慢走絲線切割加工工藝及操作技巧
http://www.dcyhziu.cn 2007/6/26 源自:中華職工學(xué)習(xí)網(wǎng) 【字體：
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1 引言
慢走絲線切割機(jī)床應(yīng)用廣泛而又重要，在塑料模、精密多工位級進(jìn)模的生產(chǎn)加工過程中，能保證得到良好的尺寸精度，直接影響模具的裝配精度、零件的精度以及模具的使用壽命等。由于加工工件精度要求高，因此在加工過程中若有一點(diǎn)疏忽，就會造成工件報(bào)廢，同時(shí)也會給模具的制造成本和加工周期帶來負(fù)面影響。
在從事慢走絲切割機(jī)床編程與操作加工過程中，結(jié)合多年的生產(chǎn)實(shí)踐，針對加工過程中所出現(xiàn)的變形問題及遇到的困難，總結(jié)了幾點(diǎn)工藝處理方法和加工操作方案
2 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(jì)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(shí)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(jìn)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(jìn)行封閉形式切割，對于方形毛坯件，在編程時(shí)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，從葫蘆形凸模左側(cè)，按逆時(shí)針方向進(jìn)行切割，整個(gè)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(shí)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(diǎn)(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(shí)，線切割加工常將預(yù)留連接部分(暫停點(diǎn)，即為使工件在第1次的粗割后不與毛坯完全分離而預(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(fèi)用。
硬質(zhì)合金凸模由于材料硬度高及形狀狹長等特點(diǎn)，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(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使外形尺寸精度達(dá)到要求，免除鉗工裝配前對暫停點(diǎn)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(diǎn))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次切割電極絲偏移量加大至0.5—0.8mm，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(jìn)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(jī)或電火花成形機(jī)加工好Φ1.0—Φ1.5mm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5—10mm。
(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(diǎn))應(yīng)選擇在靠近工件毛坯重心部位，寬度選取3—4mm。
(4)為補(bǔ)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0.5—0.8mm。后續(xù)的3次采用精割方式，由于切割余量小，變形量也變小了。
(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(jìn)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)。
3 凹模板加工中的變形分析
在線切割加工前，模板已進(jìn)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(gè)相對平衡的應(yīng)力系統(tǒng)，在線切割去除大量廢料時(shí)，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(shí)，隨著原有內(nèi)應(yīng)力的作用及火花放電所產(chǎn)生的加工熱應(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(jī)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(gè)型孔加工后有足夠的時(shí)間釋放內(nèi)應(yīng)力，能將各個(gè)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。但是這樣加工時(shí)間太長，機(jī)床易損件消耗量大，增加了模板的制造成本。另外機(jī)床本身隨加工時(shí)間的延長及溫度的波動也會產(chǎn)生蠕變。因此，根據(jù)實(shí)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(jìn)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→b→c……→n)，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(jì)算。采用這種切割方法，加工1塊有100個(gè)型孔的模板，每次將會節(jié)省大約9h的加工時(shí)間，切割4次共節(jié)省大約30h，這樣對使用費(fèi)用昂貴的慢走絲線切割機(jī)床來說，既提高了生產(chǎn)效率，又降低費(fèi)用消耗，因此也降低了模板的制造成本。
4 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(shí)(如R0.07—R0.10mm)，則必須換用細(xì)絲(如Φ0.10mm)。但是相對粗絲而言，細(xì)絲加工速度較慢，且費(fèi)用昂貴(大多需進(jìn)口絲)。如果將整個(gè)型孔都用細(xì)絲加工，就會延長加工時(shí)間，造成浪費(fèi)。經(jīng)過仔細(xì)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(dá)到尺寸要求，再更換細(xì)絲統(tǒng)一修割所有型孔的拐角達(dá)到規(guī)定尺寸。
下面是矩齒形凹模板(內(nèi)拐角半徑為R0.07mm)的線切割加工工藝。
(1)先用Φ0.20mm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(jī)。
(3)更換Φ0.10mm細(xì)絲。將切割絲輸送帶移至未使用過的位置。如果輸送帶3個(gè)位置均已使用且咬送細(xì)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(gè)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(jī)床專用)點(diǎn)式支撐可使切割絲的下偏點(diǎn)被精確的定位，使切割絲精確地進(jìn)行導(dǎo)向。當(dāng)切割絲直徑為Φ0.20mm時(shí)，找正中心在b點(diǎn)，當(dāng)切割絲直徑為Φ0.10mm時(shí)，找正中心在a點(diǎn)，｜ab｜=｜bo｜-｜ao｜=0.1〖KF(〗2〖KF)〗-0.05〖KF(〗2〖KF)〗=0.0707mm。因此更換Φ0.10mm的細(xì)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(gè)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(shí)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。
6 結(jié)束語
慢走絲線切割機(jī)床加工精度高、功能強(qiáng)，但加工成本高，若要充分發(fā)揮機(jī)床的作用，創(chuàng)造好的經(jīng)濟(jì)效益，必須對工件進(jìn)行合理的加工工藝分析和技術(shù)性能分析，充分了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能以及熟練掌握機(jī)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(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，這樣才能最大限度地發(fā)揮機(jī)床的潛力，提高生產(chǎn)效率。
