模具制造8-线切割-2013-2014

1、精密模具制造技术 4-3 模具的电火花线切割加工 电火花成形加工是采用的成形电极，而线切割采用的是线电极，线切割可以加工带有一定锥度的型孔或型芯等。 一、线切割的加工原理、特点和分类1、加工原理 精密模具制造技术 线切割加工时，是在电极丝和工件之间进行脉冲放电。电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极，每个电脉冲产生一次放电，在放电通道的中心温度可高达10000，熔化或汽化金属材料，后汽化了的工作液被热膨胀和局部微爆炸的作用将熔化和汽化的金属抛出，实现对工件材料的电蚀切割加工过程。 一般情况下，线切割的放电间隙为0.01-0.02mm，编程时，线切割的放电间隙取0.01mm计算，放电间隙与

2、脉冲电压密切相关，一般来讲，脉冲电压高，放电间隙会变大。 在切割加工的过程中，为了减少电极丝的损耗和防止电极丝被烧断，除了向放电间隙注入大量的工作液外充分冷却电极丝外，同时，电极丝以710m/s的速度相对于工件做轴向精密模具制造技术运动，高速运动的电极丝有利于将工作液带入放电间隙，也有利于把电蚀物从间隙中带出来，从而避免电弧放电的产生电极丝局部损耗，提高切割的加工精度。2、加工特点 与电火花成形加工相比，有如下特点：不需要制造成形电极，工件材料的预加工工作量少。能方便地加工复杂截面的型柱、型孔和窄缝等。脉冲电源的加工电流较小，脉冲宽度较窄，采用正极性加工，即正极接工件，负极接电极丝。不需要转换

3、电规准，都是一次加工成形。采用运动的电极丝，电极的单位损耗少，加工精度就高。只对工件进行切割，余料可以继续使用，材料利用率高。工作液选用水基乳化液，不是煤油，安全，可靠，节约。2、加工特点n1）数控线切割加工的电极丝即为工具电极，它与电火花成型加工相比，有着简单、易制、备料方便、成本低等特点；n2）因加工零件的形状和尺寸由所编程序控制，所以能很方便地加工任何微细、异形、窄缝等复杂形状的截面和通孔，且操作较灵活；n3）由于工件与电极丝之间有一定的脉冲放电间隙（一般为0.010.1），相互之间不接触，所以任何比电极丝硬的工件，只要是半导体或导体材料都可以进行加工，特别是一些高硬材料，如淬火钢、硬质

4、合金、磁性钢及石墨电极等，都可以用线切割加工；n4）由于电极丝很细（电极丝最小直径可达0.003），放电腐蚀去除的材料很少，所以材料的利用率很高，特别是用它来切割贵重金属时，可以节省材料，减少浪费；2、加工特点n5）数控线切割加工属于中、精加工范畴；n6）数控线切割加工中的电极丝损耗较小，如：快走丝采用了耐腐蚀材料的钨、钼作电极丝，且电极丝在工作过程中高速往返，循环使用，并加上了必要的线电极半径补偿；而慢走丝虽然所用电极丝是为铜线，但由于它在工作中是单向运动，不循环使用，所以两种方式的电极丝损耗都较小，因而对加工精度影响较小；n7）因数控线切割所用的工作液为乳化液或去离子水等，不会发生火灾，且

5、电规准一旦选定，中途不必更换，一次成型，所以，可以一人多机操作或昼夜无人连续加工，大大节约了劳动力成本。精密模具制造技术自动化程度高，操作方便，加工周期短，成本低，加工精度高，（尺寸精度0.01mm,Ra=1.6-0.8m），可以加工形状复杂的模具，如0.04-0.07mm的窄缝，0.03mm 的园角半径。不能加工盲孔类或阶梯类成形表面的零件。3、电火花线切割加工的分类按控制方式可分为靠模仿型控制、光电跟踪控制、数据程序控制及微机控制等；按电源形式可分为RC电源、晶体管电源、分组脉冲电源及自适应控制电源等；按加工特点可分为大、中、小型，普通直壁切割型与锥度切割型；按走丝速度可分为慢走丝方式、中

