慢走絲工作原理

1、慢走絲全稱為慢走絲線切割，是中國通用標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)術(shù)語，創(chuàng)始之初是為區(qū)分國內(nèi)快走絲線切割，目前并未列入中國官方漢語詞典詞條。標(biāo)準(zhǔn)英文翻譯全稱:Low speed wire cut    簡稱：WEDM-LS(轉(zhuǎn)載:慢走絲論壇)慢走絲工作原理    是利用連續(xù)移動的細金屬絲（稱為電極絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型的一種加工機床慢走絲加工時在線電極與工件之間存在的疏松接觸式輕壓放電現(xiàn)象。通過多年觀察研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)柔:性電極絲與工件接近到通常認(rèn)為的放電間隙(例如810m)時，并不發(fā)生火花放電，甚至當(dāng)電極絲已接觸到工件，從顯微鏡

2、中已看不到間隙時，也常?？床坏交鸹?，只有當(dāng)工件將電極絲頂彎并偏移一定距離(幾微米到幾十微米)時才發(fā)生正常的火花放電。此時線電極每進給1m，放電間隙并不減少1m，而是電極絲增加一點線間張力，而工作則增加一點側(cè)向壓力，顯然，只有電極絲和工件之間保持一定的輕微接觸壓力后才能形成火花放電。據(jù)此認(rèn)為在電極絲和工件之間存在著某種電化學(xué)產(chǎn)生的絕緣薄膜介質(zhì)，當(dāng)電極絲和工件接觸時因其在不停運動，移動摩擦使該絕緣薄膜介質(zhì)減薄到可被擊穿的程度才會發(fā)生火花放電。慢走絲機床性能指標(biāo)   一般性能衡量指表為：精度，速度，表面光潔度，轉(zhuǎn)角精度，真圓度   慢走絲線切割機所加工的工件表

3、面粗糙度通常可達到Ra=0.6m，且慢走絲線切割機的真圓度誤差、直線誤差，轉(zhuǎn)角誤差和尺寸誤差都是快走絲線切割機的N倍以上，所以在加工高精度零件時，慢走絲線切割機得到了廣泛應(yīng)用。由于慢走絲線切割機是采取線電極連續(xù)供絲的方式，即線電極在運動過程中完成加工，因此即使線電極發(fā)生損耗，也能連續(xù)地予以補充，故能提高零件加工精度。但慢走絲工作時影響其加工工作表面質(zhì)量的因素很多，特別是慢走絲線切割機更需要對其有關(guān)加工工藝參數(shù)進行合理選配，才能保證所加工工件的表面質(zhì)量慢走絲加工時金屬的蝕除分熔化和氣化兩種。寬脈寬作用時間長，容易造成熔化加工，使工件表面形貌變差，變質(zhì)層增厚，內(nèi)應(yīng)力加大，易產(chǎn)生裂紋。而脈寬小到一定

4、值時，作用時間極短，形成氣化加工，可以減小變質(zhì)層厚度，改善表面質(zhì)量，減小內(nèi)應(yīng)力，避免裂紋產(chǎn)生。先進的慢走絲采用的脈沖電源其脈寬僅幾十ns，峰值電流在1 000 A以上，形成氣化蝕除，不僅加工效率高，而且使表面質(zhì)量大大提高慢走絲加工采用水質(zhì)工作液。水有一定的導(dǎo)電性，即使經(jīng)過去離子處理，降低電導(dǎo)率，但還有一定的離子數(shù)量。當(dāng)工件接正極，在電場作用下，OH-離子會在工件上不斷聚集，造成鐵、鋁、銅、鋅、鈦、鎢的氧化和腐蝕，并使硬質(zhì)合金材料中的結(jié)合劑鈷成離子狀態(tài)溶解在水中，形成工件表面的“軟化層”。曾采用提高電阻率的措施(由幾十千歐?厘米提高到幾百千歐?厘米)，盡可能降低離子濃度，雖對改善表面質(zhì)量起了一定

