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“中走丝线切割”机床的加工编程操作工艺处理技术浅析(上)
点击次数:2891 更新时间:2012-01-05
 

“中走丝线切割”机床的加工编程操作工艺处理技术浅析(上)

一 中走丝线切割机床介绍
       要清晰中走丝线切割机床的编程以及操作过程中的加工工艺,我们必须先了解中走丝线切割机床的历史、现状以及将来的发展方向,这样的话,了解起来就会相对简单一点。
  高速走丝电火花线切割机(WEDM-HS),也就是我们通常所说的快走丝线切割机,是中国*(除中国内地,没有任何国家和地区生产该类机床的厂家)的,由于结构简单、造价低、工艺效果好,加上使用过程消耗少,自上世纪六十年代末被研制成功之后就得到飞速发展,现已成为制造业中一种*工艺装备。到2004年底,全国年产量已超过3万台,约占世界电火花线切割机床总产量的70%。
       但是,由于快走丝线切割机床加工质量问题一直未得到有效解决,同时,随着国外生产的低速走丝电火花线切割机(WEDM-LS)技术水平的不断提高和模具工业的飞速发展,曾令国人感到自豪的快走丝线切割机床,如今已经陷入了发展艰难的困境。
  为了满足用户需要,苏州中航长风()结合多年模具机械加工经验,在保留快走丝线切割机床结构简单、造价低、工艺效果好、使用过程消耗少等特点的基础上,引用上精密模具加工设备的先进理念及慢走丝多次切割技术(即*次切割用较大的电规准进行高速粗切割,然后用精规准和精微规准进行第二次、第三次甚至第四、五次切割,将加工表面逐级修光,以获得较理想的加工表面质量和加工精度),开发了能实现多次切割的智能化系统中走丝电火花线切割机床。
       由于拥有比快走丝更人性化,便捷化,适用范围更广的特点,中走丝线切割机被越来越多的用户选择,同时也被更多的设备生产厂家所看中,纷纷加入到中走丝线切割机床的研发和生产中来。
  由于中走丝线切割机床是近几年才开始的,很多用户还对中走丝不熟悉,对中走丝的加工工艺也不熟悉,现结合多年的生产实践,针对中走丝切割机床的编程以及操作加工过程中所出现的问题及遇到的困难,总结了几点工艺处理方法和加工操作方案。
二 中走丝线切割机床多次切割工艺参数设置
  (一)*次切割任务是高速稳定切割
       1. 脉冲参数:选用高峰值电流,较长脉宽的规准进行大电流切割,以获得较高的切割速度。
       2. 电极丝中心轨迹的补偿量小:
  f = 1/2φd +δ+△+ S式中,f为补偿量(mm);δ为*次切割时的放电间隙(mm);φd为电极丝直径(mm);△为留给第二次切割的加工余量(mm);S为精修余量(mm)。在高峰值电流粗规准切割时,单边放电间隙大约为0.02mm;精修余量甚微,一般只有0.003mm。而加工余量△则取决于*次切割后的加工表面粗糙度及机床精度,大约在0.03~0.04mm范围内。这样,*次切割的补偿量应在0.05~0.06mm之间,选大了会影响第二次切割的速度,选小了又难于消除*次切割的痕迹。
       3. 走丝方式:采用高速走丝,走丝速度为8~12m/s,达到zui大加工效率。
  (二)第二次切割的任务是精修,保证加工尺寸精度。
       1. 脉冲参数:选用中等规准,使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4~1.7μm之间。
       2. 补偿量f:由于第二次切割是精修,此时放电间隙较小,δ不到0.01mm,而第三次切割所需的加工质量甚微,只有几微米,二者加起来约为0.01mm。所以,第二次切割的补偿量f约为1/2d+0.01mm即可。
       3. 走丝方式:为了达到精修的目的,通常采用低速走丝方式,走丝速度为1~3m/s,并对跟踪进给速度限止在一定范围内,以消除往返切割条纹,并获得所需的加工尺寸精度。
  (三)第三次切割的任务是抛磨修光。
       1. 脉冲参数:用zui小脉宽进行修光,而峰值电流随加工表面质量要求而异。
       2. 补偿量f:理论上是电极丝的半径加上0.003mm的放电间隙,实际上精修过程是一种电火花磨削,加工量甚微,不会改变工件的尺寸大小。所以,仅用电极的半径作补偿量也能获得理想效果。
       3. 走丝方式:像第二次切割那样采用低速走丝限速进给即可。
中走丝线切割机床的多次切割变形问题处理方法
  (一)中走丝的凸模加工工艺
