线切割机断丝问题分析毕业论文.pdf

XXXXXX 学院 毕业实习专题报告 毕业实习专题报告 题 目： 线切割机断丝问题分析 线切割机断丝问题分析 作 者： 学 号： 班 级： 系 别： 专 业： x x x x 年 x 月 摘摘 要要 “电火花数控线切割加工” 是利用移动的细金属导线 （铜丝或钼丝） 作为电极， 对工件进行脉冲火花放电、切割成形。它为机械制造业中加工某些特殊的材料、 特殊形状的工件提供了切实可行的方法，如高强度、高硬度的淬火钢；微细异型 孔、窄缝等。 有好的机床不一定能加工出精度高的工件，还必须注意加工时的工艺技巧。造 成工件达不到要求或生产报废的原因有很多，在线切割机床中，断丝就是影响加 工速度和产品质量的重要原因之一。它使加工停顿且不得不从头开始, 这就浪费了 大量工时, 还破坏了加工面的完整性, 增加了实现无人操作加工的困难, 阻碍了线 切割工艺的进一步发展。 因此，弄清楚断丝的原因并采取相应的措施，对降低加工成本和保证加工质量 和速度十分重要，更能推进该工艺的进一步发展，早日实现全自动无人操作加工。 关键词：线切割 断丝 分析 方法 目 录 目 录 1 前言 1 11 实习目的 1 12 实习基本情况 . 1 13 实习过程中发现的问题断丝 1 2 断丝原因分析 2 21 “电火花数控线切割加工”原理 2 22 引起“电火花数控线切割加工”断丝的几大因素 . 2 221 电极丝的选用问题 . 3 222 运丝机构引发的问题 . 3 223 工件带来的问题 . 3 224 工作液的问题 . 4 225 脉冲电源的影响问题 4 3 减少断丝的方法 . 5 31 电极丝的选用方法 . 5 32 减少运丝机构引起断丝的方法 6 33 减少工件引起断丝的方法 . 6 34 工作液的配制方法 . 6 35 减少脉冲电源引起的断丝的建议 7 结 尾 8 参 考 文 献 9 1 1 前言前言 毕业实习是我们在完成教学计划所规定的全部理论课程的基础上进行的总结 性实习，是培养和检验我们综合运用所学专业的基本理论、基本技能，理论联系 实际以及独立地分析问题、解决问题的重要环节。 11 实习目的实习目的 毕业实习的目的就在于使我们学生加深对所学专业课程的理解，巩固所学知 识，增强运用专业知识的能力，并通过实习了解专业工作的内容，从中学习和获 取专业工作的能力和经验，以提高运用理论知识和解决实际问题的能力。 12 实习基本情况实习基本情况 本次毕业实习学院采取分散实习法，即学生自己去寻找相关的实习单位进行 实习。在多日的寻找后，我有幸来到了“利亚船舶工程有限公司”来完成我学业 的最后一部分毕业实习。 本次我个人的毕业实习时间是从 3月 2 0号到 5月 3 0号，实习单位的地点位 于福建省福州市平潭县岚城乡竹屿口，在公司了解我的基本情况后，公司决定把 我安排在金工车间来完成这次毕业实习。 13 实习过程中发现的问题断丝实习过程中发现的问题断丝 在两个多月的实习中，我参与了很多不同的工作，学到了很多相关的实际操 作经验，不过给我留下最深的印象的还是“电火花数控线切割加工” 。 “电火花数控线切割加工”在船舶工业中运用的很广泛，我们知道轮船的整 体框架就是由钢板焊接组合起来的，而想要合理的组合起来就需要对钢板进行固 定形状的加工。显然在对较厚钢板的加工切割，运用线切割就比较容易做到。 在多日的工作中，我发现“电火花数控线切割加工”存在着一个很大的弊端 断丝。 