5、的作用，但還是不能有效地徹底解決“軟化層”的問題。防電解電源是解決工件“軟化層”的有效技術(shù)手段。防電解電源采用交變脈沖，平均電壓為零，使在工作液中的OH-離子電極絲與工件之間處于振蕩狀態(tài)，不趨向工件和電極絲，防止工件材料的氧化。采用防電解電源進行電火花線切割加工，可使表面變質(zhì)層控制在1m以下，避免硬質(zhì)合金材料中鈷的析出溶解，保證硬質(zhì)合金模具的壽命。測試結(jié)果表明，防電解電源加工硬質(zhì)合金模具壽命已接近機械磨削加工，在接近磨損極限處甚至優(yōu)于機械磨削加工。慢走絲常用加工工藝人為因素的控制與改善主要包括加工工藝的確定和加工方法的選擇，這可以通過以下幾點來實現(xiàn)：(1)實施少量多次加工。對于這個量，一般由慢

6、走絲機床的加工參數(shù)決定，根據(jù)使用日本Sodick慢走絲公司制造的慢走絲線割機的經(jīng)驗，除第1次加工外，加工量一般是由幾十微米逐漸遞減到幾個微米，特別是加工次數(shù)較多的最后一次，加工量應(yīng)較小，即幾個微米，以至加工次數(shù)越多工件的表面質(zhì)量越好。由于減少慢走絲加工時材料的變形可以有效提高加工工件表面質(zhì)量因而應(yīng)采用少量、多次切割方式。在粗加工或半精加工時可留一定余量，以補償材料因原應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞所產(chǎn)生的變形和最后一次精加工時所需的加工余量，這樣當(dāng)最后精加工時即可獲得較為滿意的加工效果。少量、多次切割可使加工工件具有單次切割 不可比擬的表面質(zhì)量，是控制和改善加工工件表面質(zhì)量的簡便易行的方法和措施(2)合理

7、安排切割路線。該措施的指導(dǎo)思想是盡量避免破壞工件材料原有的內(nèi)部應(yīng)力平衡，防止工件材料在切割過程中因在夾具等作用下，由于切割路線安排不合理而產(chǎn)生顯著變形，致使切割表面質(zhì)量下降。(3)正確選擇切割參數(shù)。對于不同的粗、精加工，其絲速、絲的張力和噴流壓力應(yīng)以參數(shù)表為基礎(chǔ)作適當(dāng)調(diào)整，為了保證加工工件具有更高的精度和表面質(zhì)量，可以適當(dāng)調(diào)高慢走絲的絲速和絲張力，雖然制造線切割機床的廠家提供了適應(yīng)不同切割條件的相關(guān)參數(shù)，但由于工件的材料、所需要的加工精度以及其他因素的影響，使得人們不能完全照搬書本上介紹的切割條件，而應(yīng)以這些條件為基礎(chǔ)，根據(jù)實際需要作相應(yīng)的調(diào)整。例如若要加工厚度為27mm的工件，則在加工條件表

8、中找不到相當(dāng)?shù)那闆r，這種條件下，必須根據(jù)厚度在20mm30mm間的切割條件和相應(yīng)補嘗量作出調(diào)整，主要辦法是：加工工件的厚度接近哪一個標(biāo)準(zhǔn)厚度就選擇其為應(yīng)設(shè)定的加工厚度，而補償量則根據(jù)加工工件的實際厚度，與表中標(biāo)準(zhǔn)厚度的差值，按比例選取。(4)采用距離密著加工。為了使工件達到高精度和高表面質(zhì)量，可以采用密著加工，即應(yīng)使上噴嘴與工件的距離盡量靠近(約0.050.10mm)，這樣就可以避免因上噴嘴離工件較遠而使線電極振幅過大影響加工工件的表面質(zhì)量。(5)注意加工工件的固定。當(dāng)加工工件行將切割完畢時，其與母體材料的連接強度勢必下降， 此時要防止因加工液的沖擊使得加工工件發(fā)生偏斜，因為一旦發(fā)生偏斜，就會

