低速走丝线切割工艺研究

1、低速WEDM技术研究，1。引言：为了评价低速WEDM机床的性能，我们主要考察其三个加工指标：加工精度、加工效率和加工表面粗糙度。机床的机械精度、脉冲电源的性能和匹配加工工艺对低速WEDM机床的加工效果有很大影响。改进三个主要加工指标的每一步都需要跨越一个高技术门槛。影响WEDM效应的因素很多，这些因素相互关联，如机床的机械精度、高频脉冲电源的性能和参数、焊丝电极材料、焊丝输送速度、焊丝电极张力、工作流体流量、压力、电导率、环境温度和工作流体温度等。以我公司生产的低速WEDM机床为例，在保证机床机械精度的前提下，讨论了影响低速WEDM机床加工效果的各因素之间的关系。2.高频脉冲电源参数对加工效率

2、和表面粗糙度的影响2.1脉冲宽度对加工效率和表面粗糙度的影响。市场上大多数低速WEDM机的脉冲电源主电路结构采用无限流阻模式，放电电路的电感L对电流上升率起主要作用。如果忽略放电电路的电阻，放电电路的电流表达式可以表示为：I (t)=1/L * VDT脉冲电流峰值Ip=Ton*V/L，即脉冲电流峰值主要取决于脉冲宽度Ton、电源电压V和回路电感L的参数，其中回路电感L的参数为常数，一旦电源电压V被设定，它也是常数，因此脉冲电流峰值与脉冲宽度成比例变化。脉冲宽度Ton越大，加工电流越大，加工效率越高。当然，吨的增长是有限的。当电流增加产生的瞬时热量超过电极丝的承载能力时，电极丝就会断裂。与成形加

3、工相似，Ton越大，加工表面粗糙度越大，但变化关系不是线性的。当吨很小时，加工表面粗糙度对此更敏感。当Ton大到一定量时，加工表面粗糙度逐渐稳定。图2.1脉冲宽度对加工效率的影响，图2.2脉冲宽度对加工电流的影响，图2.3脉冲宽度对加工表面粗糙度的影响，以及图2.2脉冲停顿对加工稳定性和加工效率的影响类似于成形加工。脉冲暂停Toff越小，放电频率越高，平均放电电流越大，加工效率越高。然而，如果脉冲暂停Toff太小，放电间隙的恢复时间太短，并且不能获得放电期间产生的热量。脉冲宽度Ton时间通常是几十纳秒到几百纳秒，脉冲停止Toff时间是几秒到几十秒，并且脉冲占空比是十倍以上。脉冲停止Toff的小

4、变化将导致平均加工电流的大变化，这将对加工效率产生很大影响。因此，在加工过程中，脉冲停止Toff可以在小范围内调整。图2.4脉冲暂停对加工效率的影响，图2.5脉冲暂停对加工电流的影响，图2.5电源电压对加工效率和表面粗糙度的影响。脉冲电流峰值ip与电源电压v的关系为Ip=Ton * v/l，当Ton参数不变时，只有改变电源电压v才能改变脉冲电流峰值Ip的幅度，从而影响加工效率和加工表面，因此，在加工过程中电源电压必须保持恒定，以保证加工效率和加工过程的稳定性。此外，在精加工中，为了降低加工表面粗糙度，除了降低脉冲宽度Ton之外，还可以降低电源电压v以达到所需的加工表面粗糙度。图2.6电源电压对

5、加工效率的影响，图2.7电源电压对加工电流的影响，3。工作流体压力、电导率和温度对加工的影响3.1工作流体压力对加工的影响当电极线和工件之间的液体介质被破坏时，形成瞬时火花脉冲放电，其在火花通道中立即产生高热，导致工件表面上的金属局部熔化或甚至蒸发。如果放电产生的高热不能及时冷却，将导致频繁断丝，如果微小的蚀刻颗粒不能及时去除，将影响进一步的放电，造成电弧燃烧和断丝，大大影响加工精度。因此，高压水流对加工间隙的冲刷和冷却作用非常重要。处理电流越大，水压要求越高，最高水压可达1.5兆帕/CM2。然而，过高的水压会对电极丝的滞后产生很大的影响，导致严重的拐角塌陷和小圆弧加工精度差。加工过程中必须保

6、持适当的水压，既要注意加工精度，又要保证加工稳定，不断线。在高速加工过程中，由于加工间隙的上下两端有较好的冲刷条件，电蚀产物会被高压水冲刷到加工间隙的中间，然后流出到加工路径的后面，所以加工面中间的电蚀产物引起二次放电的几率会增加，产生凹陷现象，最多只能单侧凹陷0.01以上，但适当增加水压可以减缓但不能根除。此外，导管的喷嘴端面和工件表面之间的间隙对加工间隙中的水压和加工精度有很大影响。如果间隙太大，注入加工间隙的水流将大大减少。如果间隙过小，注入加工间隙的水流将大大增加，但导向器的喷嘴端面和工件表面接近闭合状态，这大大增加了它们之间的排斥压力，导致导向器的横向位移，影响加工精度。3.2电导率

