模具的电火花线切割加工.ppt

4.3 模具的电火花线切割加工与编程 电火花成形加工是采用的成形电极，而线切割采用的是线电极，线切割可以加工带有一定锥度的型孔或型芯等。一、线切割的加工原理、特点和分类4.3.1加工原理 线切割加工时，是在电极丝和工件之间进行脉冲放电。电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极，每个电脉冲产生一次放电，在放电通道的中心温度可高达10000，熔化或汽化金属材料，后汽化了的工作液被热膨胀和局部微爆炸的作用将熔化和汽化的金属抛出，实现对工件材料的电蚀切割加工过程。一般情况下，线切割的放电间隙为0.01-0.02mm，编程时，线切割的放电间隙取0.01mm计算，放电间隙与脉冲电压密切相关，一般来讲，脉冲电压高，放电间隙会变大。在切割加工的过程中，为了减少电极丝的损耗和防止电极丝被烧断，除了向放电间隙注入大量的工作液外充分冷却电极丝外，同时，电极丝以710m/s的速度相对于工件做轴向运动，高速运动的电极丝有利于将工作液带入放电间隙，也有利于把电蚀物从间隙中带出来，从而避免电弧放电的产生电极丝局部损耗，提高切割的加工精度。2、加工特点 与电火花成形加工相比，有如下特点：不需要制造成形电极，工件材料的预加工工作量少。能方便地加工复杂截面的型柱、型孔和窄缝等。脉冲电源的加工电流较小，脉冲宽度较窄，采用正极性加工，即正极接工件，负极接电极丝。不需要转换电规准，都是一次加工成形。采用运动的电极丝，电极的单位损耗少，加工精度就高。只对工件进行切割，余料可以继续使用，材料利用率高。工作液选用水基乳化液，不是煤油，安全，可靠，节约。自动化程度高，操作方便，加工周期短，成本低，加工精度高，（尺寸精度0.01mm,Ra=1.6-0.8m），可以加工形状复杂的模具，如0.05-0.07mm的窄缝，0.03mm 的圆角半径。不能加工盲孔类或阶梯类成形表面的零件。3、电火花线切割加工的分类按控制方式可分为靠模仿型控制、光电跟踪控制、数据程序控制及微机控制等；按电源形式可分为RC电源、晶体管电源、分组脉冲电源及自适应控制电源等；按加工特点可分为大、中、小型，普通直壁切割型与锥度切割型；按走丝速度可分为慢走丝方式和快走丝方式两种；4.3.2加工规准的选择 在线切割加工中，脉冲电源的电参数选择对电蚀过程是很关键的，它直接影响了工件切割表面粗糙度，蚀除效率，切缝的宽度大小和电极丝的损耗。对零件的加工质量影响较大 在实际生产中，选择脉冲宽度160s，脉冲频率10100kHz。比较合适。目前，广泛应用的脉冲电源波形一般都是矩形波：1、短路峰值电流的选择 在其它工艺条件不变的情况下，短路峰值电流大，单个脉冲的能量就大，切割痕迹大，粗糙度差，切割速度快，电极丝损耗也大，加工精度低。2、脉冲宽度的选择 在一定的工艺条件下，脉冲宽度增加，单个放电能量也增大，同样会产生上述结果。所以，精加工脉冲宽度尽量在20s以内选择；中加工在2060s内选择。3、脉冲间隔的选择 在一定的工艺条件下，对切割速度的影响较大，对粗糙度的影响较小，间隔小，放电次数增加，切割速度提高，太小，电蚀物来不及排除或放电间隙来不及消电离，加工就不稳定，易烧断电极丝。太大，会导致进给困难。一般选择10250s，工件厚要选大一些。4、开路电压的选择 在一定工艺条件下，开路电压高，加工电流大，切割速度快、粗糙度差、加工精度下降，但加工间隙大，电蚀物和消电流有利。