9、改變切割間隙，輕者影響工件表面質(zhì)量，重者使工件切壞報廢，所以要想辦法固定好被加工工件。慢走絲變形問題及疑難加工凸模加工工藝 凸模在模具中起著很重要的作用，它的設(shè)計形狀、尺寸精度及材料硬度都直接影響模具的沖裁質(zhì)量、使用壽命及沖壓件的精度。在實際生產(chǎn)加工中，由于工件毛坯內(nèi)部的殘留應(yīng)力變形及放電產(chǎn)生的熱應(yīng)力變形，故應(yīng)首先加工好穿絲孔進行封閉式切割，盡可能避免開放式切割而發(fā)生變形。如果受限于工件毛坯尺寸而不能進行封閉形式切割，對于方形毛坯件，在慢走絲編程時應(yīng)注意選擇好切割路線(或切割方向)。切割路線應(yīng)有利于保證工件在加工過程中始終與夾具(裝夾支撐架)保持在同一坐標(biāo)系，避開應(yīng)力變形的影響。夾具固定在左端

10、，從葫蘆形凸模左側(cè)，按逆時針方向進行切割，整個毛坯依據(jù)切割路線而被分為左右兩部分。由于連接毛坯左右兩側(cè)的材料越割越小，毛坯右側(cè)與夾具逐漸脫離，無法抵抗內(nèi)部殘留應(yīng)力而發(fā)生變形，工件也隨之變形。若按順時針方向切割，工件留在毛坯的左側(cè)，靠近夾持部位，大部分切割過程都使工件與夾具保持在同一坐標(biāo)系中，剛性較好，避免了應(yīng)力變形。一般情況下，合理的切割路線應(yīng)將工件與夾持部位分離的切割段安排在總的切割程序末端，即將暫停點(Bridge)留在靠近毛坯夾持端的部位。 下面著重分析一下硬質(zhì)合金齒形凸模的切割工藝處理。一般情況下，凸模外形規(guī)則時，慢走絲加工常將預(yù)留連接部分(暫停點，即為使工件在第1次的粗割后不與毛坯完

11、全分離而預(yù)留下的一小段切割軌跡線)留在平面位置上，大部分精割完畢后，對預(yù)留連接部分只做一次切割，以后再由鉗工修磨平整，這樣可減少凸模在慢走絲線切割上的加工費用。 硬質(zhì)合金凸模由于材料硬度高及形狀狹長等特點，導(dǎo)致加工速度慢且容易變形，特別在其形狀不規(guī)則的情況下，預(yù)留連接部分的修磨給鉗工帶來很大的難度。因此在慢走絲線切割加工階段可對工藝進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使外形尺寸精度達到要求，免除鉗工裝配前對暫停點的修磨工序。 由于硬質(zhì)合金硬度高，切割厚度大，導(dǎo)致加工速度慢，扭轉(zhuǎn)變形嚴(yán)重，大部分外形加工及預(yù)留連接部分(暫停點)的加工均采取4次切割方式且兩部分的切割參數(shù)和偏移量(Offset)均一致。第1次切割電極絲

12、偏移量加大至0.50.8mm，以使工件充分釋放內(nèi)應(yīng)力及完全扭轉(zhuǎn)變形，在后面3次能夠有足夠余量進行精割加工，這樣可使工件最后尺寸得到保證。 具體的工藝分析如下： (1)預(yù)先在毛坯的適當(dāng)位置用穿孔機或電火花成形機加工好1.01.5mm穿絲孔，穿絲孔中心與凸模輪廓線間的引入切割線段l長度選取510mm。 (2)凸模的輪廓線與毛坯邊緣的寬度應(yīng)至少保證在毛坯厚度的1/5。 (3)為后續(xù)切割預(yù)留的連接部分(暫停點)應(yīng)選擇在靠近工件毛坯重心部位，寬度選取34mm。慢走絲(4)為補償扭轉(zhuǎn)變形，將大部分的殘留變形量留在第1次粗割階段，增大偏移量至0.50.8mm。后續(xù)的3次采用精割方式，由于切割余量小，變形量也

