電火花線切割技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 作，再多花一倍時間，精度到 ~ 之間，光潔度接近慢走絲效果，也是可能的 。 3. 國外線切割機(jī)的發(fā)展 8 國外的線切割機(jī)初始于六十年代末期，并首先在日本、瑞士產(chǎn)業(yè)化，商品化。一開始他們的基本模式是這樣的：依托 PC 機(jī)的強(qiáng)大功能資源，精密機(jī)械制造的傳統(tǒng)優(yōu)勢，力求高精度、自動化。用銅絲， ~ 絲徑，一次性使用，絲速2~6 米 /分，無害化的去離子水。早期的慢走絲與快速往復(fù)走 絲相比，精度、光潔度占優(yōu)，而速度、切厚能力、內(nèi)尖角的清根能力和操作方便均不及。 據(jù) 2020 年統(tǒng)計，進(jìn)口（包括合資仿制）慢走絲線切割機(jī)總保有量突破 4000臺。但利用率稍差，各使用廠操作水平也有較大差異。發(fā)展至今，慢走絲線切割機(jī)又有大幅進(jìn)步，如操作人性化，以至一臺機(jī)子可轉(zhuǎn)換世界各種語言界面。打穿絲孔，自動穿絲，可無人值守，精度可穩(wěn)定在 μ 級， 以上的光潔度，最大 200mm/分的效率等，但切厚能力仍不及快走絲，內(nèi)尖角的清根能力仍受絲徑限制，開機(jī)運(yùn)行成本也太高。 隨著大量新技術(shù)的應(yīng)用，慢走絲線切割機(jī)也日臻完善， 如自打孔自穿絲，從加熱拉長捋直，絲端頭處理，細(xì)管向工件面的引導(dǎo)定位，高壓水的承托和穿認(rèn)，接觸傳感，到穿絲成功的判定，簡直是精密傳動自動控制的典范。再如恒張力系統(tǒng)，利用軟鐵盤在磁粉中轉(zhuǎn)動的阻尼，利用磁場中轉(zhuǎn)子的發(fā)電效應(yīng)，利用雙電機(jī)的差速差力，反饋控制取得準(zhǔn)確的張力。慢速和純水也使火花不暴露的浸泡加工成為可能，窄脈寬大峰值的應(yīng)用，使厚度加工能力和最大加工速度也達(dá)到很高的水準(zhǔn)。 很大程度上，購置慢走絲線切割機(jī)成了 “追求精度、注重質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)實力 ”的一種展示。 總之，快慢走絲呈相互擬補(bǔ)，相互競爭，相互促進(jìn)，各具特 色，各展所長，將是長期共存的局面?？熳呓z不經(jīng)鋪墊直接賣到國外的可能很小，慢走絲也不可能把快走絲淘汰出局。憑借快走絲的廉價和實用，用示范推廣的辦法首先介紹到國外的某個地區(qū)，被認(rèn)識和采用的可能也是有的。 （二）電火花線切割機(jī)床的類型 1. 按電極絲運(yùn)行速度分類 （ 1）高速電火花線切割機(jī)床（ 往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床 ） 高速 電火花線切割機(jī)床 的走絲速度為 6～ 12 m/s，是我國獨(dú)創(chuàng)的機(jī)種。自1970 年 9 月由第三機(jī)械工業(yè)部所屬國營長風(fēng)機(jī)械總廠研制成功 “ 數(shù)字程序自動控制線切割機(jī)床 ” ，為該類機(jī)床國內(nèi)首創(chuàng)。 1972 年第三機(jī)械 工業(yè)部對工廠 9 生產(chǎn)的 CKX 數(shù)控線切割機(jī)床進(jìn)行技術(shù)鑒定，認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到當(dāng)時國內(nèi)先進(jìn)水平。1973 年按照第三機(jī)械工業(yè)部的決定，編號為 CKX — 1 的數(shù)控線切割機(jī)床開始投入批量生產(chǎn)。 