快走絲線切割加工中鉬絲使用壽命的影響因素分析

謝冬和

（湖南汽車(chē)工程職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖南 株洲412001）

0 引言

鉬絲具有良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性能，其熔點(diǎn)高達(dá)2 610℃，原子間結(jié)合力強(qiáng)，熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，韌性好，強(qiáng)度高，延展性好等特點(diǎn)，因而廣泛用作快走絲線切割加工中的工具電極，由于在切割過(guò)程中受急冷、急熱及電腐蝕的作用本身會(huì)損耗嚴(yán)重，易在切割中出現(xiàn)短路及斷絲現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)損壞零件表面、影響其切割質(zhì)量，增加了操作準(zhǔn)備時(shí)間，降低了生產(chǎn)效率，因此，如何降低鉬絲的損耗速度及短路、斷絲現(xiàn)象的發(fā)生，是線切割加工企業(yè)普通關(guān)心的問(wèn)題。本文針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析，得到一些可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

1 快走絲線切割加工中常見(jiàn)的問(wèn)題

1.1 鉬絲運(yùn)行不穩(wěn)定

鉬絲在切割加工中易出現(xiàn)松動(dòng)、抖動(dòng)，隨即出現(xiàn)短路及斷絲等問(wèn)題，當(dāng)快走絲線切割加工累計(jì)使用時(shí)間超過(guò)100 h時(shí)，導(dǎo)絲輪及軸承磨損得很?chē)?yán)重，其徑向跳動(dòng)量就會(huì)超差，盡管切割時(shí)采用的電參數(shù)值合理，但由于長(zhǎng)時(shí)間使用增大了儲(chǔ)絲筒及導(dǎo)絲輪的徑向跳動(dòng)，造成鉬絲運(yùn)行抖動(dòng)的加劇，切割表面的切割條紋明顯。鉬絲在切割過(guò)程中受到急冷、急熱及電蝕力的蝕除作用，在切割零件的同時(shí)，自身也會(huì)逐漸損耗變細(xì)，繞在儲(chǔ)絲筒上的鉬絲長(zhǎng)度伸長(zhǎng)，出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致鉬絲的抖動(dòng)幅度增大，據(jù)經(jīng)驗(yàn)，儲(chǔ)絲筒新繞鉬絲300 m，在切割60 h后，鉬絲直徑從0.179 mm減小到0.158 mm，伸長(zhǎng)約50 mm，鉬絲的張緊力降低約30%。鉬絲運(yùn)行中的張力小，則其運(yùn)行抖動(dòng)頻率低幅度大，切割中易造成短路及斷絲。

導(dǎo)電塊的作用是支撐鉬絲和傳遞電源，在運(yùn)行中受慣性力及電蝕力的作用，鉬絲伸長(zhǎng)會(huì)與導(dǎo)電塊之間產(chǎn)生細(xì)小間隙，此間隙處易出現(xiàn)異常火花放電，降低了施加在鉬絲與零件間的脈沖能量，減緩了切割速度，降低了切割效率，并會(huì)在導(dǎo)電塊表面切割出細(xì)槽，此細(xì)槽會(huì)卡斷鉬絲，因此要加強(qiáng)對(duì)導(dǎo)電塊的檢查，發(fā)現(xiàn)表面有細(xì)槽現(xiàn)象，應(yīng)將導(dǎo)電塊轉(zhuǎn)過(guò)90°或更換。同時(shí)要保持鉬絲在運(yùn)行中具有一定的張緊力。

1.2 儲(chǔ)絲筒往復(fù)運(yùn)動(dòng)的影響

在切割過(guò)程中，參與切割的鉬絲長(zhǎng)度不能太短，否則會(huì)減小儲(chǔ)絲筒的往復(fù)行程距離，使切割中儲(chǔ)絲筒的換向頻繁，可在切割好的零件表面看到明顯的換向條紋，并且兩端換向時(shí)對(duì)鉬絲產(chǎn)生很大的慣性沖擊力，對(duì)兩端鉬絲產(chǎn)生疲勞損傷而拉斷鉬絲，因此，為延長(zhǎng)鉬絲的使用壽命及提高零件表面切割質(zhì)量，切割一段時(shí)間后應(yīng)及時(shí)改變鉬絲的換向位置。

在實(shí)際切割時(shí)，可將儲(chǔ)絲筒的繞絲寬度控制在100 mm左右，但不能少于60 mm，過(guò)短會(huì)使儲(chǔ)絲筒換向頻繁，切割穩(wěn)定性下降，切割面換向條紋明顯，過(guò)長(zhǎng)則會(huì)使鉬絲在切割中產(chǎn)生疊絲現(xiàn)象。

