高速走絲線切割機斷絲原因的分析及解決辦法有如下幾種方案。
⑴與電極絲相關的斷絲
①走絲張力及走絲速度 對于高速走絲線切割加工,廣泛采用0.06~0.25mm的鉬絲,因其耐損耗,抗拉強度高、絲質不易變脆且較少斷絲,提高電極絲的張力可減少絲振的影響,從而提高精度和切割速度。絲張力的波動對加工穩定性影響很大,產生波動的原因是:貯絲筒上的電極絲正反運動時張力不一樣。工作一段時間后電極絲又會伸長,致使張力下降,張力下降的后果是絲振加劇,極易斷絲,一般認為張力在12~15N較合適。
隨著走絲速度的提高,在一定范圍內,加工速度也會提高。同時走絲速度的提高有利于電極絲把工作液帶入較大厚度的工件放電間隙中,有利于電蝕產物的排除和放電加工的穩定。但欲速則不達,走絲速度過高,電極絲抖動嚴重,反而破壞了加工的穩定性,這不僅使加工速度下降,而且加工精度和表面粗糙度都會變差,并易造成斷絲。但走絲速度也不能過低,否則加工時由于損耗大,也易斷絲,一般經驗以小于10m/s為宜。
②電極絲的選擇 電極絲的選擇不外乎是電極絲的種類及直徑。通常電火花線切割加工所用的電極絲材料應具備良好的導電性、電子溢出功率小、抗拉強度大、耐電腐蝕性能好。絲本身不得有彎折和打結現象。其材料通常有鉬絲、鎢絲、鎢鉬絲、黃銅絲、銅鎢絲等。其中以鉬絲和黃銅絲用得最多。采用鎢絲加工,可獲得較高的加工速度,但放電后絲變脆、易斷絲,應用的較少。所以一般在走絲速度較慢時使用。鉬絲熔點、抗拉強度低,但韌性好,在頻繁的急冷急熱的變化中,絲質不易變脆而斷絲,因此盡管有些性能不如鎢絲好,但仍是目前使用最為廣泛的一種電極絲。鎢鉬絲加工效果比前兩種都好,使用壽命和加工速度都比鉬絲高,但價格昂貴。銅絲的加工速度高,加工過程穩定,但抗拉強度差,損耗也大,一般在低速走絲線切割加工中使用較多,綜上所述,電極絲的種類應根據加工情況而定,否則會常常引起斷絲。
對于高速走絲線切割加工,一般電極絲直徑在0.06~0.25mm,常用的在0.12~0.18mm。需獲得精細的形狀和很小的圓角半徑時,則選擇0.04mm的電極絲。電極絲選擇得當,會大大減少斷絲的發生。
③新鉬絲及鉬絲自新 新鉬絲表面有一層黑色氧化物,加工時切割速度快,工件表面呈粗黑色,這時電源能量太大,易斷絲。因此新鉬絲加工電流需適當減小,等電極絲基本發白后即可恢復正常電參數。
當機床較長時間未用,待使用時,發現鉬絲已斷,這是溫差使材料熱脹冷縮,加上鉬絲本身的張力作用而繃斷,若機床停用,應將貯絲筒搖至末端并松掉鉬絲。
⑵與工件相關的斷絲
① 加工薄工件時的斷絲 薄工件一般指其厚度在3mm以下,其斷絲的主要原因是線架上下導絲輪的開距時固定的,一般約70mm左右。當切割薄工件時,在高速走絲的情況下,電極絲失去了加厚工件時產生的冷卻液的阻尼作用,加上火花放電的影響,銀絲易抖動。解決的辦法是調整加工電壓至50V左右;調整加工電流在0.3A左右,減小鋼絲抖動,如貯絲筒是直流電機拖動的,可改變電樞電壓,增加阻尼,也可防止鉬絲抖動。這種方法較簡單,而且不需調整加工電參數。
② 加工厚工件時的斷絲 厚工件一般指大于100mm的工件。線切割工件時的斷絲可能發生在剛進給一產生火花時或工件切割過程中及工件切完時。斷絲的主要原因主要有以下幾種。
