電火花線切割

電火花線切割

電火花線切割機(Wire Electrical Discharge Machining簡稱WEDM),屬電加工範疇,是由前蘇聯拉扎聯科夫婦研究開關觸點受火花放電腐蝕損壞的現象和原因時,發現電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉,從而開創和發明了電火花加工方法。線切割機也於1960年發明於前蘇聯,我國是第一個用於工業生產的國家。

基本信息

物理原理

電火花線切割 電火花線切割

自由正離子和電子在場中積累,很快形成一個被電離的導電通道。在這個階段,兩板間形成電流。導致粒子間發生無數次碰撞,形成一個等離子區,並很快升高到8000到12000度的高溫,在兩導體表面瞬間熔化一些材料,同時,由於電極和電介液的汽化,形成一個氣泡,並且它的壓力規則上升直到非常高。然後電流中斷,溫度突然降低,引起氣泡內向爆炸,產生的動力把溶化的物質拋出彈坑,然後被腐蝕的材料在電介液中重新凝結成小的球體,並被電介液排走。然後通過NC控制的監測和管控,伺服機構執行,使這种放電現象均勻一致。

分類

電火花線切割機按走絲速度可分為高速往復走絲電火花線切割機(Reciprocating type High Speed Wire cut Electrical Discharge Machining俗稱“快走絲”)、低速單向走絲電火花線切割機(Low Speed one-way walk Wire cut Electrical Discharge Machining俗稱“慢走絲”)和立式自鏇轉電火花線切割機(Vertical Wire Electrical Discharge Machining machine tool With Rotation Wire)三類。又可按工作檯形式分成單立柱十字工作檯型和雙立柱型(俗稱龍門型)。

往復走絲電火花線切割工具機

往復走絲電火花線切割機訂的走絲速度為6~12 mm/s,是我國獨創的機種。自1970年9月由第三機械工業部所屬國營長風機械總廠研製成功“數字程式自動控制線切割工具機”,為該類工具機國內首創。1972年第三機械工業部對工廠生產的CKX數控線切割工具機進行技術鑑定,認為已經達到當時國內先進水平。1973年按照第三機械工業部的決定,編號為CKX — 1的數控線切割工具機開始投入批量生產。1981年9月成功研製出具有錐度切割功能的DK3220型的坐標數控機,產品的最大特點是具有1.5度錐度切割功能。完成了線切割工具機的重大技術改進。隨著大錐度切割技術逐步完善,變錐度、上下異形的切割加工也取得了很大的進步。大厚度切割技術的突破,橫剖面及縱剖面精度有了較大提高,加工厚度可超過1000mm以上。使往復走絲線切割工具機更具有一定的優勢。同時滿足了國內外客戶的需求。這類工具機的數量正以較快的速度增長,由原來年產量2~3千台上升到年產量數萬台,目前全國往復走絲線切割工具機的存量已達20餘萬台,套用於各類中低檔模具製造和特殊零件加工,成為我國數控工具機中套用最廣泛的機種之一。但由於往復走絲線切割工具機不能對電極絲實施恆張力控制,故電極絲抖動大,在加工過程中易斷絲。由於電級絲是往復使用,所以會造成電極絲損耗,加工精度和表面質量降低。

低速單向走絲電火花線切割機

低速走絲線切割機電極絲以銅線作為工具電極,一般以低於0.2mm/s的速度作單向運動,在銅線與銅、鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60~300V的脈衝電壓,並保持5~50um間隙,間隙中充滿脫離子水(接近蒸餾水)等絕緣介質,使電極與被加工物之間發生火花放電,並彼此被消耗、腐蝕,在工件表面上電蝕出無數的小坑,通過NC控制的監測和管控,伺服機構執行,使這种放電現象均勻一致,從而達到加工物被加工,使之成為合乎要求之尺寸大小及形狀精度的產品。目前精度可達0.001mm級,表面質量也接近磨削水平。電極絲放電後不再使用,而且採用無電阻防電解電源,一般均帶有自動穿絲和恆張力裝置。工作平穩、均勻、抖動小、加工精度高、表面質量好,但不宜加工大厚度工件。由於工具機結構精密,技術含量高,工具機價格高,因此使用成本也高。

單向走絲電火花線切割工具機早期只有國外公司的獨有機種。台灣的低速走絲電火花線切割機起步雖然較晚,但這幾年來發展迅速。其關鍵的一個舉措就是由若干家電加工工具機製造企業共同出資,在有關部門一定限度的支持下,由台灣工業技術研究院投入大量的人力、物力做關鍵技術的開發。經過10多年的攻關,在控制系統及電源等關鍵技術上取得了突破。台灣各企業製造的低速走絲電火花線切割機目前應屬中檔機的範圍,近3年每年達到20%~30%的增長率,估計未來5年,台灣低速走絲電火花線切割機的年產量能達2000台,可占世界市場的25%以上。低速走絲電火花線切割機的技術含量高、市場前景好,可以獲得較高的回報,是電加工行業各個廠家的“必爭之地”、“戰略高地”。也可以說,誰掌握了低速走絲電火花線切割機的技術,誰就獲得了下一步企業發展壯大的機遇。為了搶占中國市場,日本、瑞士、台灣的電加工工具機製造企業在中國大陸設廠生產這類工具機。我國的科技工作者在科技部專項基金的支持下,投入了較大的研發力量,已完成新一代低速走絲電火花線切割機的研發,取得了重大突破,目前已擁有了具有自主智慧財產權的產品,並占領了一定的市場份額,其性能指標可達中檔機水平。目前還有一些國內企業則希望通過與台灣相關企業的合作,來發展低速走絲電火花線切割加工技術。