6、走丝方式和快走丝方式三种；4. 数控线切割加工的应用n1）各种模具的加工，广泛地用于加工精密、细小、形状复杂或材料特殊的冲模，如凸模、凹模、凸模固定板和凹模卸料板等；还可以用来加工带锥度的挤压模、塑压模、弯曲模、注塑模、冷拔模及粉末冶金模的模具。n2）科研和生产中直接加工零件、样板和夹具，如可以用以加工各种型孔、凸轮、成型刀具、微细孔、异形槽、任意曲线、窄缝和电子器件、激光器件的微孔等；薄片零件加工时，常常可以将多块薄片材料叠加在一起夹紧，一次性割出，可大大提高生产率。n3）可与电火花成型机配套，加工各类形状复杂的铜钨、银钨合金之类的工具电极，既省时，又大大降低了成本。快走丝线切割机床切割工件

7、最大锥度：6（100mm内可达）；最大切割效率：150mm2/min（Cr12 80mm厚时）；最大切割电流：6A；粗糙度：加工40mm厚的Cr12粗糙度效率多刀切割：Ra2.5 m；加工精度/直径：0.015（10mm）；菜单技术、自动编程功能；大锥度线切割机床最大加工锥度：600/100mm。 中走丝线切割机床最佳表面粗糙度Ra;0.8um切割精度0.01mm最大切割速度200mm2/min编程、控制、高频、机床电器一体化立式控制柜 全闭环控制、精细放电电高频电源，实现精细放电，表面粗糙实现了接近慢走丝机床的加工指标。慢走丝线切割机n（1）主要工艺指标n数控线切割的主要工艺指标包括线切割加

8、工速度、线切割加工精度和线切割表面粗糙度三个方面。n1）线切割加工速度n线切割加工速度是指单位时间内，电极切割的总面积。用公式表示为：nn n式中： 线切割的加工速度，单位为2；nS 线切割面积，单位为2；n 切割S所用的时间，单位为；n电极丝切割的轨迹长度，单位为；nh 被切割工件的厚度，单位为；n电极丝沿图形切割轨迹的进给速度，单位为。影响数控线切割加工工艺指标的主要因素影响数控线切割加工工艺指标的主要因素hvthltSvjxxvn2）线切割加工精度n线切割加工精度是指被加工工件通过切割加工后，其实际几何参数（尺寸、形状和相互间的位置等）与理想几何参数相符合的程度。n线切割快走丝的加工精度

9、可达到0.01，常规下为0.0150.02；线切割慢走丝的加工精度则为0.001左右。n3）线切割的表面粗糙度n线切割的表面粗糙度通常是指在已加工表面的实际轮廓上，取一个取样长度，该取样长度内实际轮廓上各点到基准线距离的绝对值的算术平均值R。n线切割快走丝时，R可达0.632.5，慢走丝时R一般为0.3左右。 二、加工规准的选择(影响工艺指标的主要因素 ) 在线切割加工中，脉冲电源的电参数选择对电蚀过程是很关键的，它直接影响了工件切割表面粗糙度，蚀除效率，切缝的宽度大小和电极丝的损耗。对零件的加工质量影响较大 在实际生产中，选择脉冲宽度160s，脉冲频率10100kHz。比较合适。 目前，广泛

10、应用的脉冲电源波形一般都是矩形波：1、短路峰值电流的选择 在其它工艺条件不变的情况下，短路峰值电流大，单个脉冲的能量就大，切割痕迹大，粗糙度差，切割速度快，电极丝损耗也大，加工精度低。 2、脉冲宽度的选择 在一定的工艺条件下，脉冲宽度增加，单个放电能量也增大，同样会产生上述结果。所以，精加工脉冲宽度尽量在20s以内选择；中加工在2060s内选择。3、脉冲间隔的选择 在一定的工艺条件下，对切割速度的影响较大，对粗糙度的影响较小，间隔小，放电次数增加，切割速度提高，太小，电蚀物来不及排除或放电间隙来不及小电离，加工就不稳定，易烧断电极丝。太大，会导致进给困难。一般选择10250s，工件厚要选大一些