7、对加工的影响。根据测试，工作流体的电导率从10/变化。100/。对粗加工的加工效率影响不大，但对精加工影响很大，尤其是多次切削时，加工能量小，电源电压低。当电导率大时，工作流体的电阻低。一般来说，应采用低电导率来提高工作流体的阻力，加工间隙中容易发生火花放电，加工稳定且易于控制，加工表面的综合质量高。因此，需要配置电导率控制器来自动控制工作流体的离子交换，使得工作流体的电导率可以被控制在适当的范围内，并且可以确保处理技术的一致性。3.3温度变化对加工的影响众所周知，温度变化对加工精度有很大影响。如果设计不合理，线圈架和工作台螺钉的温度系数会有很大差异。如果加工过程中温差变化很大，加工开始和结束

8、时的尺寸精度会有很大的不同。此外，即使通过合理设计机床的结构来缓解上述问题，加工过程中放电产生的大量热量也会使工作流体的温度持续上升，导致水温与机床环境之间的温差增大，这将不可避免地导致工件与数控工作台之间的温差漂移，从而导致加工精度的降低。因此，对于要求高加工精度的应用，机床应置于恒温环境中。此外，冷水机组需要自动控制水温和环境温度之间的一致性，这可以提高加工精度的维护。4.焊丝输送速度、张力和焊丝直径对焊接质量的影响加工电流越大，差异越大，加工精度越差。此外，电极线在放电路径中停留的时间越长，电极线的损耗越大，单位长度的热量越大，并且更容易折断电极线。因此，有必要根据加工电流的大小选择合适

9、的送丝速度。4.2张力对加工的影响。增加张力可以减缓放电过程中水压和爆炸力对电极丝的滞后效应，提高加工精度。应该尽可能增加紧张。然而，由于线电极承载能力的限制，有必要根据线电极的直径和放电电流选择合适的张力。4.3应综合考虑电极丝直径对加工的影响。灯丝运行成本低，加工工件的最小凹角半径相对较小。但是，由于其强度有限，张力不能调节太多，所以加工中电极丝的滞后比较大，影响加工精度。另外，灯丝对电流密度的承受能力相对较弱，最大加工效率有限。较粗的电极丝可以承受较大的张力和电流密度，可以获得较高的加工精度和效率，但最小凹角半径相对较大，电极丝的材料消耗也大大增加，增加了运行成本。因此，电极丝直径的选择

10、应考虑加工精度、加工效率、工件最小凹角和加工成本的要求。4.4、电极丝振动对加工的影响，如电极丝本身在筒管上排列不均匀、电极丝本身扭曲、放线轮阻尼调整过松或过紧、过渡轮在丝道经纱上跳动过大、导向器堵塞或损坏、张力控制稳定性或送丝速度不稳定等。电极丝的振动是非常有害的，这将不可避免地导致加工过程中稳定性的降低，导致电流的波动，这将容易导致断丝、加工表面的线痕过多和加工精度差。有必要仔细分析电极丝振动的具体原因并加以解决。5.影响加工精度的主要原因5.1拐角塌陷的形成及拐角控制策略。加工精度受许多因素影响。除了机床的机械精度和送丝系统的稳定性外，加工间隙放电时的爆炸力和高压水向加工路径后部的压差推

11、力对电极丝的滞后影响很大。如图5.1所示，加工电流越大，在加工间隙放电时的爆炸力越大，电极线上的反推力越大；水压越高，加工间隙到加工路径后部的压差推力越大。图5.1电极丝的受力情况。这种滞后效应最明显地反映在切割小圆弧时实际圆弧直径太小，并且在加工拐角处发生拐角塌陷，影响加工质量和精度。线电极滞后的上述两个原因与各种工艺参数密不可分。例如，增加张力可以减缓线电极的滞后，但受到线电极承载能力的限制，以及由于高电流密度导致线电极的损耗和热软化而导致的强度降低；减小电流可以减小放电时的爆炸力，但会大大降低加工效率；降低水压可以减小加工间隙中加工路径后面的压差推力，但是加工间隙中的冲刷和冷却效果将被削

12、弱，这也将影响电流密度的提高，从而影响加工效率。图5.2拐角塌陷的形成。因此，在小圆弧加工和拐角加工中应考虑拐角控制策略。在保证不断线的前提下，应综合考虑上述因素之间的关系，合理控制各种加工参数，减缓电极丝的滞后效应，提高小圆弧和拐角的加工质量。具体措施如下：(1)控制拐角处的加工电流5.2凹凸量异常的原因及改进措施，如图5.3所示，在粗加工过程中，在上下两端高压水的冲刷下，电蚀产品会被高压水冲刷到加工间隙的中间，然后流到加工路径的后面，从而增加了电蚀产品在加工面中间产生二次放电的可能性，造成凹陷现象。图5.3二次放电及放电爆炸力的影响。在多次切割的精加工过程中，由于单面放电，二次放电的可能性较小，但放电时爆炸力施加在电极丝上的单侧力会引起电极丝左右方向的横向振动，导致加工表面出现异常的凹凸量，如图5.4所示。通过多次切割和调整加工能量与加工速度的匹配，可以改善上述现象。中间凸起如果加工能量弱于加工速度，即加工速度过快，会产生如图5.2-(b)所示的中间凸起。中间凹如果加工能量大于加工速度，即加工速度太慢，就会产生如图5.2-(c)所示的中间凹。如果大、小头的送丝速度太低，电极丝的消耗将导致小顶大底；或者由于某个导电块的过度消耗，也可能出现