a. 切割起始的斷絲 從工件外進給切割剛產生火花就斷絲。這是因初始切割時,鉬絲在工件之外,上下導絲輪開距大,由于鉬絲沒有阻尼而抖動,使鉬絲和工件之間的間隙處于不佳狀態,或過量的乳化液,造成絕緣電阻降低,滅弧性能不好,使放電間隙中包含了電弧放電而造成銅絲燒傷。在電火花加工中,電弧放電時造成負極腐蝕損壞的主要因素,再加上間隙不佳,易形成電弧放電。而只要電弧集中于某一段,就會引起斷絲。并且短路電流越大,電弧對鉬絲的燒傷月嚴重,斷絲的可能性就越大。
b. 切割過程中的斷絲 當鉬絲切入工件后,由于切縫窄,乳化液滲透困難,切縫中的電蝕物不出來,使加工條件變壞,往往在切縫中產生二次、三次放電加工,致使切縫變寬,使切割薄工件一樣,間隙處于不佳狀態,使脈沖形成電弧放電。如電弧放電集中于某一段,則很快會把鉬絲燒斷。
c. 切割快完時的斷絲 在快切割完而尚差幾毫米,甚至幾十微米時斷絲,產生這種斷絲的原因除上述原因外,還有工件的自重、工件材料的內應力導致的變形,造成夾絲拉斷。解決的辦法是,可自制簡易的工裝夾具,材料在加工前做必要的熱處理。
③工件中夾有不導電物質引起的斷絲 外觀看似正常的材料在正常切割時,突然發生短路現象,不管怎樣排除都不能奏效。這種情況多為在鍛打和熔煉的材料中夾有雜質,這些雜質不具備有良好的導電性,致使加工中不斷短路,最終勒斷鋼絲。解決的辦法是,可編制一段每進0.05~0.1mm便后退0.5~1mm的程序,在加工中反復使用,并加大冷卻液流量,一般可沖刷掉雜質,恢復正常切割。
④線切割加工的工件多數都是在磨平以后,按正常的工藝,平磨后應退磁,若工件未退磁,線切割加工中產生的電腐蝕顆粒易吸附在割縫中,特別是工件較厚時,不退磁易造成切割進給不均勻,表面粗糙度值增大造成短路、斷絲。
⑤線切割加工自動對中心時斷絲 這是因為工藝孔壁有油污,毛刺或某些不導電的物質,當電極絲移動到孔壁時未火花放電,致使機床不能自動換向,工件將鉬絲頂彎,最后勒斷鋼絲,因此加工前一定要將工藝孔清理干凈。
⑶與脈沖電源相關的斷絲
① 加工電流很大,火花放電異常,導致斷絲,這種故障多數是脈沖電源的輸出已變為直流所致。從脈沖電源的輸出級向多諧振蕩器逐級檢查波形,更換損壞的元件,使輸出為合理要求的脈沖波形時才能投入使用。
② 輸出電流超過限值斷絲 在加工過程中火花放電突然變為藍色的弧光放電突然變成藍色的弧光放電,電流超過限值,將鉬絲燒斷,用示波器測輸入端和振蕩部分都無波形輸出。可判斷故障出在振蕩部分。檢查發現有三極管的,發現極間內部開路,中極間內部擊穿,更換此管,高頻恢復正常。
另一種情況也是在加工過程中突然斷絲,電流在限值以上。用示波器測量高頻電源輸出端,其波形幅值減小,并有負波,而脈沖寬度要求符合要求,測量推動級波形其頻率、脈沖寬度及幅值均符合要求。判斷故障在功放部分。檢查功率管,測得其中一只管子的c、e極間內部擊穿,使末級電流直接加到鋼絲與工件之間引起電弧燒斷鉬絲,換去該管,恢復正常。
③ 鉬絲上出現燒傷點發生斷絲 一旦鉬絲上出現疙瘩狀的燒傷點,,極易發生斷絲現象.這是粘附在電極絲上的加工屑(陽極物質)放電集中在電極絲上的作用,此時若冷卻散熱條件差,就很可能使該處的溫度升高,這樣一來在連續有其他加工屑粘附在該點附近,如此造成一種惡性循環,最后導致該處發生燒傷現象。
加工屑會粘附到電極絲上的主要原因與脈沖參數和放電間隙的冷卻狀況有關,解決的辦法是提高脈沖電源的空載電壓幅值或采用雙脈沖法,加大冷卻液流量,改善冷卻條件。