综上所述，对于矩形波脉冲电源有如下规律：切割速度随着加工电流峰值、脉冲宽度、脉冲频率和开路电压的增大而提高。加工表面粗糙度值随着加工电流峰值、脉冲宽度及开路电压的减小而减小。加工间隙随着开路电压的提高而增大。表面粗糙度的改善有利于提高加工精度。在电流峰值一定的情况下，开路电压的增大有利于提高加工稳定性和脉冲利用率。所以，针对不同要求的模具零件，必须选择合适的电加工规准，在保证加工精度的同时，提高加工效率。4.3.3工作介质的选择1、基本要求 工作液是放电介质又是冷却液，一般快走丝用专用乳化液，慢走丝用去离子水。所有工作介质必须具有以下性能：具有一定的绝缘性，适合线切割的电阻率104105cm较好的洗涤性能，对工件具有较好的附着力、渗透性和 除污能力。较好的冷却性，具有良好的吸热、传热和散热性能。对环境无污染，对人体无害，配制方便，使用寿命要长。2、工作介质对工艺指标的影响 纯净的介质容易形成放电通道，介质太脏，消除电离困难容易引起二次放电。4.3.4工件的装夹与预防变形 电火花线切割工件的装夹形式比较简单，一般使用压板螺钉固定工件，有时也使用分度夹具和旋转夹具。工件的找正一般采用：拉表法、固定基准面靠定法、专用 夹具法等。电极丝初始位置的确定：对于要求较低的零件，采用目测法，通过基准和划线采用火花放电的方法来找正。对于加工要求较高的零件，采用电阻法，用电表的断路和短路测定电极丝的位置。自动找正功能，先进的线切割配备的功能。（找正方法如图）P122找正 电火花线切割产生变形或开裂的原因主要是：装夹方式、材料内应力、切割路径不当材料自重等引起。原因与采取的方法：切割凸模时，无穿丝孔，材料受力不均匀，产生变形。应在坯料上预先加工穿丝孔。注意切割路径，把装夹部位作为最后切割部分。对于凹模切去部分较多，会使应力增加，应预先镂空，留单边23mm余量为合适。凹模尖角处应力集中，易开裂，应尽量避免。热处理不当，容易开裂，对于易变形、开裂的零件，在切割后，可以进行低温回火处理，消除应力，稳定组织4.3.5模具电火花线切割加工工艺过程（补充）主要分为七个步骤：图样分析、毛坯准备、工艺准备、程序编制、工件装夹、切割加工、检验。图样分析：尖角处理，精度和粗糙度的分析，一般合理的精度为IT6,粗糙度为Ra0.4m。毛坯准备：线切割毛坯一般的加工工序是下料、锻造、退火、机械粗加工、预制穿丝孔、热处理、磨基准面。工艺准备：主要是检查机床的状况，选择电规准参数。编制程序：根据图纸和预加工的毛坯、穿丝孔的位置编制切割程序。工件装夹：合理装夹工件，找正和确定电极丝的初始位置。切割加工:对于复杂形状零件，可以用薄钢板预切割。小结：本节主要介绍电火花线切割的工作原理、特点与分类，电规准参数对切割加工质量的影响以及选择的方法，工作介质的选择，切割工件的装夹方法与找正方法，产生变形的原因和预防的方法，线切割加工工艺过程和注意的事项。作业十：P132-9,-10 4.3.6线切割加工程序的编制 尽管线切割的加工原理是相同的，但由于制造商配制的数控系统不同，编程的格式和编程方法也就不同。目前，应用于数控线切割的程序格式主要有二种：1、3B格式（固定程序格式）；2、G指令格式（非固定程序格式）。A、3B格式（固定程序格式）是一种无间隙补偿的编程方法。格式：B X B Y B J G Z B分隔符号：B后的数字如果是0，可以不写出。X.Y坐标值：直线终点的坐标值（绝对值）圆弧起点的坐标值（绝对值）单位：m，允许按相同比例缩放。