11、。4、开路电压(空载电压)的选择 在一定工艺条件下，开路电压高，加工电流大，切割速度快、粗糙度差、加工较大下降，但加工间隙大，电蚀物和消电流有利。 综上所述，对于矩形波脉冲电源有如下规律：切割速度随着加工电流峰值、脉冲宽度、脉冲频率和开路电压的增大而提高。加工表面粗糙度值随着加工电流峰值、脉冲宽度及开路电压的减小而减小。加工间隙随着开路电压的提高而增大。表面粗糙度的改善有利于提高加工精度。在电流峰值一定的情况下，开路电压的增大有利于提高加工稳定性和脉冲利用率。 所以，针对不同要求的模具零件，必须选择合适的电加工规准，在保证加工精度的同时，提高加工效率。脉冲间隙脉冲宽度应用应用脉冲宽度（）脉冲宽

12、度（）峰值电流（峰值电流（A）空载电压（空载电压（V）快速切割或厚工件加工快速切割或厚工件加工204034以上以上（可实现稳（可实现稳定加工）定加工）12一般为一般为7090半精加工半精加工R1.252.5620612精加工精加工R1.25264.8快速走丝线切割加工电参数选择快速走丝线切割加工电参数选择 电极丝对线切割工艺指标的影响n电极丝对工艺指标的影响主要反映在电极丝直径的大小、电极丝安装精度要求及电极丝走丝速度等几个方面。n 电极丝直径对工艺指标的影响电极丝直径对工艺指标的影响n电极丝允许通过的电流跟电极丝直径的平方成正比，电极丝加工时的切槽宽与电极丝的直径成正比。一方面，当电极丝直径

13、变小，允许通过电极丝的电流就变小，切槽变窄，不易排屑，造成加工稳定性变差，切割速度降低；另一方面，增加电极丝直径，允许通过电极丝的加工电流就可以增大，切槽变宽，易排屑，切割速度增加，有利于厚工件的加工。但电极丝的直径超过一定程度，造成切槽过宽，反而影响了切割速度的提高，且加工电流的增大，会使表面粗糙度变差，因此电极丝的直径不宜太大，一般纯铜的电极丝直径为0.150.30，黄铜的电极丝直径为0.10.35，钼丝电极丝的直径为0.060.25，钨丝电极丝的直径为0.030.25。n 电极丝的安装精度对工艺指标的影响电极丝的安装精度对工艺指标的影响n电极丝在上丝时，不能过紧或过松，过紧易造成断丝，过

14、松会造成加工工件的尺寸和形状发生误差。一般电极丝的张力大小应根据其材料与直径而定，最常用的钼丝在快走丝时，张力一般为510N范围内。n另外，电极丝在安装过程中必须保证垂直于工件的装夹基面或工作台定位面，否则会直接影响到加工的精度和表面粗糙度。n 电极丝走丝速度对工艺指标的影响电极丝走丝速度对工艺指标的影响n电极丝的走丝速度主要影响线切割速度和电极的损耗，改善加工区的环境。一方面，当电极丝走丝速度增加，线切割的加工速度随之增加，同时有利于电极丝将工作液介质带入较厚工件的割缝中，便于排屑和使加工稳定。另一方面，当电极丝走速加快，可以使电极丝每点在放电区停留的时间减少，从而使电极丝的损耗减少。但电极