1981 年 9 月成功研制出具有錐度切割功能的 DK3220 型的坐標(biāo)數(shù)控機(jī)，產(chǎn)品的最大特點(diǎn)是具有 度錐度切割功能。完成了線切割機(jī)床的重大技術(shù)改進(jìn)。隨著大錐度切割技術(shù)逐步完善，變錐度、上下異形的切割加工也取得了很大的進(jìn)步。大厚度切割技術(shù)的突破，橫剖面及縱剖面精度有了較大提高，加工厚度可超過 1000mm 以上。使往復(fù)走絲線切割機(jī)床更具有一定的優(yōu)勢 。同時滿足了國內(nèi)外客戶的需求。這類機(jī)床的數(shù)量正以較快的速度增長，由原來年產(chǎn)量 2— 3 千臺上升到年產(chǎn)量數(shù)萬臺，目前全國往復(fù)走絲線切割機(jī)床的存量已達(dá) 20 余萬臺，應(yīng)用于各類中低檔模具制造和特殊零件加工，成為我國數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用最廣泛的機(jī)種之一。但由于往復(fù)走絲線切割機(jī)床不能對電極絲實施恒 張力控制 ，故電極絲抖動大，在加工過程中易斷絲。由于電級絲是往復(fù)使用，所 以 會 造 成 電 極 絲 損 耗 ， 加 工 精 度 和 表 面 質(zhì) 量 降 低 。 圖 1 高速電火花線切割機(jī)床 （ 2）低速線切割機(jī)床 10 低速線切割機(jī)床 電極絲以銅線作為工具電極，一般以低于 單向運(yùn)動，在銅線與銅、鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加 60~300V 的脈沖電壓，并保持 5~50um 間隙，間隙中充滿脫離子水 (接近蒸餾水 )等絕緣介質(zhì)，使電極與被加工物之間發(fā)生火花放電，并彼此被消耗、腐蝕，在工件表面上電蝕出無數(shù)的小坑，通過 NC 控制的監(jiān)測和管控，伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行，使這種放電現(xiàn)象均勻一致，從而達(dá)到加工物被加工，使之成為合乎要求之尺寸大小及形狀精度的產(chǎn)品。目前精度可達(dá) 級，表面質(zhì)量也接近磨削水平。電極絲放電后不再使用，而且采用無電阻防電解電源，一般均帶有自動穿絲和恒 張力 裝置。工作平穩(wěn)、均 勻、抖動小、加工精度高、表面質(zhì)量好，但不宜加工大厚度工件。由于 機(jī)床結(jié)構(gòu) 精密，技術(shù) 含量高，機(jī) 床價格高 ，因此使用 成本也高。 圖 2 低速線切割機(jī)床 （ 3） 立式回轉(zhuǎn)電火花線 切割機(jī)床 立式回轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)的特點(diǎn)與傳統(tǒng)的高速走絲和低速走絲電火花線切割加工均有不同，首先是電極絲的運(yùn)動方式比傳統(tǒng)兩種的電火花線切割加工 11 多了一個電極絲的回轉(zhuǎn)運(yùn)動；其次，電極絲走絲速度介于高速走絲和低速走絲直接，速度為 1～ 2m/s。由于加工過程中電極絲增加了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以立式回旋電火花線切割機(jī)與其他類型線切割機(jī)相比，最大的區(qū)別在于走絲系統(tǒng)。立 式回轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)的走絲系統(tǒng)由走絲端和放絲端兩套結(jié)構(gòu)完全相同的兩端做為走絲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了電極絲的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和低速走絲的復(fù)合運(yùn)動。