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高速走絲電火花線切割斷絲故障分析

 

隨著機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)特別是航空工業(yè)的迅猛發(fā)展，機(jī)械制造技術(shù)面臨著諸 如渦輪葉片、航空螺旋、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣等難加工材料、復(fù)雜型面 、高精度表面及低剛度薄壁等彈性件等傳統(tǒng)切削方法難以達(dá)到的難題。zui近幾十年的時(shí)間里，人們通過(guò)各種渠道借助電能、熱能、光能等多種能量及組合來(lái)探詢(xún)新的加工工業(yè)，實(shí)現(xiàn)材料切除的特種加工技術(shù)，電火花線切割作為特種加工的一種特殊形式隨著我國(guó)制造技術(shù)水平的提高得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

線切割是通過(guò)線狀工具電極與工件間按規(guī)定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行脈沖加工。其工作機(jī)理是多個(gè)單詞放電腐蝕積累的結(jié)果，對(duì)它的認(rèn)識(shí)還有待深化，目前一般認(rèn)為單次脈沖放電腐蝕的物理過(guò)程由電離—擊穿、放電—熱蝕、拋出—消電離等三個(gè)連續(xù)階段組成。高速走絲電火花線切割不僅消耗昂貴的電極絲、增加換絲輔助時(shí)間而影響加工效率提高產(chǎn)品成本，還直接影響產(chǎn)品加工質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，而且頻繁的斷絲會(huì)使操作者的心情煩躁，增加了影響產(chǎn)品質(zhì)量的不確定因素。

影響斷絲的因素有很多種，但大致可以歸為機(jī)械因素、電特性、工作液、操作因素及其他因素等五大類(lèi)，現(xiàn)分別介紹如下。

 

1.     機(jī)械因素

（1）電極絲傳動(dòng)系統(tǒng)  由于裝配、機(jī)械磨損等原因引起的儲(chǔ)絲筒徑跳動(dòng)和軸向躥動(dòng)、導(dǎo)輪振擺、導(dǎo)輪軸承磨損而引起電極絲劇烈抖動(dòng)。一般要求導(dǎo)輪V形槽的斜面圓跳動(dòng)不大于5μm,導(dǎo)輪軸向竄動(dòng)不大于2μm；導(dǎo)輪端面與導(dǎo)輪襯套端面間隙應(yīng)在0.3—0.5mm范圍內(nèi)。裝配時(shí)將導(dǎo)輪、軸承、襯套清洗干凈，軸承處填充高速潤(rùn)滑脂，裝配后導(dǎo)輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)雜音。導(dǎo)輪、排絲輪一般機(jī)床廠都有組件提供，通常導(dǎo)輪、排絲輪及其軸承使用6—8個(gè)月后即應(yīng)成套更換。

（2）工件材料

①不同的工件材料由于熔點(diǎn)、氣化點(diǎn)、導(dǎo)電系數(shù)等都不一樣，因此，就必須根據(jù)具體的材料及工件結(jié)構(gòu)合理地選擇加工參數(shù)。

②剛開(kāi)始切入工件材料時(shí)由于工件表面有毛刺、氧化皮、熱處理殘?jiān)㈣T造表面清理不*等原因容易引進(jìn)斷絲。線切割非金屬材料的研究已經(jīng)展開(kāi)，但目前的技術(shù)尚不能對(duì)非金屬材料加工。如果工件材料不純，焊接存在夾渣、鑄件夾砂等存在非金屬材料時(shí)就會(huì)引起斷絲。因此，線切割毛坯在加工前應(yīng)*清理表面，鑄件、焊接件在加工時(shí)應(yīng)采取措施，盡量避免夾雜物缺陷。

③工件內(nèi)部存在應(yīng)力，當(dāng)切除部分材料后，應(yīng)力平衡被打破，工件材料變形可能出現(xiàn)夾絲現(xiàn)象。通常在線切割加工之前要對(duì)工件進(jìn)行人工實(shí)效處理以消除內(nèi)應(yīng)力；如果條件受限制，應(yīng)合理選擇切割工藝路線，盡可能避免破壞材料應(yīng)力平衡，或安排粗、精加工，粗加工時(shí)盡量去除多的材料，通過(guò)工件變形釋放內(nèi)應(yīng)力，留較小切割加工量可減少工件變形引起夾絲現(xiàn)象發(fā)生。

（3）當(dāng)加工快結(jié)束時(shí)，被分離部分工件材料突然移位、自行跌落容易造成斷絲。

（4）限位開(kāi)關(guān)失靈，滑板超出行程位置導(dǎo)致機(jī)床斷絲。

 