15、丝走速不能过快，过快会造成电极丝运动不稳，这样反而使加工精度降低，表面粗糙度提高，易断丝。快走丝的走丝速度一般以小于10为宜。工件材料及厚度对线切割工艺指标的影响n工件材料不同，其热电常数不同，因而加工效果不同，一般铜、铝、淬火钢被加工时，切割速度高，加工稳定；硬质合金被加工时切割速度低，加工稳定，表面粗糙度低；不锈钢、磁钢、未淬火高碳钢等被加工时，切割速度较低，表面质量、稳定性较差。n另外工件的厚薄对工艺指标也有影响，工件厚，工作液不易进入和充满放电间隙，对放电、消电离、排屑都不利，影响加工稳定性，但因工件厚，电极丝不易抖动，可得到较好的加工精度和表面粗糙度。薄工件加工时，工作液易充分进入割

16、缝，对放电、消电离、排屑都有利，但如工件太薄，则电极丝易抖动，使加工精度和表面粗糙度降低。n通过以上分析可知，各因素对工艺指标的影响是相互依赖，又相互制约的，因此在加工时，要综合考虑各因素对工艺指标的影响，以求达到最佳加工效果。三、工作介质的选择1、基本要求 工作液是放电介质又是冷却液，一般快走丝用专用乳化液，慢走丝用去离子水。所有工作介质必须具有以下性能：具有一定的绝缘性，适合线切割的电阻率104105cm较好的洗涤性能，对工件具有较好的附着力、渗透性和除污能力。较好的冷却性，具有良好的吸热、传热和散热性能。对环境无污染，对人体无害，配制方便，使用寿命要长。2、工作介质对工艺指标的影响 纯净

17、的介质容易形成放电通道，介质太脏，消除电离困难容易引起二次放电。线切割加工工艺线切割加工工艺四、工件的装夹与预防变形 电火花线切割工件的装夹形式比较简单，一般使用压板螺钉固定工件，有时也使用分度夹具和旋转夹具。 工件的找正一般采用：拉表法、固定基准面靠定法、专用 夹具法等。电极丝初始位置的确定： 对于要求较低的零件，采用目测法，通过基准和划线采用火花放电的方法来找正。 对于加工要求较高的零件，采用电阻法，用电表的断路和短路测定电极丝的位置。 自动找正功能，先进的线切割配备的功能。 （找正方法如图）精密模具制造技术P122找正精密模具制造技术 电火花线切割产生变形或开裂的原因主要是： 装夹方式、

18、材料内应力、切割路径不当材料自重等引起。原因与采取的方法：切割凸模时，无穿丝孔，材料受力不均匀，产生变形。应在坯料上预先加工穿丝孔。注意切割路径，把装夹部位作为最后切割部分。对于凹模切去部分较多，会使应力增加，应预先镂空，留单边23mm余量为合适。凹模尖角处应力集中，易开裂，应尽量避免。热处理不当，容易开裂，对于易变形、开裂的零件，在切割后，可以进行低温回火处理，消除应力，稳定组织（）不正确 （）不理想 （）最好五、模具电火花线切割加工工艺过程 主要分为七个步骤：图样分析、毛坯准备、工艺准备、 程序编制、工件装夹、切割加工、检验。 图样分析：尖角处理，精度和粗糙度的分析，一般合理的精度为IT6

19、,粗糙度为Ra0.4m。 毛坯准备：线切割毛坯一般的加工工序是下料、锻造、退火、机械粗加工、预制穿丝孔、热处理、磨基准面。 工艺准备：主要是检查机床的状况，选择电规准参数。 编制程序：根据图纸和预加工的毛坯、穿丝孔的位置编制切割程序。 工件装夹：合理装夹工件，找正和确定电极丝的初始位置。 切割加工:对于复杂形状零件，可以用薄钢板预切割。 六、线切割加工程序的编制 尽管线切割的加工原理是相同的，但由于制造商配制的数控系统不同，编程的格式和编程方法也就不同。目前，应用于数控线切割的程序格式主要有二种： 1、3B格式（固定程序格式）；格式（固定程序格式）； 2、G指令格式（非固定程序格式）。指令格式

