線切割加工模具的工藝要點分析

1　引言
　　線切割是沖模零件的主要加工方式，然而進行合理的工藝分析，正確計算數控編程中電極絲的設計走絲軌跡，關系到模具的加工精度。通過穿絲孔的確定與切割路線的優化，改善切割工藝，這對于提高切割質量和生產效率，是一條行之有效的重要途徑。

　　2　實際軌跡的計算

　　根據大量的統計數據表明，線切割加工后的實際尺寸大部分處于公差帶的中位值(或稱“中間尺寸”)附近，因此對于沖模零件圖樣中標注公差的尺寸，應采用中位值尺寸作為實際切割軌跡的編程數據，其計算公式為：中位值尺寸=基本尺寸+(上偏差+下偏差)。

　　例如：圖樣尺寸外圓半徑R25–0.04，其中位值尺寸為25+(0–0.04)/2=24.98(mm)。

　　由于線切割放電加工的特點，工件與電極絲之間始終存在放電間隙。因此，切割加工時，工件的理論輪廓(圖樣)與電極絲的實際軌跡應保持一定的距離，即電極絲中心軌跡與工件輪廓的垂直距離，稱為偏移量f0(或稱為補償值)。

　　f0=R絲+δ電

　　式中　R絲——電極絲半徑

　　δ電——單邊放電間隙

　　線切割加工沖模的凸、凹模，應綜合考慮電極絲半徑R絲、單邊放電間隙δ電以及凸、凹模之間的單邊配合間隙δ配，以確定合理的間隙補償值f0。

　　例如：加工沖孔模(即要求保證工件的沖孔尺寸)，以沖孔的凸模為基準，故凸模的間隙補償值為：f凸=R絲+δ電，凹模尺寸應增加δ配。而加工落料模(即要求保證沖下的工件尺寸)，以落料的凹模為基準，凹模的間隙補償值f凸=R絲+δ電，凸模的尺寸應增加δ配。見圖1。偏移量的大小將直接影響線切割的加工精度和表面質量。若偏移量過大，則間隙太大，放電不穩定，影響尺寸精度;偏移量過小，則間隙太小，會影響修切余量。修切加工時的電參數將依次減弱，非電參數也應作相應調整，以提高加工質量。

　　根據實踐經驗，線切割加工沖裁模具的配合間隙應比國際上所流行的“大”間隙沖模(《手冊》推薦值)應小些。因為凸、凹模線切割加工中，工件表面會形成一層組織脆松的熔化層，電參數越大，表面粗糙度越差，熔化層較厚。且隨著模具沖裁次數的增加，這層脆松的表層會逐漸磨損，使模具的配合間隙逐漸增大，滿足“大”間隙的要求。

　　3　穿絲孔的確定

　　穿絲孔的位置對于加工精度及切割速度關系甚大。通常，穿絲孔的位置最好選在已知軌跡尺寸的交點處或便于計算的坐標點上，以簡化編程中有關坐標尺寸的計算，減少誤差。當切割帶有封閉型孔的凹模工件時，穿絲孔應設在型孔的中心，這樣既可準確地加工穿絲孔，又較方便地控制坐標軌跡的計算，但無用的切入行程較長。對于大的型孔切割，穿絲孔可設在靠近加工軌跡的邊角處，以縮短無用行程。在切割凸模外形時，應將穿絲孔選在型面外，最好設在靠近切割起始點處。切割窄槽時，穿絲孔應設在圖形的最寬處，不允許穿絲孔與切割軌跡發生相交現象。此外，在同一塊坯件上切割出兩個以上工件時，應設置各自獨立的穿絲孔，不可僅設一個穿絲孔一次切割出所有工件。切割大型凸模時，有條件者可沿加工軌跡設置數個穿絲孔，以便切割中發生斷絲時能夠就近重新穿絲，繼續切割。

　　穿絲孔的直徑大小應適宜，一般為Φ2mm～Φ8mm。若孔徑過小，既增加鉆孔難度又不方便穿絲;若孔徑太大，則會增加鉗工工作量。如果要求切割的型孔數較多，孔徑太小，排布較為密集，應采用較小的穿絲孔(Φ0.3mm～Φ0.5mm)，以避免各穿絲孔相互打通或發生干涉現象。

　　4　切割路線的優化

　　切割路線的合理與否將關系到工件變形的大小。

　　因此，優化切割路線有利于提高切割質量和縮短加工時間。切割路線的安排應有利于工件在加工過程中始終與裝夾支撐架保持在同一坐標系內，避免應力變形的影響，并遵循以下原則。