兩套主軸頭之間的區(qū)域為有效加工區(qū)域。除走絲系統(tǒng)外，機(jī)床其他組成部分與高速走絲線切割機(jī)相同。 圖 3 立式回轉(zhuǎn)電火花線 切割機(jī)床 2. 按電極絲運(yùn)動軌跡的控制形式分類 （ 1）靠模仿形控制電火花線切割機(jī)床 靠模仿形電火花線切割機(jī)床，其在進(jìn)行線切割加工前，預(yù)先制造出與工件形狀相同的靠模，加工 時把工件毛坯和靠模同時裝夾在機(jī)床工作臺上，在切割過程中電極絲緊緊的貼著靠模邊緣作軌跡運(yùn)動，從而切割出與靠模形狀和精度相同的工件。 12 圖 4 靠模仿形控制電火花線切割機(jī)床 （ 2）光電跟蹤控制電火花線切割機(jī)床 光電跟蹤控制電火花線切割機(jī)床，其在進(jìn)行線切割前，先根據(jù)零件圖樣按一定比例描繪出一張光電跟蹤圖，加工時將圖樣置于機(jī)床的光電跟蹤臺上，跟蹤臺上的光點(diǎn)頭始終追隨墨線圖形的軌跡運(yùn)動，再借助于電氣、機(jī)械的聯(lián)動，控制機(jī)床工作臺連同工件相對電極絲做相似形的運(yùn)動，從而切割出與圖樣形狀相同的工件。 13 圖 5 光電跟蹤控制電 火花線切割機(jī)床 （ 3）數(shù)字程序控制電火花線切割機(jī)床 數(shù)字程序控制電火花線切割機(jī)床，采用先進(jìn)的數(shù)字化自動控制技術(shù)，驅(qū)動機(jī)床按照加工前根據(jù)工件幾何形狀參數(shù)預(yù)先編制好的數(shù)控加工程序自動完成加工，不需要制作靠模樣板也無需繪制放大圖，比前面兩種控制形式具有更高的加工精度和廣闊的應(yīng)用范圍，目前國內(nèi)外 95%以上的電火花線切割人機(jī)床都以采用數(shù)字化。 圖 6 數(shù)字程序控制電火花線切割機(jī)床 14 （三）電火花線切割加工的原理 自由正離子和電子在場中積累，很快形成一個被電離的導(dǎo)電通道。在這個階段，兩板 間形成電流。導(dǎo)致粒子間發(fā)生無數(shù)次碰撞，形成一個等離子區(qū)，并很快升高到 8000 到 12020 度的高溫，在兩導(dǎo)體表面瞬間熔化一些材料，同時，由于電極和電介液的汽化，形成一個氣泡，并且它的壓力規(guī)則上升直到非常高。然后電流中斷，溫度突然降低，引起氣泡內(nèi)向爆炸，產(chǎn)生的動力把溶化的物質(zhì)拋出彈坑，然后被腐蝕的材料在電介液中重新凝結(jié)成小的球體，并被電介液排走。然后通過 NC 控制的監(jiān)測和管控，伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行，使這種放電現(xiàn)象均勻一致，從而達(dá)到加工物被加工，使之成為合乎要求之尺寸大小及形狀精度的產(chǎn)品。 圖 7 電火花線切割的基本原理 圖 （ 1）線切割 ——數(shù)控電火花線切割加工的簡稱。 （ 2）工作原理：利用移動的金屬絲作工具電極，并在金屬絲和工件間通以脈沖電流，利用脈沖放電的腐蝕作用對工件進(jìn)行切割加工的。 15 （ 3）由于它利用的是絲電極，因此，只能作輪廓切割加工。 （ 4）工作原理如圖 1 所示。 圖 8 線切割機(jī)床的加工原理 1－－數(shù)控裝置 2－－儲絲簡 3－－導(dǎo)輪 4－－電極絲 5－－工件 6－－噴嘴 7－－絕緣板 8－－脈沖發(fā)生器 9－－液壓泵 10－－水箱 11－－控制步進(jìn)電動機(jī) （ 5）當(dāng)工件與線電極間的間隙足以被脈沖電壓擊穿時，兩者之間即產(chǎn)生火花放電而切割工件。 （ 6）通過數(shù)控裝置 l 發(fā)出的指令，控制步進(jìn)電動機(jī) 11，驅(qū)動 X、 Y 兩托板移動，可加工出任意曲線輪廓的工件。 （四） 電火花線切割加工的特點(diǎn) 1. 它以 ～ 的金屬線為電極工具，不需要制造特定形狀的電極 。 2. 雖然加工的對象主 要是平面形狀，但是除了有金屬絲直徑?jīng)Q定的內(nèi)側(cè) 腳 的最小直徑 R（金屬線半徑 +放電間隙）這樣的限制外，任何的限制外，任何復(fù)雜的開頭都可以加工。 3. 輪廓加工所需加工的余量少，能有效地節(jié)約貴重的材料。 4. 可無視電極絲損耗（高速走絲切割采用低損耗脈沖電源；慢速走絲線切割采 用 單向連續(xù)供絲，在加工區(qū)總是保持新電極絲加工），加工精度高 。 5. 依靠微型計算機(jī)控制電極絲軌跡和間隙補(bǔ)償功能，同時加工凹凸兩種模具時，間隙可任意調(diào)節(jié)。 16 6. 采用乳化液或去離水的工作液，不必?fù)?dān)心發(fā)生火災(zāi)，可以晝夜無人連續(xù)加工。 7. 無論被加工工件的硬度如何，只要是導(dǎo)體或半導(dǎo)體的材料都能實現(xiàn)加工。 8. 任何復(fù)雜開頭的零件，只要能編制加工程序就可以進(jìn)行加工，因而很適合小批零件和試制品的生產(chǎn)加工，加工周期短，應(yīng)用靈活。 9. 采用四軸聯(lián)動，可加工上，下面異形體，形狀扭曲曲面體，變錐度和球形等零件。 （五） 電火花線切割加工的應(yīng)用 1．試制新產(chǎn)品 在新產(chǎn)品開發(fā)過程中需要單件的樣品，使用線切割直接切割出零件， 無需模具，這樣可以大大縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期并降低試制成本。如在沖壓生產(chǎn)時，未開出落料模時，先用線切割加工的樣板進(jìn)行成形等后續(xù)加工，得到驗證后再制造落料模。 2．加工特殊材料 切割某些高硬度，高熔點(diǎn)的金屬時，使用機(jī)加工的方法幾乎是不可能的，而采用線切割加工既經(jīng)濟(jì)又能保證精度。 3．加工模具零件 電火花線切割加工主要應(yīng)用于沖模、擠壓模、塑料模、電火花型腔模的電極加工等，由于電火花線切割加工速度和精度的迅速提高，目前已達(dá)到可與坐標(biāo)磨床相競爭的程度。例如，中小型沖模，材料為模具鋼 ，過去用分開模和曲線磨削的方法加工，現(xiàn)在改用電火花線切割整體加工的方法，制造周期可縮短 3/4~5/4，成本降低 2/3~3/4，配合精度高，不需要熟練的操作工作。因此，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家的精密沖的磨削等工序，已被電火花和電火花線切割加工所代替。 表 2 電火花線切割加工的應(yīng)用領(lǐng)域 平面形狀的金屬模加工 沖模、粉末冶金模、拉拔模、擠壓模的加工 立體形狀的金屬模加工 沖模用凹模的退刀槽加工、塑料用金屬壓模、塑料模等分離面加工 電火花成形加工用電極制作 形狀復(fù)雜的微細(xì) 電極的加工、一般穿孔用電極的加工、帶錐度型模電極的加工 試制品及零件加工 試制零件的直接加工、批量小品種多的零件加工、特殊材料的零件加工、材料試件的加工 17 輪廓量規(guī)的加工 各種卡板量具的加工，凸輪及模板的加工，成形車刀的成形加工 微細(xì)加工 化纖噴嘴加工、異形槽和窄槽加工、標(biāo)準(zhǔn)缺陷加工 三、電火花線切割加工技術(shù)的發(fā)展趨勢 （一）高速走絲線切割加工技術(shù)的現(xiàn)狀 有我國特色的數(shù)控高速走絲電火花線切割加工技術(shù)自 60年