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发表于:2007-10-30 14:12:00
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数控电火花线切割加工中电极丝直径大小的分析与探讨

作者:李立单位:上海沙迪克软件
1 引言
数控电火花线切割不仅用于冲压模、塑料模加工,还可用于特种材料零件和放电电极的加工,成为模具制造中的主力装备。而用于数控电火花线切割加工中的电极丝直径大小直接影响着线切割加工的工艺。是决定加工工件厚度、加工速度快慢、切割出的工件形状是否正确、产品是否符合设计要求、加工是否经济的重要因素。
2 电极丝直径大小的分析
目前,市场上可选用的电极丝有“硬丝”与“软丝”之分。硬丝是自动穿线的最佳选择。硬丝的拉伸强度高,抵抗切割时电流和水喷流造成丝的抖动能力较强。软丝则是适用于大斜度的切割,因其延伸率较好。在大斜度切割中不宜断丝,又能更好的保证斜面的几何精度。并且较软的电极丝在导丝咀中滑动时产生的震动较小,对导丝咀的磨损也较小。硬丝与软丝在直径上一般没有什么区别,直径大小相同。
依据材料分类通常有钼丝、钨丝、黄铜丝、以及镀层电极丝。其中以钼丝和黄铜丝用得最多。钼丝熔点、抗拉强度低,但韧性好,在频繁的急冷急热的变化中,丝质不易变脆而断丝,因此是目前快走丝中使用最为广泛的一种电极丝。铜丝的加工速度高,加工过程稳定,但抗拉强度差,损耗也大,一般在慢走丝线切割加工中使用较多。镀层电极丝是在一种材质的里面或外面再附加一层或多层材质,如在黄铜的外面再加一层锌、钢芯的外面加一层紫铜与一层黄铜等。镀层电极丝有如下的优点:切割速度高,不宜断丝;加工表面质量好,无积铜;形状误差与直线度误差精度提高;导丝咀等走丝部件损耗减小,是线切割中较理想的电极丝,但因其价格较贵一般使用得较少。黄铜丝或镀层丝的直径一般在Φ0.30~Φ0.07mm。而对于一些电子、光学和钟表行业的小圆角、窄缝、窄槽及微细零件的微精加工,要求电极丝的直径在Φ0.10~Φ0.02mm。这种电极丝是采用钨丝或钼丝制作的,价格非常昂贵。现在也有用镀层丝来制作,采用高拉伸强度的钢丝外面加镀黄铜来制造,俗称“钢琴线”。

3 电极丝直径大小对加工工艺的影响
3.1电极丝直径大小对工件厚度的影响
电极丝直径不一样所加工的厚度也不一样,要依据工件的厚度合理选择所用电极丝的直径。小直径的电极丝适合加工比较溥的工件,大直径的电极丝适合加工比较厚的工件。因为只有这样,电极丝在工作过程中才不会造成抖动,冲液效果好,不宜断丝,可进行稳定的加工。如紧密加工时Φ0.25MM的电极丝适宜加工40至200MM的工件,单侧开放加工时适宜加工20至100MM的工件。电极丝大小与工件厚度的选择如表一、表二。
表一:紧密加工时电极丝的直径大小与工件厚度的选择
表一:紧密加工时电极丝的直径大小与工件厚度的选择

表二:单侧开放加工时电极丝的直径大小与工件厚度的选择
表二:单侧开放加工时电极丝的直径大小与工件厚度的选择

3.2电极丝直径大小对加工速度的影响
电极丝的直径大小对实际加工速度的影响较大。电极丝的直径小,承受的电流就小,切缝窄,影响冲液效果,不利于排屑,并且电极丝在工作过程中容易造成抖动,不能稳定加工,使得切割速度降低,造成工件表面粗糙度差。反之,电极丝直径增加可以提高切割速度。但当电极丝直径超过一定程度时,造成切缝过大,切割过程中蚀除量也大,反而又会影响实际加工速度的提高。例如是一很溥的工件(如5㎜),用直径过大的电极丝(Φ0.30㎜)加工,其加工速度下降会非常明显。所以,应根据加工条件和工件的不同要求,选择合适直径的电极丝。以Sodick AQ550Ls机床为例,在厚度为40MM,紧密加工,一次粗加工的情况下,常用电极丝直径大小与加工速度比较如表三:


表三:常用电极丝直径大小与加工速度的比较
表三:常用电极丝直径大小与加工速度的比较

3.3电极丝直径大小对工件和产品的影响
在模具的加工中,为了得到良好的凸凹模配合间隙,一般在图形拐角处要加一个过渡圆。如果该过渡圆小于电极丝半径加单面放电间隙,则加工中便会产生过切。因些在加工之前要根据R角的大小来选择所用电极丝的直径,也即电极丝的半径必须小于被加工工件产品最小内圆角的半径,否则会造成工件根部过切。
在一些电子、光学和钟表行业里要求产品外观的圆角不可过大,甚至为尖角。这时模具制作中,线切割加工的电极丝要求尽可能小,这样切割出来的R角才能符合产品设计要求。
3.4电极丝直径大小对加工经济的影响
细丝的使用一般都属于顶级慢走丝线切割机,该机型代表了目前的最高水平,如瑞士夏米尔公司的千系列机床、日本三菱电机公司的PA系列超高精度机床、日本牧野公司的UPJ-2超精密机床等。这类机床的 最大特点是加工精度很高,在±0.002 mm以内,表面粗糙度Ra<0.2μm,一般都能使用0.10mm ~0.02 mm的电极丝进行微精加工,主机大都具有热平衡系统,一些机床采用在油中进行切割加工。瑞士阿奇夏米尔公司的双丝机床也属于这个档次。这个档次的中型机床每台售价一般在200万元以上。
常用丝的使用一般都属于中高档慢走丝线切割机。日本、瑞士的电加工机床制造企业推出了这档机床,价格一般在50~100万元/台。如瑞士阿奇公司的XENON、夏米尔公司的380,日本沙迪克公司的AQ系列、三菱电机公司的FA系列等。这类机床一般由这些公司在中国设立的工厂制造,如北京阿奇夏米尔公司、大连三菱公司、苏州沙迪克公司。这档机床的配置和性能满足了用户采用慢走丝线切割加工的基本要求。一般都采用无电阻、防电解电源,具有水浸式加工、锥度切割功能。实用的最高加工效率为120~150 mm2/min ,最佳表面粗糙度达Ra<0.5μm,切割精度可达±0.005mm,一般都采用0.10mm以上的铜丝进行切割。这档机床一般都具备自动穿丝功能,可供用户选配。
中高档慢走丝线切割机床可通过更换导丝咀带来更好的经济效益。分析如下:依据<<MISUMI2006机械加工工具>>一书得知SodickAQ系列导丝器一整套的体格约为4300元。由表三:常用电极丝直径大小与加工速度的比较可知Φ0.25与Φ0.20在40MM紧密加工时实际加工速度相差0.9MM/min.调查线切割市场粗加工一次的价格约为0.03元/mm2,则成本收回的时间为:4300元/(0.9MM/min.*40MM*0.03元*60min)︽66小时。而一整套蓝宝石导丝咀直线加工标准使用时间为2000小时。从中可以看出购买合适的导丝咀对中高档慢走丝线切割机还是非常经济的。而且在表一、表二中我们也可以看出Φ0.25的线径紧密加工时加工范围为40MM~200MM的板厚;单侧开放加工时加工范围为20MM~100MM的板厚。而这个数值正适合一般模具的加工高度,切割出的工件内圆角约为R0.13也符合大多数产品要求。Sodick AQ系列机床0.25MM电极丝有从5MM至300MM厚度的放电参数库,以及各种材料的放电数据库。所以采用0.25的电极丝加工也正是多数模具公司的首选,可省去频繁更换电极丝的麻烦,节约加工时间。
4 更换电极丝大小的方法
4.1自动更换
这种方法也叫双丝自动交换技术,如瑞士阿奇夏米尔公司推出的ROBOFIL 2030S1-TW机床能采用0.25~0.02 mm的电极丝自动进行双丝切换加工。采用粗丝进行第一次粗加工,一般丝径为0.25 mm,以提高加工效率;然后采用细丝进行精修,一般采用0.10 mm的细丝,切割出小圆角,并可提高精度。总体可节省30%~50%的切割时间。
4.2手动更换
在没有双丝自动交换的机床上,就只能手动更换电极丝。手动更换电极丝时一般都比较麻烦,花费的时间也较长。要依次拆下装上导丝眼模、上导丝咀、下导丝咀。装好后还必须调校上下机咀的垂直度,使其在同一直线上,否则加工的工件面会发生倾斜或扭曲。斜度加工时还必须调校上下机咀的高度值,否则加工的斜度精度不良.
5 结论
因此,电极丝直径大小是决定加工工件厚度、加工速度快慢、切割出的工件形状是否正确、产品是否符合设计要求、加工是否经济的重要因素。只有正确的选用或更换电极丝大小,才能适合不同的工件厚度,提高加工速度,节约加工成本,切割出形状合格的工件。
参考文献
[1] 叶军,数控低速走丝电火花线切割加工技术及市场发展分析[J]电加工与模具,2005,Z1。
[2] 周东,线切割加工中电极丝的正确选用[J]模具制造,2004,5
[3] Sodick公司,加工条件表[J]Sodick使用说明书,2000,11




YANER

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