立式自鏇轉電火花線切割機

立式自鏇轉電火花線切割機(臥式自鏇轉電火花線切割機)。立式迴轉電火花線切割機的特點與傳統的高速走絲和低速走絲電火花線切割加工均有不同,首先是電極絲的運動方式比傳統兩種的電火花線切割加工多了一個電極絲的迴轉運動;其次,電極絲走絲速度介於高速走絲和低速走絲之間,速度為1~2mm/s。由於加工過程中電極絲增加了鏇轉運動,所以立式迴旋電火花線切割機與其他類型線切割機相比,最大的區別在於走絲系統。立式迴轉電火花線切割機的走絲系統由走絲端和放絲端兩套結構完全相同的兩端做為走絲結構,實現了電極絲的高速鏇轉運動和低速走絲的複合運動。兩套主軸頭之間的區域為有效加工區域。除走絲系統外,工具機其他組成部分與高速走絲線切割機相同。

與單向低速走絲電火花線切割工具機相比,往復高速走絲電火花線切割工具機在平均生產率、切割精度及表面粗糙度等關鍵技術指標上還存在較大差距。針對這些差距,本世紀初,國內有數家高速往復走絲電火花線切割機生產企業實現了在高速走絲機上的多次切割加工(該類工具機被俗稱為“中走絲” Medium Speed Wire cut Electrical Discharge Machining)。所謂“中走絲”並非指走絲速度介於高速與低速之間,而是複合走絲線切割工具機,其走絲原理是在粗加工時採用8-12mm/s高速走絲,精加工時採用1-3mm/s低速走絲,這樣工作相對平穩、抖動小,並通過多次切割減少材料變形及鉬絲損耗帶來的誤差,使加工質量也相對提高,加工質量可介於高速走絲機與低速走絲機之間。因而可以說,用戶所說的“中走絲”,實際上是往復走絲電火花線切割機借鑑了一些低速走絲機的加工工藝技術,並實現了無條紋切割和多次切割。經過幾年的發展,國內幾乎所有生產高速走絲電火花線切割工具機的廠家都在生產及銷售中走絲,但最終表明不是所有的往復走絲電火花線切割機都能進行多次切割,或者說不是所有的往復走絲電火花線切割機採用多次切割技術後都能獲得好的工藝效果。多次切割是一項綜合性的技術,它涉及到工具機的數控精度、脈衝電源、工藝資料庫、走絲系統、工作液及大量的工藝問題,並不是簡單地在高速走絲機上加上一套運絲變頻調速系統即可實現的,只有那些製造精度高,並在諸方面創造了多次切割條件的往復走絲電火花線切割機才能進行多次切割和無條紋切割,並獲得顯著的工藝效果。因此我們的生產企業必須充分注意到這個問題,一定要按系統工程來做,真正把這一技術用好,把這一產品做好。如目前已有一些企業為進一步提高工具機本體精度,X、Y坐標工作檯採用了直流或交流伺服電機作驅動單元直接驅動滾珠絲槓,同時採用了帶螺距補償功能的全閉環控制,可以利用數控系統對工具機的定位精度誤差進行補償和修正。在保證精度的前提下,減小因長期使用而導致的加工精度下降,延長工具機的使用壽命。運絲系統方面採用特殊(大多數採用金剛石)電極絲保持器,保持電極絲的相對穩定,減小加工過程中電極絲的張力變化。冷卻系統方面改變常用的粗放冷卻方式,採取多級過濾並對介電常數等關鍵參數加以控制,確保精加工的順利進行。控制軟體方面提供開放的加工參數資料庫,可以根據材料的質地、厚度、粗糙度等條件選擇對應的加工參數。相信經過我們的努力,多次切割技術將會更加完善,往復走絲電火花線切割加工技術也將得到更好的套用和發展。

往復走絲電火花線切割機採用多次切割技術後,雖加工質量有明顯提高,但它仍然屬於高速走絲電火花線切割機的範疇,切割精度和光潔度仍與低速走絲機存在較大差距,且精度和光潔度的保持性也需要進一步提高。“中走絲機”具有結構簡單、造價低以及使用消耗少等特點,因此也有其生存的空間,目前執行的標準仍然是高速走絲機的相關標準,因此生產企業在對用戶的宣傳上要注意,一定要實事求是。

電火花線切割分類

區分快走絲線切割,中走絲線切割,慢走絲線切割。1:快走絲電火花線切割的走絲速度為6~12 mm/s,電極絲作高速往返運動,切割精度較差。2:中走絲電火花線切割是在快走絲線切割的基礎上實現變頻多次切割功能,是近幾年發展的新工藝。3:慢走絲電火花線切割的走絲速度為0.2mm/s,電極絲做低速單向運動,切割精度很高。

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