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              數控線切割機床加工鋁件時常見問題與解決方法有哪些
              2021-04-10

              數控線切割加工鋁件時經常出現饋電塊磨損嚴重、短路、斷絲、加工軌跡畸變及工件變形等問題,有的直接造成加工產品報廢。筆者根據多年加工積累的經驗,對加工實踐中關鍵性的技術問題進行了歸納總結。
              一、線切割鋁件易斷絲的問題
              1. 線切割鋁件易斷絲的原因
              ? ?線切割鋁件時,由于材料比較軟,排屑困難,且鋁在高溫下極易形成硬質氧化膜,加工產生大量氧化鋁或鋁屑易粘在鉬絲上,使鉬絲與饋電塊接觸部位很快就會磨出深溝。軟的鋁和硬的磨粒夾雜在一起,充塞在溝槽處,一旦被帶進去,就會把溝槽擠死,絲也就被卡斷了。
              2. 解決方法
              ? ?針對鉬絲卡在饋電塊里夾斷鉬絲的問題,調整一下上、下絲架饋電塊的位置,以防饋電塊磨損的溝槽引起夾絲斷絲造成效率低、加工表面多次切割引起的質量下降和材料浪費。
              ? ?加工材料的厚度超過40mm,一般加工3~4h后就把饋電塊稍微旋轉一個角度,如圖1b所示,先旋轉到圖1a所示方向,加工8h后再旋轉圖1b所示方向,這樣每加工8h后旋轉調整一次饋電塊的位置來減少斷絲的幾率。實際加工表明,通過這種方法大大降低了加工成本,提高了經濟效益。注意饋電塊與電極絲過壓量一般在0.5~1mm。當一個面的三個點都有切割溝槽后,再旋轉饋電塊90°,依次類推直到四個面都有切割溝槽。然后在靠近采樣線的一邊墊一個1~2mm的墊片,就可以向左調整饋電塊的位置,就相當于換了一個新的饋電塊,節約了生產成本。
              ? ? ?例如:每塊鋁件的厚度為2mm,共8塊疊在一起同時加工,每隔大約8h調整一下饋電塊的接觸面,每天連續加工8h,到第6天出現斷絲。然后用千分尺測量鉬絲的直徑只有0.125mm(原鉬絲直徑為0.18mm)。通過調整饋電塊的位置大大避免了饋電塊夾絲斷絲的問題。
              ? ? ?當然還必須注意,當工件尺寸精度要求比較高時,必須要測量鉬絲的直徑,及時修改補償量,保證尺寸精度要求。金屬加工微信,內容不錯,值得關注。
              二、工件產生變形的問題
              ? ? 1. 工件產生變形的原因
              ? ? ?由于工件毛坯制造、切削加工、熱處理時,其受熱不均、內部組織相變、受力變形等作用使工件內部產生了殘余應力,一段時間內在不受外界影響的情況下應力分布相對平衡,但在線切割加工過程中,由于工件材料被大量切去和切斷,又會改變其應力分布,隨著時間的推移而逐漸趨于平衡,從而使工件發生變形。對于鋁合金零件這種變形現象更明顯。
              ? ? ?2. 解決方法
              ? ? ?(1)切割加工前去應力 零件在切割加工前首先進行熱處理消除材料內應力,這樣切割時就不會出現大的應力變形,以穩定尺寸。當然不同的材質,進行處理的方法各不相同。
              ? ? (2)外輪廓加工方法 外輪廓加工時通??梢圆挥么虼┙z孔從毛坯外側切入即可,如圖2a所示,這種方法極易由于毛坯破口后造成材料內應力釋放產生較大變形,造成零件加工精度下降。為了避免和減少這種變形的產生,可以采用打穿絲孔加工的方法,保持毛坯輪廓的封閉性,如圖2b所示,可*大限度地減少加工過程中的應力變形。
              (a)外側切入 (b)打穿絲孔加工
              (3)采用二次切割法 對于加工精度要求比較高的零件,*好采用二次切割法。
              ? ? ?如在加工圖3所示某子彈尾翼時,采用V形鐵裝夾φ8mm這一端,而另一端懸空。按正常的加工工藝加工結束后,用千分尺測量,靠近V形鐵處加工尺寸為2.00mm,而另一端加工尺寸僅為1.86mm。這是在線切割加工過程中,由于工件材料被大量切去改變其應力場分布,從而使工件發生變形。
              ? ? ?加工改進的方法是第一次加工中間留的厚度由2mm增加到2.4mm,在第一次切割時單邊留0.2余量,(使用φ0.18mm鉬絲時)粗加工以快速進行。第一次切割完后毛坯由內部原來應力平衡狀態受到破壞后,又達到新的平衡,然后進行第二次精加工,加工結束測量尺寸為1.99mm,達到了試驗要求的尺寸。
              三、鋁件切割易短路及切割軌跡畸變的問題  
              ? ?1. 問題原因分析
              ? ? ? 在日常加工中,大厚度工件的切割比較困難,因為受放電加工蝕除條件的制約,工件厚到一定程度,沒有足夠的冷卻液進入工件,間隙內電蝕產物無法正常排除,加工很不穩定,直至有電流無放電的短路發生,在切割加工鋁件時這種現象更易發生。
              ? ? 通常情況下線切割加工機床具有短路保護功能,一旦出現短路,機床工作臺即刻停止移動,保持原位不動等待處理。然而在加工鋁件時,由于鋁材輕、質軟及排屑困難等,有時短路后放電點由加工區轉移至饋電塊處,造成饋電塊與鉬絲有火花放電,因此盡管工件和電極絲之間處于短路狀態,但機床放電狀態正常,因此機床不會因工件與鉬絲間短路而實現短路保護,此時機床仍按正常程序切割加工,加工處因不放電故工件不能加工出正常形狀和尺寸,僅靠鉬絲在較軟的鋁質工件上拉出溝槽,造成切割軌跡畸變,導致工件報廢。如圖4所示加工齒輪時,前兩個件加工均出現了切割軌跡畸變而工件報廢的情況。金屬加工微信,內容不錯,值得關注。
              2. 解決的方法