慢走絲線切割機(jī)床應(yīng)用廣泛而又重要，在塑料模、精密多工位級進(jìn)模的生產(chǎn)加工過程中，能保證得到良好的尺寸精度，直接影響模具的裝配精度、零件的精度以及模具的使用壽命等。由于加工工件精度要求高，因此在加工過程中若有一點(diǎn)疏忽，就會造成工件報(bào)廢，同時(shí)也會給模具的制造成本和加工周期帶來負(fù)面影響。
在從事慢走絲切割機(jī)床編程與操作加工過程中，結(jié)合多年的生產(chǎn)實(shí)踐，針對加工過程中所出現(xiàn)的變形問題及遇到的困難，總結(jié)了幾點(diǎn)工藝處理方法和加工操作方案
2 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(jì)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(shí)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(jìn)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(jìn)行封閉形式切割，對于方形毛坯件，在編程時(shí)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，從葫蘆形凸模左側(cè)，按逆時(shí)針方向進(jìn)行切割，整個(gè)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(shí)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(diǎn)(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(shí)，線切割加工常將預(yù)留連接部分(暫停點(diǎn)，即為使工件在第1次的粗割后不與毛坯完全分離而預(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(fèi)用。
硬質(zhì)合金凸模由于材料硬度高及形狀狹長等特點(diǎn)，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(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使外形尺寸精度達(dá)到要求，免除鉗工裝配前對暫停點(diǎn)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(diǎn))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次切割電極絲偏移量加大至0.5—0.8mm，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(jìn)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(jī)或電火花成形機(jī)加工好Φ1.0—Φ1.5mm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5—10mm。
(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(diǎn))應(yīng)選擇在靠近工件毛坯重心部位，寬度選取3—4mm。
(4)為補(bǔ)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0.5—0.8mm。后續(xù)的3次采用精割方式，由于切割余量小，變形量也變小了。
(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(jìn)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)。
3 凹模板加工中的變形分析
在線切割加工前，模板已進(jìn)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(gè)相對平衡的應(yīng)力系統(tǒng)，在線切割去除大量廢料時(shí)，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(shí)，隨著原有內(nèi)應(yīng)力的作用及火花放電所產(chǎn)生的加工熱應(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(jī)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(gè)型孔加工后有足夠的時(shí)間釋放內(nèi)應(yīng)力，能將各個(gè)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。但是這樣加工時(shí)間太長，機(jī)床易損件消耗量大，增加了模板的制造成本。另外機(jī)床本身隨加工時(shí)間的延長及溫度的波動也會產(chǎn)生蠕變。因此，根據(jù)實(shí)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(jìn)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→b→c……→n)，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(jì)算。采用這種切割方法，加工1塊有100個(gè)型孔的模板，每次將會節(jié)省大約9h的加工時(shí)間，切割4次共節(jié)省大約30h，這樣對使用費(fèi)用昂貴的慢走絲線切割機(jī)床來說，既提高了生產(chǎn)效率，又降低費(fèi)用消耗，因此也降低了模板的制造成本。
4 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(shí)(如R0.07—R0.10mm)，則必須換用細(xì)絲(如Φ0.10mm)。但是相對粗絲而言，細(xì)絲加工速度較慢，且費(fèi)用昂貴(大多需進(jìn)口絲)。如果將整個(gè)型孔都用細(xì)絲加工，就會延長加工時(shí)間，造成浪費(fèi)。經(jīng)過仔細(xì)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(dá)到尺寸要求，再更換細(xì)絲統(tǒng)一修割所有型孔的拐角達(dá)到規(guī)定尺寸。
下面是矩齒形凹模板(內(nèi)拐角半徑為R0.07mm)的線切割加工工藝。
(1)先用Φ0.20mm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(jī)。
(3)更換Φ0.10mm細(xì)絲。將切割絲輸送帶移至未使用過的位置。如果輸送帶3個(gè)位置均已使用且咬送細(xì)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(gè)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(jī)床專用)點(diǎn)式支撐可使切割絲的下偏點(diǎn)被精確的定位，使切割絲精確地進(jìn)行導(dǎo)向。當(dāng)切割絲直徑為Φ0.20mm時(shí)，找正中心在b點(diǎn)，當(dāng)切割絲直徑為Φ0.10mm時(shí)，找正中心在a點(diǎn)，｜ab｜=｜bo｜-｜ao｜=0.1〖KF(〗2〖KF)〗-0.05〖KF(〗2〖KF)〗=0.0707mm。因此更換Φ0.10mm的細(xì)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(gè)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(shí)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。
6 結(jié)束語
慢走絲線切割機(jī)床加工精度高、功能強(qiáng)，但加工成本高，若要充分發(fā)揮機(jī)床的作用，創(chuàng)造好的經(jīng)濟(jì)效益，必須對工件進(jìn)行合理的加工工藝分析和技術(shù)性能分析，充分了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能以及熟練掌握機(jī)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(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，這樣才能最大限度地發(fā)揮機(jī)床的潛力，提高生產(chǎn)效率。
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