13、變小了。慢走絲 (5)大部分外形4次切割加工完成后，將工件用壓縮空氣吹干，再用酒精溶液將毛坯端面洗凈，涼干，然后用粘結(jié)劑或液態(tài)快干膠(通常采用502快干膠水)將經(jīng)磨床磨平的厚度約1.5mm的金屬薄片粘牢在毛坯上，再按原先4次的偏移量切割工件的預(yù)留連接部分(注意：切勿把膠水滴進下水嘴或滴到工件的預(yù)留連接部分上，以免造成不導(dǎo)電而不能加工)。慢走絲 3凹模板加工中的變形分析 在慢走絲加工前，模板已進行了冷加工、熱加工，內(nèi)部已產(chǎn)生了較大的殘留應(yīng)力，而殘留應(yīng)力是一個相對平衡的應(yīng)力系統(tǒng)，在線切割去除大量廢料時，應(yīng)力隨著平衡遭到破壞而釋放出來。因此，模板在線切割加工時，隨著原有內(nèi)應(yīng)力的作用及火花放電所產(chǎn)生的

14、加工熱應(yīng)力的影響，將產(chǎn)生不定向、無規(guī)則的變形，使后面的切割吃刀量厚薄不均，影響了加工質(zhì)量和加工精度。 針對此種情況，對精度要求比較高的模板，通常采用4次切割加工。第1次切割將所有型孔的廢料切掉，取出廢料后，再由機床的自動移位、自動穿絲功能，完成第2次、第3次、第4次切割。a切割第1次，取廢料b切割第1次，取廢料c切割第1次，取廢料n切割第1次，取廢料a切割第2次b切割第2次n切割第2次a切割第3次n切割第3次a切割第4次n切割第4次，加工完畢。 這種切割方式能使每個型孔加工后有足夠的時間釋放內(nèi)應(yīng)力，能將各個型孔因加工順序不同而產(chǎn)生的相互影響、微量變形降低到最小程度，較好地保證模板的加工尺寸精度

15、。但是這樣加工時間太長，機床易損件消耗量大，增加了模板的制造成本。另外機床本身隨加工時間的延長及溫度的波動也會產(chǎn)生蠕變。因此，根據(jù)實際測量和比較，模板在加工精度允許的情況下，可采用第1次統(tǒng)一加工取廢料不變，而將后面的2、3、4次合在一起進行切割(即a切割第2次后，不移位、不剪絲緊接著割第3、4次bcn)，或省去第4次切割而做3次切割。這樣切割完后經(jīng)測量，形位尺寸基本符合要求。4次及3次切割中各次的加工余量、加工精度、表面粗糙度的參考值見表1及表2。初步估算一下，型孔之間的移位、穿絲、剪絲、上水、下水等均按1min計算。采用這種切割方法，加工1塊有100個型孔的模板，每次將會節(jié)省大約9h的加工時

16、間，切割4次共節(jié)省大約30h，這樣對使用費用昂貴的慢走絲線切割機床來說，既提高了生產(chǎn)效率，又降低費用消耗，因此也降低了模板的制造成本。 凹模板型孔小拐角的加工工藝 由于選用的切割絲直徑越大，切割出的型孔拐角半徑也越大。當(dāng)模板型孔的拐角半徑要求很小時(如R0.07R0.10mm)，則必須換用細絲(如0.10mm)。但是相對粗絲而言，細絲加工速度較慢，且費用昂貴(大多需進口絲)。如果將整個型孔都用細絲加工，就會延長加工時間，造成浪費。經(jīng)過仔細比較和分析，采取先將拐角半徑適當(dāng)增大，用粗絲切割所有型孔達到尺寸要求，再更換細絲統(tǒng)一修割所有型孔的拐角達到規(guī)定尺寸。 下面是矩齒形凹模板(內(nèi)拐角半徑為R0.0

17、7mm)的慢走絲加工工藝。 (1)先用0.20mm切割絲加工模板型孔至要求尺寸，內(nèi)拐角部分加工至R0.15mm。 (2)退磁，關(guān)機。 (3)更換0.10mm細絲。將切割絲輸送帶移至未使用過的位置。如果輸送帶3個位置均已使用且咬送細絲的效果不佳，則更換新的輸送帶。 (4)重新找正中心。帶有2個金剛石錐體的切割絲導(dǎo)向插件(本導(dǎo)向插件為AGIE公司慢走絲線切割機床專用)點式支撐可使切割絲的下偏點被精確的定位，使切割絲精確地進行導(dǎo)向。當(dāng)切割絲直徑為0.20mm時，找正中心在b點，當(dāng)切割絲直徑為0.10mm時，找正中心在a點，ab=bo-ao=0.1KF(2KF)-0.05KF(2KF)=0.0707m