经过我和师傅的交谈，加上多方的调查，我了解到断丝一直是线切割加工中 的一个最严重的问题。如果在线切割进行的过程中出现多次断丝，不仅会造成一 2 定程度的经济损失，还会使加工停顿且不得不从头开始，这就浪费了大量的工作 时间，而且还会在工件上产生断丝痕迹，影响工件的加工质量，严重的甚至会造 成工件报废。这还都只是小方面的影响，更长远的影响在于它增加了实现无人操 作加工的困难，这就阻碍了线切割工艺的进一步发展。因此，研究断丝的原因和 防止断丝的有效方法显的极为重要。 2 断丝原因分析断丝原因分析 引起断丝的原因有很多，例如电极丝选择问题、运丝机构（也称导丝机构) 存 在缺陷、与工件相关问题、与工作液相关问题、脉冲电源问题等 21 “电火花数控线切割加工”原理“电火花数控线切割加工”原理 在研究断丝原因前，自然有必要先了解下“电火花数控线切割加工”的原理。 电火花线切割加工，英文全称：W i r e c u t E l e c t r i c a l D i s c h a r g e M a c h i n i n g ，简 称 W E D M , 它是在电火花加工基础上发展起来的一种工艺方法。 其基本原理是利用移 动的细金属导线（铜丝或钼丝）作为电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成形。 如“电火花线切割原理图” （图 1 ）中所示可以看出，利用钼丝 4作工具电极进行 切割；贮丝筒 7使钼丝作正反交替移动，加工能源由脉冲电源 3提供，在电极丝 和工件之间不断地注入工作液。 工件和电极丝的相对运动由放置工件的工作台在 X 和 Y 两方向的运动合成实现。根据不同的相对运动，可以加工不同形状的轮廓。 通过了解线切割的工作原理，我们不难发现，运丝机构、工作液及脉冲电源 与断丝有密切关系，而电极丝选择的问题自然也不能忽视，加工过程，用在不同 工件中加工，工件的强度对引起电极丝断丝问题自然也有一定的联系。 22 引起“电火花数控线切割加工”断丝的几大因素引起“电火花数控线切割加工”断丝的几大因素 经过两个多月的毕业实习观察和多方的查阅，断丝的因素总结如下： 1 、电极丝的选用问题。 2 、运丝机构引发的问题。 3 、工件带来的问题。 4 、工作液的问题。 3 5 、脉冲电源的影响问题。 221 电极丝的选用问题电极丝的选用问题 电极丝的选用不外乎是电极丝的种类及直径。电极丝的材料通常有钼丝、钨 丝、钨钼丝、黄铜丝、铜钨丝等，而一般电极丝的直径在0 . 0 6 0 2 5 m m 之间， 所以，可组合出来的电极丝种类也是非常多的，而加工时要兼顾到经济效益和质 量这两个问题，所以在电极丝选用上也是非常有讲究的。 222 运丝机构引发的问题运丝机构引发的问题 图 1 ：电火花线切割原理图 图 1 ：电火花线切割原理图 线切割机的运丝机构主要是由贮丝筒、支架和导向轮（图 1 ）组成。由于贮丝 筒、支架和导向轮在加工过程中存在着问题，就必然容易引起断丝。比如贮丝筒 的径向跳动会使电极丝的张力减小，造成松丝，严重时会使钼丝从导向轮槽中脱 出而拉断。而另外一方面，可能会因为运丝机构精度变差而引起断丝问题，比如 导向轮的磨损问题，它会增加电极丝的抖动，这样就破了坏火花放电的正常间隙， 容易造成大电流集中放电，从而导致断丝。 223 工件带来的问题工件带来的问题 加工的工件是多种多样的，材质也是各不相同，所以同样的机床加工不一样 的工件，是会遇到问题的。