  凸模在模具中起着很重要的作用,它的设计形状、尺寸精度及材料硬度都直接影响模具的冲裁质量、使用寿命及冲压件的精度。在实际生产加工中,由于工件毛坯内部的残留应力变形及放电产生的热应力变形,故应首先加工好穿丝孔进行封闭式切割,尽可能避免开放式切割而发生变形。如果受限于工件毛坯尺寸而不能进行封闭形式切割,对于方形毛坯件,在编程时应注意选择好切割路线(或切割方向)。切割路线应有利于保证工件在加工过程中始终与夹具(装夹支撑架)保持在同一坐标系,避开应力变形的影响。夹具固定在左端,从葫芦形凸模左侧,按逆时针方向进行切割,整个毛坯依据切割路线而被分为左右两部分。由于连接毛坯左右两侧的材料越割越小,毛坯右侧与夹具逐渐脱离,无法抵抗内部残留应力而发生变形,工件也随之变形。若按顺时针方向切割,工件留在毛坯的左侧,靠近夹持部位,大部分切割过程都使工件与夹具保持在同一坐标系中,刚性较好,避免了应力变形。一般情况下,合理的切割路线应将工件与夹持部位分离的切割段安排在总的切割程序末端,即将暂停点(支撑部分)留在靠近毛坯夹持端的部位。
  下面着重分析一下硬质合金齿形凸模的切割工艺处理。
  一般情况下,凸模外形规则时,线切割加工常将预留连接部分(暂停点,即为使工件在第1次的粗割后不与毛坯*分离而预留下的一小段切割轨迹线)留在平面位置上,大部分精割完毕后,对预留连接部分只做一次切割,以后再由钳工修磨平整,这样可减少凸模在中走丝线切割上的加工费用。硬质合金凸模由于材料硬度高及形状狭长等特点,导致加工速度慢且容易变形,特别在其形状不规则的情况下,预留连接部分的修磨给钳工带来很大的难度。因此在中走丝线切割加工阶段可对工艺进行适当的调整,使外形尺寸精度达到要求,免除钳工装配前对暂停点的修磨工序。?由于硬质合金硬度高,切割厚度大,导致加工速度慢,扭转变形严重,大部分外形加工及预留连接部分(暂停点)的加工均采取4次切割方式且两部分的切割参数和偏移量(Offset)均一致。第1次切割电极丝(钼丝)偏移量加大至0.15—0.18mm,以使工件充分释放内应力及*扭转变形,在后面3次能够有足够余量进行精割加工,这样可使工件zui后尺寸得到保证。
  具体的工艺分析如下:
  1. 预先在毛坯的适当位置用穿孔机或电火花成形机加工好Φ1.0—Φ1.5mm穿丝孔,穿丝孔中心与凸模轮廓线间的引入切割线段长度选取5—10mm。
  2. 凸模的轮廓线与毛坯边缘的宽度应至少保证在毛坯厚度的1/5。
  3. 为后续切割预留的连接部分(暂停点)应选择在靠近工件毛坯重心部位,宽度选取3—4mm(取决于工件大小,)。
  4. 为补偿扭转变形,将大部分的残留变形量留在第1次粗割阶段,增大偏移量至0.15—0.18mm。后续的3次采用精割方式,由于切割余量小,变形量也变小了。
  5. 大部分外形4次切割加工完成后,将工件用压缩空气吹干,再用酒精溶液将毛坯端面洗净,凉干,然后用粘结剂或液态快干胶(通常采用502快干胶水)将经磨床磨平的厚度约0.3mm的金属薄片粘牢在毛坯上,再按原先4次的偏移量切割工件的预留连接部分(注意:切勿把胶水滴到工件的预留连接部分上,以免造成不导电而不能加工)。
  (二)中走丝的凹模板加工中的变形分析
  在中走丝线切割加工前,模板已进行了冷加工、热加工,内部已产生了较大的残留应力,而残留应力是一个相对平衡的应力系统,在线切割去除大量废料时,应力随着平衡遭到破坏而释放出来。因此,模板在线切割加工时,随着原有内应力的作用及火花放电所产生的加工热应力的影响,将产生不定向、无规则的变形,使后面的切割吃刀量厚薄不均,影响了加工质量和加工精度。针对此种情况,对精度要求比较高的模板,通常采用4次切割加工。第1次切割将所有型孔的废料切掉,取出废料后,再由机床的自动移位功能,完成第2次、第3次、第4次切割。a切割第1次,取废料→b切割第1次,取废料→c切割第1次,取废料→……→n切割第1次,取废料→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,加工完毕。这种切割方式能使每个型孔加工后有足够的时间释放内应力,能将各个型孔因加工顺序不同而产生的相互影响、微量变形降低到zui小程度,较好地保证模板的加工尺寸精度。但是这样加工时间太长,穿丝次数多,工作量大,增加了模板的制造成本。另外机床本身随加工时间的延长及温度的波动也会产生蠕变。因此,根据实际测量和比较,模板在加工精度允许的情况下,可采用第1次统一加工取废料不变,而将后面的2、3、4次合在一起进行切割(即a切割第2次后,不移位、不拆丝,紧接着割第3、4次→b→c……→n),或省去第4次切割而做3次切割。这样切割完后经测量,形位尺寸基本符合要求。这样既提高了生产效率,又降低人工,因此也降低了模板的制造成本。
  (三)线切割中走丝机床凹模板型孔小拐角的加工工艺
  由于选用的电极丝(钼丝)直径越大,切割出的型孔拐角半径也越大。当模板型孔的拐角半径要求很小时(如R0.07—R0.10mm),则必须换用细丝(如Φ0.10mm)。但是相对粗丝而言,细丝加工速度较慢,且容易断丝。如果将整个型孔都用细丝加工,就会延长加工时间,造成浪费。经过仔细比较和分析,我们采取先将拐角半径适当增大,用粗丝切割所有型孔达到尺寸要求,再更换细丝统一修割所有型孔的拐角达到规定尺寸。但更换Φ0.10mm的细丝需重新找正中心,重新找正中心的坐标值与原中心坐标值相差应大约在0.02mm左右。

(未完,接下篇)

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