G计数方向：以选取X拖板进给总长度来进行计数时称为GX;以选取Y拖板进给总长度来进行计数时称为GY;计数方向的选择如图：对斜线终点坐标落在阴影区时取GY，否则就取GX，在45度斜线上可以任意选取。对于圆弧终点坐标落在阴影区时取GX，否则就取GY,在45度斜线上可以任意选取.J计数长度：取计数方向线段的投影坐标的绝对值。直线JX或Y。圆弧J表示各段圆弧在计数方向上投影长度的总和。Z加工指令：当被加工的斜线的终点落在，象限时，分别用L1，L2，L3，L4来表示。当加工的直线与X、Y重合时 +X L1；+Y L2；-X L3；-Y L4 。当圆弧的起点落在某一象限时，分别用R1,R2,R3,R4来表示其中顺圆为S，逆园为N，当起点落在XY轴上时以进入圆弧象限作角标号。（如图）在同一个工件的加工过程中，坐标轴的方向保持不变，编程始终以直线的起点或园心作为坐标原点，不能转角变动，只能平移。程序的编制方法 补偿量的计算：f电极丝的半径单边放电间隙；按电极丝的中心轨迹分段求出各交点的坐标，编写程序编程实例：已知：电极丝的直径0.14mm、单边放电间隙0.01mm。B、G指令编程格式 G指令编程也有不同的系统，不同的机床要根据机床说明书配制的系统来编程，这里以FANUC ROBOCUT-iA系统为例，该系统比较复杂，可实现三维零件的切割。程序号O，M02或M30表示程序结束，子程序用M99结束，程序段用“；”为结束符，数字中一定要用小数点。1、准备功能坐标系的设定 格式：G92XYIJ；XY为电极丝的起始坐标，这就确定了程序原点。I确定零件的厚度，J工作台表面到编程表面的距离，I有正负之分，如图4-15快速点定位 格式：G00XYUV；X.Y编程表面上的终点坐标，U、V是指丝头在由G92的I指定的平面上偏移一个距离，是一个相对坐标值，用于切割斜度的功能。没有斜度可不写。直线插补 格式：G01XYUVF；X.Y指定的终点坐标，U.V同上，F在伺服模式下运动速度由机床给定，不起作用，在常量模式下指定运动速度。圆弧插补 格式：G02(G03)XYIJUVKLF；X.Y圆弧的终点坐标，I.J园心相对于起点的增量坐标，U,V圆弧终点的偏移向量，K,L圆弧中心的偏移向量（例P128,4-2）园角半径 格式：G01XYR；或G02(G03)XYIJR；用来指定本程序段与下一个程序段之间用一个R的圆弧过渡的意思。切割速度的设定 在程序中使用G94表示切割速度由指令给定，用G95表示切割速度由机床伺服系统自动给定。暂定 格式：G04X；或G04P；X为秒，P为万分之一秒。参考点 参考点是机床的给定点，是机床原点，本系统可由命令设置从当前点先到中间点再返回参考点，也可以把给定的坐标点设置为参考点，参考点命令不能用在子程序中。（具体参阅机床说明）设置斜度 格式：G51(G52)XYT；G50取消倾斜。与丝头的偏移由区别，G51设置沿切割方向内倾斜，T表示倾斜的角度，加工后零件上小下大，G52反之，X.Y沿坐标移动的距离。（如例P129,4-3）坐标平移功能 格式：G93XY；表示将坐标原点平移到指定的X、Y处，如果是X0Y0表示坐标原点返回到G92设定的原点，即取消平移的意思。2、常用辅助功能 原路返回：M70 子程序结束：M99，也可以在后面给出返回的地址。例题：P130，44：小结：本节主要介绍数控线切割的程序编制方法，不同机床有不同的数控系统，传统的国产机床大多数使用的是3B格式编程，近几年来，数控线切割的发展较快，使用的系统也越来越先进，编程和使用以及加工的功能也在不断扩大，采用G指令编程的机床也越来越多，具体还要参考机床说明书。