2.  電特性

（1）功率放大晶體管在脈沖停歇時(shí)間里，有較大漏電流出現(xiàn)拉弧而斷絲。

（2）脈沖電源有較大幅度的負(fù)半波時(shí)，將具有反極性加工特性，對(duì)電極絲的蝕除量很大，引起電極絲過(guò)分損耗而斷絲。

（3）導(dǎo)電輪、導(dǎo)電塊引電觸點(diǎn)接觸不良，造成放電加工不穩(wěn)定引起斷絲。

（4）數(shù)控系統(tǒng)抗*力差，受干擾失控導(dǎo)致電極絲拉斷，線切割機(jī)床應(yīng)與振動(dòng)源隔離，附近避免有強(qiáng)烈的電磁場(chǎng)，整個(gè)工作區(qū)應(yīng)保持整潔，有條件的單位機(jī)床所在場(chǎng)所應(yīng)恒溫。

 

3. 工作液

火花放電必須在具有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行，工作液的絕緣性能可使擊穿后的放電通道壓縮，從而局限在較小的通道半徑內(nèi)火花放電，形成瞬時(shí)和局部高溫來(lái)融化并氣化金屬，放電結(jié)束后又迅速恢復(fù)放電間隙成為絕緣狀態(tài)，因此，工作液的選擇與質(zhì)量對(duì)加工過(guò)程能否進(jìn)行及過(guò)程穩(wěn)定性具有十分重要的影響。

線切割工作液可分水基和油基兩種。油基工作液防銹性能較好、洗滌冷卻性能差、切削速度和表面粗糙度稍差于水基工作液。油基工作液的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為：棕褐色透明液體。pH值為8—10、全部乳化、48h產(chǎn)品無(wú)銹、水分及乙醇含量不大于10% 。

水基工作液由較好的洗滌、滲透、冷卻性能，能提高切削速度，降低工件表面粗糙度值，但有的水基工作液防銹能力較差。水基工作液的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為：黃色或橙色透明、半透明液體，固體為棕黃色，pH值為8—9，分散性均勻，防銹性（35°C±2°C）鑄鐵24h無(wú)銹，腐蝕性（55°C±2°C）45鋼、黃銅24h無(wú)銹。

選用工作液時(shí)應(yīng)根據(jù)側(cè)重點(diǎn)選用線切割、質(zhì)量可靠的、濃度適當(dāng)?shù)墓ぷ饕海话銠C(jī)床說(shuō)明書(shū)中有推薦使用工作液牌號(hào)。此外工作液的清潔程度對(duì)斷絲也有很大的影響，一般更換工作液以7天換一次為宜。

 

4．操作因素

（1）為了提高加工精度及工件的表面質(zhì)量，應(yīng)盡可能增大電極絲張緊力。但是，電極絲在放電加工時(shí)，頻繁遭受急冷、急熱的影響，并且往復(fù)經(jīng)過(guò)多次彎曲、摩擦，繞絲過(guò)緊超過(guò)電極絲的彈性變形限度則會(huì)產(chǎn)生*變形而斷絲；如果電極絲過(guò)松在快速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就容易跳出導(dǎo)輪而被卡斷，為了有效保證張緊力的大小可以設(shè)置一個(gè)張緊輪。

（2）對(duì)一定直徑和材料的電極絲所能承受的短路電流峰值是有限度的。工作時(shí)一般按電極絲所能承受的zui大短路電流峰值75%—90%選取。否則因短路瞬時(shí)沖擊電流太大超過(guò)電極絲所能承受的電流值電極絲便被燒斷。

（3）脈沖間隔選擇太小時(shí)，脈沖停歇時(shí)間過(guò)短，不能充分消電離進(jìn)而引起集中放電而斷絲。

（4）工作液不足、放電間隙中排屑和消電離條件不佳，進(jìn)給速度選擇不當(dāng)或進(jìn)給速度不均勻，經(jīng)常出現(xiàn)短路和開(kāi)路的情況容易造成放電集中導(dǎo)致電極熔化。

5.其他因素

（1）電極絲材質(zhì)抗拉強(qiáng)度低或者絲徑選擇太細(xì)容易斷絲。通常情況下可根據(jù)根據(jù)厚度按下表選擇電極絲直徑。

工件材料厚度/mm	電極絲直徑/mm
≥60	≥0.13
≥80	≥0.15
120	≥0.20

（2）電極絲保管不善表面氧化變脆。

 

 高速中走絲