18、m。因此更換0.10mm的細絲重新找正中心的坐標(biāo)值應(yīng)與原中心坐標(biāo)值相差大約0.0707mm。 (5)修改圖形圓角半徑，重新編程，避開其它型孔輪廓線，將型孔的拐角半徑修整為R0.07mm。 5多型孔凹模、固定板、卸料板的加工順序 多型孔凹模、固定板、卸料板考慮到各個型孔在加工過程中受殘留應(yīng)力及加工熱力影響而產(chǎn)生的微量變形，因此在實際生產(chǎn)中采用型孔加工順序一致的方法保證其型孔位置變形的一致性，從而保證了凹模、固定板、卸料板型孔的同軸度。慢走絲線切割機床加工精度高、功能強，但加工成本高，若要充分發(fā)揮機床的作用，創(chuàng)造好的經(jīng)濟效益，必須對工件進行合理的加工工藝分析和技術(shù)性能分析，充分了解慢走絲機床的結(jié)構(gòu)

19、性能以及熟練掌握機床的操作技能，合理選用水參數(shù)和電參數(shù)，減少加工過程中的斷絲情況，在實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，這樣才能最大限度地發(fā)揮機床的潛力，提高慢走絲生產(chǎn)效率。影響慢走絲加工工件表面質(zhì)量的機床因素的控制與改善 慢走絲電火花線切割機屬于高科技和高精度機床，機床的維護保養(yǎng)非常重要，因為加工工件的高精度和高質(zhì)量是直接建立在機床的高精度基礎(chǔ)上的，因此在每次加工之前必須檢查機床的工作狀態(tài)，才能為獲得高質(zhì)量的加工工件提供條件。需注意的環(huán)節(jié)和應(yīng)采取的措施如下： (1)長期暴露在空氣中的電極絲不能用于加工高精度的零件，因為電極絲表面若已被氧化，就會影響加工工件的表面質(zhì)量，所以保管電極絲時應(yīng)注意不要損壞電極絲

20、的包裝膜，以免電極絲與空氣接觸而被氧化，在加工前，必須檢查電極絲的質(zhì)量。另外，電極絲的張力對加工工件的表面質(zhì)量也有很大的影響，加工表面質(zhì)量要求高的工件，應(yīng)在不斷絲的前提下盡可能提高電極絲的張力。(2)慢走絲線切割機一般采用去離子水做工作液?；鸹ǚ烹姳仨氃诰哂幸欢ń^緣性能的液體介質(zhì)中進行，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，形成瞬時和局部高溫來熔化并氣化金屬，放電結(jié)束后又迅速恢復(fù)放電間隙成為絕緣狀態(tài)。絕緣性能太低，將產(chǎn)生電解而形不成擊穿火花放電；絕緣性能太高，則放電間隙小，排屑難，切割速度降低。一般電阻率應(yīng)在5×10410×104cm

21、，加工前必須觀察電阻率表的顯示，特別是機床剛起動時，往往會發(fā)現(xiàn)電阻率不在這個范圍內(nèi)，這時不要急于加工，讓機床先運轉(zhuǎn)一段時間達到所要的電阻率時才開始正式加工。為了保證加工精度，有必要提高加工液的電阻率，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水的電阻率不再提高時，應(yīng)更換離子交換樹脂。再者必須檢查與冷卻液有關(guān)的條件，檢查加工液的液量，還應(yīng)檢查過濾壓力表，其壓力值應(yīng)在.0×13-3Pa以上。當(dāng)加工液從污濁橫向清洗槽逆向流動時則需要更換過濾器，以保證加工液的絕緣性能、洗滌性能、冷卻性能達到要求。(3)必須檢查導(dǎo)電塊的磨損情況。慢走絲線切割機一般在加工了50100h后就必須考慮改變導(dǎo)電塊的切割位置或者更換導(dǎo)電塊，有臟污時需用洗