例如对于锻造性能、淬透性不好，热变形大的工件， 对其直接进行线切割加工，则在加工过程中可能有的工件会出现开裂现象，从而 把电极丝碰断；有的则会使间隙变形，把电极丝夹断或弹断。 对于未退磁的工件，线切割加工中产生的电腐蚀颗粒易吸附在切割细缝中， 特别是工件较厚时，不退磁易造成切割进给不均匀，表面粗糙度值增大造成短路、 4 断丝。 另外，工件材质不纯, 内应力较大, 和工件装夹不好, 都极有可能引起断丝。 224 工作液的问题工作液的问题 工作液变黑，即使用太久没换的工作液，需要知道的是时间用长后，综合性 能变差的工作液是引起断丝的重要原因之一，另外工作液配制的太浓，太淡等都 会引起断丝问题。再者，用自来水配制工作液也容易引起断丝问题，因为自来水 中存在某些有害于电蚀加工的离子，如钙离子、镁离子等。 225 脉冲电源的影响问题脉冲电源的影响问题 脉冲问题是个相当复杂的过程。 从“断丝前加工不稳定阶段的放电波形图” （图 2 ）中，可以看到，加工状态 一会偏开路，一会偏短路。这时进给忽快忽慢，加工电流忽大忽小。电极丝经常 会在加工偏开路时处于瞬间松弛。电极丝在松弛状态的自然弯曲造成电极丝在几 毫秒到几百毫秒时间中只在一个点上与工件之间放电的状况，这个点经常是工件 的上下沿。 图 2 ：断丝前加工不稳定阶段的放电波形图 图 2 ：断丝前加工不稳定阶段的放电波形图 放电越是在一点上集中，这一点的温度就越高，气泡和金属屑就越多，这样 的环境就更有利于形成放电通道，使更多的放电集中在这一点上，形成一种恶性 循环，直至引起破坏性拉弧放电。 放电在空间上集中总是引起放电在时间上的密集。放电点转移往往伴随着一 个较长的击穿延时。这是因为远放电点已不易被再次击穿，需要时间寻找一个新 5 的放电点。而在同一个点上重复击穿，则击穿条件很有利，击穿延时就比较短。 换句话说，连续不出现较长的击穿延时，往往表明放电点没有转移。在断丝之前 从波形上看放电在时间上很密集，没有较长的击穿延时。这说明放电在空间上也 集中在一、两个点上。从因果关系上看，放电在时间上密集是放电集中于一点的 必然结果。 众所周知，开路状态电流约等于零，短路状态间隙电压约等于零。这两种状 态都基本上不向加工间隙中输入能量。只有正常火花放电脉冲和拉弧脉冲才向间 隙中输入能量。放电脉冲频率增加就意味着向间隙中输入的能量增加。并且这些 能量又集中在一点上，造成这一点的温度急剧升高，使电极丝被烧断。 3 减少断丝的方法减少断丝的方法 断丝是不可避免的，但不能因此就说研究断丝原因是浪费时间，因为通过研 究，我们会发现不少可以通过预防或加强的方法来减少断丝的发生。这好比一台 电脑，不管你怎么保护它，有一天，它还是会坏的，但我们如果懂得更好的保护、 使用它的方法，那我们就能让它为我们多工作几年。 31 电极丝的选用方法电极丝的选用方法 通常“电火花数控线切割加工”所用的电极丝材料应具有良好的导电性，电 子溢出功小，抗拉强度大，耐电腐蚀性能好等特点，而且电极丝本身不得有弯折 和打结现象。 采用钨丝加工，可获得较高的加工速度，但放电后钨丝易变脆，既而造成断 丝，所以应用比较少。故一般在走丝速度较慢、弱电时使用。钼丝熔点和抗拉强 度都很低，但韧性好，在频繁的急冷急热的变化中，丝质不易因变脆而断丝，因 此， 尽管有些性能不如钨丝， 但仍是目前使用最为广泛的一种电极丝。 钨钼丝 （钨、 钼各占 5 0 ）加工效果比前两种都好，故使用寿命和加工速度都比钼丝高，但价 格昂贵。