⑷與走絲裝置及工作液相關的斷絲
①與走絲裝置相關的斷絲 其根本原因是該裝置精度變差,尤其是導輪的磨損,會增加鉬絲的抖動,破壞火花放電的正常間隙,造成大電流集中放電,從而增加斷絲的機會?梢詮南旅3個方面去檢查導輪機構的精度。
a.導輪V形槽變寬 這會使電極絲在Y軸方向產生往復位移,表現在貯絲筒正反換向時出現不進給或跳進進給的現象。
b.導輪V形槽的底徑不圓 這是由于支承導輪的軸承損壞,加工時鉬絲沒有進入導輪的V形槽或有污染物將導輪卡死,鉬絲拉出深槽所致,當用手搖動貯絲筒時會發現電極絲在X軸方向前后移位。
c.導電軸與導電輪接觸不好引起斷絲 加工中發現電流表指針左右擺動大,進給速度快慢不均勻,有時電流表指針退回到零,控制臺進給速度很快,因沒有放電,最后將鉬絲拉斷,這時要更換新的導電輪和導電軸。
②對要求切割速度高或大厚度工件 其工作液的配比可適當淡一些,約5%~8%的濃度,這樣加工較穩定,不易斷絲。
③工作液臟污,時間長后綜合性能變差是引起斷絲的重要原因 實踐中,可這樣來衡量工作液是否變差,當加工電流為2A左右,使用兩天后效果最好,繼續使用8~10天則易斷絲,須更換新的工作液。
④用高純水配制的工作液加工時工作穩定,較少斷絲 其原因是高純水在離子交換提純的過程中去除了某些有害于電蝕加工的離子,如鈣離子、鎂離子等,致使在加工過程中,雖有電蝕產物的介入,使工作液中混入了各種離子,但由于清除叻有害離子而得以使加工穩定。
⑸與材料相關的斷絲 未經過鍛打、淬火、回火處理的金屬易斷絲。這是因鋼材中碳化物分布不均勻,引起電加工性能不穩定造成電弧放電而斷絲。鋼材中所含碳化物顆粒大,并且聚集成團,而分布又不均勻,這樣的材料加工中易開裂、變形夾牢鋼絲,造成斷絲。淬火應力、磨削應力、放電加工應力交互疊加引起應力集中是導致火件在線切割加工中開裂而導致斷絲的直接原因。因此,減少因材料引起的斷絲,應選擇鍛造性能好、淬透性好、熱處理變形小的材料,促使鋼材中所含碳化物分布均勻,從而使加工穩定性增強。如以線切割加工為主要工藝的冷沖模具,盡量選用CrWMn、Cr12MoV、GCr15等合金工具鋼,并要正確選擇熱加工方法和嚴格執行熱處理規范。
⑹其他
① 在拆絲時,往往用剪刀將貯絲筒上的舊絲剪斷,形成很多短頭,若不注意清理會混到電器部位中或夾在走絲裝置中,引起短路,造成斷絲。
② 加工完成后,應首先關掉加工電源,之后關掉工作液,讓走絲運轉一段時間后再停機。若先關工作液,會造成空氣中放電,形成燒絲;若先關走絲的話,因絲速太慢甚至停止運行,絲冷卻不良,間歇中缺少工作液,也會造成燒絲。
③ 某些時候需要進行切割時(指手搖十字滑板),應眼觀電源表,不得超過正常切割時的變頻速度,否則極易斷絲。
④ 因污垢引起的斷絲現象,這種現象往往在加工完工件后出現。檢查時用萬用表電阻擋測量出鋼絲與機床外殼之間有30KΩ左右的電阻,且調換筆有充放電現象,進一步檢查發現鉬絲擋塊螺釘與線架之間,斷絲檢測塊與固定在線架上的螺釘之間有很多液渣污垢。
拆下擋塊和檢測塊后充放電現象消失,電阻值上升,這是因液渣污垢使鋼絲與機床之間形成一電阻電容,并連在功放管輸出端上,而使輸出波形底部變寬,直流成分增加,當工件快加工完時鉬絲與工件間的間隙加大使采樣電位升高進給速度加快,這就使鉬絲在加工完時易斷絲,清洗污垢后,機床恢復正常。