22、滌液清洗。必須注意的是：當(dāng)變更導(dǎo)電塊的位置或者更換導(dǎo)電塊時，必須重新校正絲電極的垂直度，以保證加工工件的精度和表面質(zhì)量。(4)檢查滑輪的轉(zhuǎn)動情況，若轉(zhuǎn)動不好則應(yīng)更換，還必須仔細檢查上、下噴嘴的損傷和臟污程度，用清洗液清除臟物，有損傷時需及時更換。還應(yīng)經(jīng)常檢查貯絲筒內(nèi)絲的情況，裝得太滿會影響絲的暢通運行，使加工精度受到影響。此外，導(dǎo)電塊、滑輪和上、下噴嘴的不良狀況還會引起線電極的振動，這時即使加工表面能進行良好的放電，但因線電極振動，加:工表面也很容易產(chǎn)生波峰或條紋，最終引起工件表面粗糙度變差。(5)保持穩(wěn)定的電源電壓。電源電壓不穩(wěn)定會造成電極與工件兩端不穩(wěn)定，從而引起擊穿放電過程不穩(wěn)定而影響工

23、件的表面質(zhì)量。2.3 影響慢走絲割加工工件表面質(zhì)量的材料因素的控制與改善為了加工出尺寸精度高、表面質(zhì)量好的線切割產(chǎn)品，必須對所用工件材料進行細致考慮，這主要應(yīng)從以下幾方面著手：(1)由于工件材料不同，熔點、氣化點、導(dǎo)熱系數(shù)等都不一樣，因而即使按同樣方式加工，所獲得的工件表面質(zhì)量也不相同，因此必須根據(jù)實際需要的表面質(zhì)量對工件材料作相應(yīng)的選擇。例如要達到高精度，就必須選擇硬質(zhì)合金類材料，而不應(yīng)該選不銹鋼或未淬火的高碳鋼等，否則很難實現(xiàn)所需要求。(2)由于工件材料內(nèi)部殘余應(yīng)力對加工的影響較大，在對熱處理后的材料進行加工時，由于大面積去除金屬和切斷加工會使材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的相對平衡受到破壞，從而可能影

24、響零件的加工精度和表面質(zhì)量。為了避免這些情況，應(yīng)選擇鍛造性好、淬透性好、熱外理變形小的材料。(3) 慢走絲加工過程中應(yīng)將各項參數(shù)調(diào)到最佳適配狀態(tài)，以減少斷絲現(xiàn)象。因為發(fā)生斷絲的地方會出現(xiàn)兩次放電，使加工工件表面質(zhì)量下降。另外在加工過程中還應(yīng)注意傾聽機床發(fā)出的聲音，正常加工的聲音應(yīng)為很光滑的“哧-哧”聲。還應(yīng)注意正常加工時的火花應(yīng)是藍色的而不是紅色的。此外，正常加工時，機床的電流表、電壓表的指針應(yīng)是穩(wěn)定不動或者振幅很小，此時進給速度均勻而且平穩(wěn)，是慢走絲加工工件獲得高精度和高質(zhì)量的保證。影響慢走絲加工工件表面質(zhì)量的因素很多，但只要對其進行系統(tǒng)的分析和科學(xué)的分類，就可以對這類復(fù)雜而且零亂的因素進行控制與調(diào)配，從而改善和提高工件的精度和表面質(zhì)量。轉(zhuǎn)載:慢走絲論壇慢走絲目前市場情況頂級慢走絲機床瑞士、日本制造的慢走絲機床這種慢走絲線切割機代表了目前的最高水平，如瑞士夏米爾公司的千系列慢走絲機床、日本三菱電機公司的PA系列超高精度慢走絲機床、日本牧野公司的UPJ-2超精密慢走絲機床等。這類慢走絲機床的最大特點是加工精度很高，在±0.002 mm以內(nèi)，表面粗糙度Ra<0.2m，一般都能使用0.03 mm的電極絲進行微精加工，主機大都具有熱平衡系統(tǒng)，一些慢走絲機床采用在油中進行切割加工。瑞士阿奇夏米爾公司的