～0.005mm。采用该公司开发的高耐磨性导向装置专利技术后，能有效地稳定电极丝的空间位置，为实现多次切割创造了条件。
　　▲采用了自己开发的超短程往返切割专利技术，可以实现无条纹切割。
　　▲采用了一些新的结构，提高了电火花线切割机床的制造精度，凡检验合格出厂的TP系列线切割机，其实际的机床精度各项参数均高于国家标准GB7926-2005规定。
* B8 X3 a# I1 d　　▲所开发的高频脉冲电源能满足多次切割需要：⑴大幅度提高了脉冲电流幅值；⑵最大限度缩短了脉冲放电的最小持续时间(最小脉宽小于1μs)；⑶能有效控制脉冲电流的上升率。
( ]3 {6 E) T: R2 V5 }　　▲改革了跟踪控制方法：⑴第一次大电流快速切割时采用过跟踪控制，以避免断丝现象的发生；⑵第二次、第三次修光切割时采用限速进给的控制方式，以提高切割表面质量。
$ R: W8 @5 y0 t　　▲在工艺试验的基础上，开发了多次切割软件，以利于用户操作。

: Y; S7 r1 T, B　　图2：多次切割的零件
3 o( F8 ]* C: [+ {. D. d  _　　多次切割工艺参数设置
! }' p! r8 d2 m$ {, ?) e6 O　　◆第一次切割任务是高速稳定切割
　　⑴脉冲参数：选用高峰值电流，较长脉宽的规准进行大电流切割，以获得较高的切割速度。
文章关键词： 切割机   电火花