              (1)首先是優化工藝參數 根據不同的厚度設置不同的線切割參數。通過多次試驗發現,加工鋁合金材料可適當減小脈沖寬度,這是因為脈沖寬度減小,使單個脈沖放電能量減小,則放電痕也小,還可以減小氧化鋁顆粒的大小和數量,有效減小饋電塊磨損。相對增加脈沖間隙,有利于排屑,減少粘絲,提高切割穩定性,并改善工件表面粗糙度。如果脈沖間隙太小,放電產物來不及排除,放電間隙來不及消電離,這將使加工變得不穩定,易造成斷絲或切割軌跡畸變。
              ? ? ? ? ?設置的進給速度小于工件實際可能的蝕除速度,則加工狀態便開路,切割速度慢。且由于鋁合金熔點和汽化點低,使同等放電能量的加工蝕除量增大,從而使放電間隙大。由于放電間隙大,脈沖電壓不能及時擊穿極間的液體介質,大大地降低了脈沖的利用率,同時極間距離太大會導致電極絲振幅增大,使加工變得不穩定,甚至引起斷絲。當設置的進給速度大于工件實際可能的蝕除速度(稱過跟蹤或過進給),則加工時易短路,實際進給和切割速度反而也下降,而且不利用排除鋁材的電蝕物,造成斷絲和短路悶死。因此,合理調節變頻進給,使其達到較好的加工狀態。整個變頻進給控制電路有多個調整環節,其中大都安裝在機床控制柜內部,一般不應變動。另有一個調節旋鈕安裝在控制臺操作面板上,加工時可根據具體情況將此旋鈕定在合適位置,以保證電流表、電壓表讀數穩定,鉬絲抖動小,加工處于*佳跟蹤狀態。
              ? ? ? ? ?如加工厚工件時,一般情況剛開始(5mm)加工時,由于電極絲易抖動,冷卻液濃度高,應加大單個脈沖的能量,增加脈沖的間隔,至少脈沖寬度與脈沖間隔比為(1∶8),這主要是保證有足夠的單個脈沖能量和足夠排除電蝕產物的間隔時間,同時降低加工電流,一般取2A以下。當加工穩定后,再相應縮小脈沖間隔,將加工電流提高3A左右,電壓75V左右。目的是鉬絲載流量的平均值在不增大的前提下,形成火花放電的能力,火花的爆炸力被增強。因此電參數應適當取大些,否則會使加工不穩定,加工零件的質量下降。
              ? ? ? ? ?切割速度和表面粗糙度的要求是相互矛盾的兩個工藝指標,所以,必須在滿足表面粗糙度的前提下再追求高的切割速度。
              ? ? ? ?(2)根據工件厚度選擇合適的放電間隙 放電間隙不能太小,否則容易產生短路,也不利于冷卻和電蝕物的排出;放電間隙過大,將影響表面粗糙度及加工速度。當切割厚度較大的工件時,應盡量選用直徑較大的鉬絲、大脈寬電流,使放電間隙增大,增強排屑效果,提高切割的穩定性。
              ? ? ? ? ?(3)保持冷卻液的清潔度 及時更換新的冷卻液,并可在工作臺冷卻液的回流口用過濾網來過濾冷卻液的雜質,再在冷卻液的出口放一層海綿來吸附冷卻液的雜質,效果就很好。為了提高排屑能力,防止出現加工軌跡畸形,還可在冷卻液中加入洗滌劑和肥皂塊,這樣洗滌性能變好,排屑能力增大,改善了排屑狀態。同時要及時地旋轉調整饋電塊的位置或重新換一塊新的饋電塊,經常清理饋電塊處的切屑顆粒,保持鉬絲與饋電塊間的良好接觸狀態,避免該處出現放電現象,可有效避免切割軌跡畸變而造成工件報廢。
              四、結語
              ? ? ? ? 從線切割加工實際操作出發,分析了在加工鋁件時,極易產生氧化鋁顆粒,造成導電性下降,饋電塊磨損,產生斷絲和短路等現象,嚴重影響加工質量和效率的問題,總結了實踐中經常出現的問題與解決辦法。這些方法和措施切實可行,對提高線切割加工質量,降低斷絲、短路及加工鋁件切割軌跡畸變現象具有良好的效果。

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