20、（非固定程序格式）。BXBYBJGZ分隔分隔符号符号X坐坐标值标值分隔分隔符号符号Y坐坐标值标值分隔分隔符号符号计数计数长度长度计数计数方向方向加工加工指令指令B分隔符号：B后的数字如果是0，可以不写出。X.Y坐标值： 直线终点的坐标值（绝对值） 圆弧起点的坐标值（绝对值）（圆心相对于起点坐标增量） 单位：m，允许按相同比例缩放。A、 3B格式（固定程序格式） 是一种无间隙补偿的编程方法。 格式：B X B Y B J G Z G计数方向： 以选取X轴进给总长度来进行计数时称为GX; 以选取Y轴进给总长度来进行计数时称为GY; 计数方向的选择如图：图389 加工直线时计数长度的确定 图390加

21、工圆弧时计数长度的确定n J计数长度：n 取计数方向线段的投影坐标的绝对值。n 直线JX或Y。n 圆弧J表示各段圆弧在计数方向上投影长度的总和。 对斜线终点坐标落在阴影区时去GY，否则就取GX，在45度斜线上可以任意选取。 对于圆弧终点坐标落在阴影区时去GX，否则就取GY, 在45度斜线上可以任意选取.Z加工指令： 当被加工的斜线的终点落在，象限时，分别用L1 ，L2 ，L3， L4来表示。当加工的直线与X、Y重合时 +X L1 ；+Y L2 ；-X L3 ；-Y L4 。 当圆弧的起点起点落在某一象限时，分别用R1,R2,R3,R4来表示其中顺圆为S，逆园为N，当起点落在XY轴上时以进入圆弧

22、象限作角标号。（如图）在同一个工件的加工过程中，坐标轴的方向保持不变，编程始终以直线的起点或园心作为坐标原点，不能转角变动，只能平移。程序的编制方法 补偿量的计算：f电极丝的半径单边放电间隙； 按电极丝的中心轨迹分段求出各交点的坐标，编写程序.编程实例： 已知：电极丝的直径0.18mm、单边放电间隙0.01mm。B0B9900B9900GYL2B0B10100B20200GXSR3B4550B0B4550GXL1B5050B2850B2850GYNR4B21500B12950B24300GYSR1B5050B2850B2850GYNR3B4500B0B4500GXL1B0B10100B2020

23、0GXSR1B4500B0B4500GXL3B5050B2850B2850GYNR2B21500B12950B24300GYSR4B5050B2850B2850GYNR1B4500B0B4500GXL3程序的编制方法 补偿量的计算：f电极丝的半径单边放电间隙； 按电极丝的中心轨迹分段求出各交点的坐标，编写程序编程实例： 已知：电极丝的直径0.14mm、单边放电间隙0.01mm。B、G指令编程格式 G指令编程也有不同的系统，不同的机床要根据机床说明书配制的系统来编程，这里以FANUC ROBOCUT -iA系统为例，该系统比较复杂，可实现三维零件的切割。 程序号O，M02或M30表示程序结束，子

24、程序用M99结束，程序段用“；”为结束符，数字中一定要用小数点。 1、准备功能坐标系的设定 格式：G92XYIJ； XY为电极丝的起始坐标，这就确定了程序原点。I确定零件的厚度，J工作台表面到编程表面的距离，I有正负之分，如图4-15快速点定位 格式：G00XYUV； X.Y编程表面上的终点坐标，U、V是指丝头在由G92的I指定的平面上偏移一个距离，是一个相对坐标值，用于切割锥度的功能。没有锥度可不写。直线插补 格式：G01XYUVF； X.Y指定的终点坐标，U.V同上，F在伺服模式下运动速度由机床给定，不起作用，在常量模式下指定运动速度。圆弧插补 格式：G02(G03)XYIJUVKLF； X.Y圆弧的终点坐标，I.J园心相对于起点的增量坐标，U,V圆弧终点的偏移向量，K,L圆弧中心的偏移向量（例P1