1.3 短路現(xiàn)象的發(fā)生

實(shí)際切割中發(fā)現(xiàn)，鉬絲運(yùn)行速度較快時(shí)，其運(yùn)行抖動(dòng)嚴(yán)重，會(huì)使短路頻發(fā)、增加了斷絲風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)切割速度和變頻進(jìn)給速度都過(guò)快時(shí)，切割中產(chǎn)生的電蝕物不能及時(shí)排出，堵塞了放電通道，使鉬絲冷卻不及時(shí)或冷卻不均而燒斷，從電流表上可觀察到其指針為“0”且鉬絲與零件間沒(méi)有火花產(chǎn)生。

因此，可將脈間值取大些，這樣有利于電蝕物的順利排出，并且脈沖電流和電壓也不宜取值太高，否則單個(gè)脈沖能量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致切割速度過(guò)快，通道內(nèi)會(huì)出現(xiàn)集中放電、拉弧等現(xiàn)象，引起短路及斷絲，電壓取值在90～100 V、電流取值在1.5～2.5 A。切割時(shí)還應(yīng)將零件熱處理后表面不導(dǎo)電的氧化物清理干凈，防止切割中因?qū)щ娦阅芟陆刀T發(fā)短路、斷絲等事故，提高切割穩(wěn)定性及保證零件的切割質(zhì)量。

1.4 零件切割中夾斷鉬絲

切割中經(jīng)常會(huì)遇到夾渣及表面有氧化物的零件，由于夾渣及氧化物的導(dǎo)電性差，在切割中會(huì)導(dǎo)致短路、燒絲及斷絲，因此，切割前應(yīng)對(duì)零件表面進(jìn)行清理，根據(jù)零件情況選擇合適的電參數(shù)。零件材料應(yīng)盡量選擇鍛造性能好、淬透性好、熱處理變形小及外觀質(zhì)量好的，保證線切割過(guò)程的穩(wěn)定。而在切割鋁、銅等軟質(zhì)金屬時(shí)，不能采用普通鋼材的工藝進(jìn)行切割，否則會(huì)出現(xiàn)短路頻發(fā)及誘發(fā)斷絲，影響切割效率。在切割含有夾渣物的材料時(shí)，應(yīng)選擇較大的脈沖能量進(jìn)行，同時(shí)增大脈間使停歇時(shí)間延長(zhǎng)，有利于電蝕物的順利排出，切割完后應(yīng)對(duì)粘附在鉬絲表面的氧化鋁、氧化銅等電蝕物進(jìn)行清除，保證下次切割的正常進(jìn)行。

1.5 工藝路線的影響

在切割中發(fā)現(xiàn)，切割路線的合理選擇與否對(duì)切割件的質(zhì)量有著很大影響，如下圖1所示為要切割工件的形狀，為了避免材料內(nèi)部組織及內(nèi)應(yīng)力對(duì)切割精度產(chǎn)生影響，應(yīng)合理選擇切割路線的走向及起點(diǎn)。如果選擇A→1→2→3→4→5→1→A的切割路線，由于靠近夾持區(qū)域的切割體先脫落本體，在工件自身重量的作用下，會(huì)對(duì)未切割部分產(chǎn)生很大的彎曲扭矩，工件會(huì)產(chǎn)生較大誤差并易夾斷鉬絲，如果選擇A→1→5→4→3→2→1→A的切割路線，則可將這種影響降低到最小。

圖1 切割路線選擇

1.6 放電通道堵塞

在切割加工中，經(jīng)常會(huì)看到工作液隨鉬運(yùn)行四處飛濺，沒(méi)有隨鉬絲的運(yùn)行流入到切縫中，切縫中的鉬絲得不到有效冷卻，電蝕物不能及時(shí)排出，堵塞了放電通道，消電離不能及時(shí)形成，特別是在切割厚大零件時(shí)，鉬絲的正、反切割速度不一致，造成了切割中鉬絲與零件產(chǎn)生“干摩擦”，時(shí)間稍長(zhǎng)就會(huì)出現(xiàn)短路及斷絲。此時(shí)應(yīng)清理及檢查工作液循環(huán)系統(tǒng)，使工作液噴嘴對(duì)準(zhǔn)切縫，確保良好的排屑和冷卻作用，減小工作液對(duì)鉬絲的擾動(dòng)。同時(shí)還可采用較稀的工作液，增大工作液的流動(dòng)性。