铜丝的加工速度高，加工过程稳定，但抗拉强度差，损耗也大，一般在 低速走丝线切割加工中使用较多。综上所述，电极丝的种类应根据加工情况而定， 否则会容易经常引起断丝。 一般电极丝直径在0 . 0 6 0 2 5 m m 之间，常用的则在0 1 2 0 1 8 m m 之 6 间。需获得精细的形状和很小的圆角半径时，则可选择0 0 4 m m 的电极丝。电极 丝直径选择得恰当，也会大大减少断丝的发生。 32 减少运丝机构引起断丝的方法减少运丝机构引起断丝的方法 运丝是电动机通过联轴节带动贮丝筒交替做正反向转动，电极丝整齐排列在 贮丝筒上，并经过支架导向轮做反复运动。这些部件安装不当，间隙不合理，转 动不灵活，运动时有偏摆都会使电极丝运动受阻，从而引起断丝。因此要仔细调 整运丝机构各部件的位置，保持贮丝筒、导向轮转动灵活。同时上下导向轮模块 长期使用，会被污垢堵塞或腐蚀等，妨碍电极丝顺利走丝或引起电极丝抖动等， 进而引起断丝。所以为了减少此原因引起的断丝，定期清洗上下导向轮模块是非 常有必要的。 33 减少工件引起断丝的方法减少工件引起断丝的方法 对于锻造性能、淬透性不好，热变形大的工件，在进行线切割前我们应先对 其进行锻打、淬火和回火等处理，这样就能大大减少由于工件开裂或变形引起的 碰断、夹断或弹断电极丝的现象。 对于未退磁的工件，则应该按正常的工艺顺序，在平磨后应对其进行退磁， 这样不仅仅是为了减少断丝，同时也能提高加工出来工件的质量。 而工件材质不纯及内应力较大这两个因素, 可通过选用材质较纯和采用低温 回火的方法来消除内应力，工件装夹不好问题则属于个人操作技术上的问题，加 强相关人员的培训即可。 34 工作液的配制方法工作液的配制方法 一般情况下，每天 8 小时左右的加工，工作液可以使用 6 到 8 天，8 天后就要 进行更换，否则容易引起断丝。而工作液浓度的调配，不宜过浓也不宜过淡，一 般水液浓度比在 1 ：1 0 1 ：2 0 的之间。对切割速度要求高或工件厚度大时，其工 作液的配比可适当淡一些，约减少 5 8 的浓度，这样加工较稳定，不易断丝。 有研究表明，用高纯水配制比用自来水配制的工作液工作来的稳定的多，断 丝较少发生。其原因是高纯水在离子交换提纯的过程中去除了某些有害于电蚀加 7 工的离子，如钙离子、镁离子等，致使在加工过程中，虽有电蚀产物的介入，使 工作液中混入了各种离子，但由于清除了有害离子而得以使加工更稳定。 35 减少脉冲电源引起的断丝的建议减少脉冲电源引起的断丝的建议 目前国外是给机床加装一个根据断丝先兆采取防护措施的装置，这方法虽然 有效，但实际上判别断丝先兆的门槛值比较难确定。设计高了起不到完全防止断 死的目的，设计低了则装置过于灵敏，会不断地采取防护措施，使加工效率大大 降低，对加工表面质量自然也有一定的不利影响。 我们了解到，断丝的直接原因是输入间隙的热负载增加且集中在一个点上， 而最初的起因是加工过程的不稳定。那么根据加工工程的不稳定信息，采取有效 措施使之尽快进入稳定状态，这才是从根本上克服由于脉冲引起的断丝问题的方 法。这样再加上国外那种根据先兆采取防护措施的方法，不但使断丝问题得到解 决，还可进一步提高加工速度和质量。但由于不同类型的脉冲电源的断丝先兆信 号不同，又给这个设想加大了难度。 8 结结 尾尾 在“电火花数控线切割加工”中，影响断丝的因素远不只以上所述的这些， 而且很多因素往往是相互依赖，相互制约的。以上只是针对部分断丝现象作了研 究和分析，并提出相应的