　　(1)一般情況下，最好將切割起始點安排在靠近夾持端，將工件與其夾持部分分離的切割段安排在切割路線的末端，將暫停點設在靠近坯件夾持端部位。

　　(2)切割路線的起始點應選擇在工件表面較為平坦、對工作性能影響較小的部位。對于精度要求較高的工件，最好將切割起始點取在坯件上預制的穿絲孔中，不可從坯件外部直接切入，以免引起工件切開處發生變形。

　　(3)為減小工件變形，切割路線與坯件外形應保持一定的距離，一般不小于5mm。

　　線切割加工中對于一些具體工藝要求，應重點關注切割路線的優化。

　　(1)二次(或多次)切割法　對于一些形狀復雜、壁厚或截面變化大的凹模型腔零件，為減小變形，保證加工精度，宜采用二次切割法。通常，精度要求高的部位留2mm～3mm余量先進行粗切割，待工件釋放較多變形后，再進行精切割至要求尺寸。若為了進一步提高切割精度，在精切割之前，留0.20mm～0.30mm余量進行半精切割，即為3次切割法，第1次為粗切割，第2次為半精切割，第3次為精切割。這是提高模具線切割加工精度的有效方法。

　　(2)尖角切割法　當要求工件切割成“尖角”(或稱“清角”)時，可采用方法一，在原路線上增加一小段超切路程，如圖2所示的A0-A1段，使電極絲切割的最大滯后點達到程序A0點，然后再前進到附加點A1，并返回至A0點，接著再執行原程序，便可切割出尖角。也可采用圖3所示的方法二的切割路線，在尖角處增加一段過切的小正方形或小三角形路線作為附加程序，這樣便可保證切割出棱邊清晰的尖角。

　　(3)拐角的割法　線切割放電加工過程中，由于放電的反作用力造成電極絲的實際位置比機床X、Y坐標軸移動位置滯后，從而造成拐角精度較差。

　　電極絲的滯后移動則會造成工件的外圓弧加工過虧，而內圓弧加工不足，致使工件拐角處精度下降。為此，對于工件精度要求高的拐角處，應自動調慢X、Y軸的驅動速度，使電極絲的實際移動速度與X、Y軸同步。也就是，加工精度要求越高，拐角處的驅動速度應越慢。

　　(4)小圓角切割法　若發現圖樣要求的內圓角半徑小于切割時的偏移量，將會造成圓角處“根切”現象。為此，應明確圖樣輪廓中最小圓角必須大于最后一遍修切的偏移量，否則應選擇直徑更細的電極絲。在主切割加工及初修切割加工中，可根據各遍加工時不同的偏移量，設置不同的內圓角半徑，即對于同段輪廓編制不同的內圓角半徑子程序，子程序中的內圓角半徑應大于此遍切割的偏移量，這樣就可切割出很小的圓角，并獲取較好的圓角切割質量。

　　5　切割前工件的準備

　　為了減少切割過程中模具的變形及提高加工質量，切割前凸凹模零件應滿足以下要求：

　　(1)工件上、下兩平面的平行度誤差應小于0.05mm。

　　(2)工件應加工一對正交立面，作為定位、校驗與測量基準。

　　(3)模具切割應采用封閉式切割，以降低切割溫度，減小變形。

　　(4)切割工件的四周邊料留量應為模具厚度的1/4為宜，一般邊緣留量不小于5mm。

　　(5)為減小模具變形，并正確選擇加工方法和嚴格執行熱處理規范，對于精度要求高的模具，最好進行兩次回火處理。

　　(6)工件淬火前應將所有銷孔、螺釘孔加工成形。

　　(7)模具熱處理后，穿絲孔內應去除氧化皮與雜質，防止導電性能降低而引起斷絲故障。

　　(8)線切割前，工件表面應去除氧化皮和銹跡，并進行消磁處理。

　　6　結語

　　編程完成后、正式切割加工之前，應對編制的程序進行檢查與驗證，確定其正確性。線切割機床的數控系統均提供程序驗證的方法，常用的方法有：畫圖檢驗法主要用于驗證程序中是否存在錯誤語法及是否符合圖樣加工輪廓;空行程檢驗法可檢驗程序的實際加工情況，檢查加工中是否存在碰撞或干涉現象，以及機床行程是否滿足加工要求等;動態模擬加工檢驗法通過模擬動態加工實況，對程序及加工軌跡路線進行全面驗證。通常，可按編制的程序全部運行一遍，觀察圖形是否“回零”。對于一些尺寸精度要求高、凸、凹模配合間隙小的沖模，可先用薄板料試切割，檢查有關尺寸精度與配合間隙，如發現不符要求處，應及時修正程序，直至驗證合格后，方可正式切割加工。正式切割結束后，不可急于拆下工件，應檢查起始與終結坐標點是否一致，如發現有問題，應及時采取“補救”措施。