1.7 厚大零件的切割

在切割厚大零件的開(kāi)始和接近結(jié)束時(shí)，鉬絲很容易出現(xiàn)松動(dòng)及抖動(dòng)現(xiàn)象，零件切割面紋路粗糙，電蝕痕跡時(shí)深時(shí)淺，切割表面完整性差及鉬絲損耗加劇，易發(fā)生短路及斷絲，因而在切割這類(lèi)厚大零件時(shí)，應(yīng)選擇較高的鉬絲運(yùn)行速度（30～35 m/s左右），有利于提高鉬絲攜帶工作液的能力，并將切割時(shí)的變頻跟蹤調(diào)高些，在切割薄件時(shí)鉬絲速度適當(dāng)調(diào)低些（18～20 m/s），否則會(huì)增大鉬絲的運(yùn)行抖動(dòng)，引起切割不穩(wěn)定。

2 鉬絲的使用要求及問(wèn)題防范

2.1 提高零件切割面的質(zhì)量操作

鉬絲在切割零件的同時(shí)，本身也受到電蝕力的腐蝕而逐漸損耗變小，抗拉強(qiáng)度逐漸下降，切縫變窄，電蝕物難以排出，切割變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致鉬絲使用壽命短，易出現(xiàn)斷絲，因此，在切割條件允許前提下，應(yīng)盡量大直徑（φ0.18～0.20 mm）鉬絲來(lái)切割厚大零件，而切割尖角、窄縫時(shí)應(yīng)選擇較小直徑（φ0.08～0.12 mm）的鉬絲，換裝新鉬絲時(shí)，應(yīng)先讓鉬絲空轉(zhuǎn)幾分鐘，使鉬絲內(nèi)應(yīng)力得到有效釋放后才正式進(jìn)行切割，提高其切割穩(wěn)定性。

2.2 輔助路徑及回退路徑

在快走絲線切割加工中，由于鉬絲松弛及運(yùn)行抖動(dòng)，鉬絲會(huì)產(chǎn)生較大彎曲變形而響應(yīng)滯后，使零件尖角變成塌角，影響零件精度。可采用輔助工藝路徑即將部分工藝路線設(shè)計(jì)在圖形之外，然后再折回切割，經(jīng)過(guò)這樣處理后，可以消除鉬絲抖動(dòng)變形對(duì)零件切割產(chǎn)生的影響，如圖2所示，圖中虛線為輔助工藝路線，這樣切割時(shí)零件才完整且符合圖紙要求，同時(shí)還可選擇直徑較小（φ0.08～0.12 mm）的鉬絲切割尖角。

圖2 輔助路徑的設(shè)置

2.3 提高鉬絲的運(yùn)行剛性

在切割過(guò)程中，由于受往復(fù)慣性力及電場(chǎng)力的雙重作用，特別是儲(chǔ)絲筒在兩端換向時(shí)產(chǎn)生的慣性力更大，鉬絲易被拉長(zhǎng)而變得松弛，使鉬絲的運(yùn)行抖動(dòng)加劇，導(dǎo)電塊與鉬絲間會(huì)出現(xiàn)火花放電，反饋信息被誤判，造成電蝕速度與工作臺(tái)移動(dòng)速度不同步且低于工作臺(tái)移動(dòng)速度，鉬絲與工件間出現(xiàn)干摩擦，拉傷工件。快走絲線切割機(jī)沒(méi)有張緊機(jī)構(gòu)，鉬絲的張緊主要靠繞絲時(shí)的預(yù)緊力及運(yùn)行一段時(shí)間后停機(jī)對(duì)鉬絲的收緊實(shí)現(xiàn)，因此，為保證工件在切割過(guò)程中的一致性及增加鉬絲的剛性、減小鉬絲的運(yùn)行抖動(dòng)，可在運(yùn)行系統(tǒng)中加裝一個(gè)鉬絲張緊裝置，確保鉬絲在運(yùn)行中緊貼在導(dǎo)電塊及導(dǎo)絲輪上，如圖3所示，安裝位置如圖4所示。

圖3 恒張力裝置

圖4 張緊裝置安裝位置示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)影響鉬絲使用壽命的各種因素進(jìn)行仔細(xì)分析和研究，提出了提高鉬絲使用壽命的相應(yīng)措施，這些有效方法已經(jīng)在實(shí)踐切割中得到了較好應(yīng)用。使用結(jié)果表明，快走絲線切割加工中使用這些方法與措施，鉬絲的使用壽命得到了有效提高，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。