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發(fā)表于 2006-6-22 23:07:47
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慢走絲線切割加工工藝及操作技巧
慢走絲線切割加工工藝及操作技巧
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1 引言4 j" g9 q0 G3 Q2 H
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(jí)進(jìn)模的生產(chǎn)加工過(guò)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(guò)程中若有一點(diǎn)疏忽,，就會(huì)造成工件報(bào)廢,，同時(shí)也會(huì)給模具的制造成本和加工周期帶來(lái)負(fù)面影響。
2 G" M9 ?8 R6 t: i1 d$ C9 m 在從事慢走絲切割機(jī)床編程與操作加工過(guò)程中,，結(jié)合多年的生產(chǎn)實(shí)踐，針對(duì)加工過(guò)程中所出現(xiàn)的變形問(wèn)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(使用的是AGIE公司第四代D系列慢走絲線切割機(jī)床,，加工精度為±0.003mm,，選用99.9%黃銅電極絲，浸入式去離子水冷卻),。
: M8 N" p* ~( ~ 2 凸模加工工藝
3 c; l) v# {5 W: b" V, d3 ] 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(如圖1),，盡可能避免開(kāi)放式切割而發(fā)生變形(如圖2)。如果受限于工件毛坯尺寸而不能進(jìn)行封閉形式切割,，對(duì)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(guò)程中始終與夾具(裝夾支撐架)保持在同一坐標(biāo)系,，避開(kāi)應(yīng)力變形的影響,。如圖3所示，夾具固定在左端,，從葫蘆形凸模左側(cè),，按逆時(shí)針?lè)较蜻M(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(wú)法抵抗內(nèi)部殘留應(yīng)力而發(fā)生變形,，工件也隨之變形,。若采用圖4所示，按順時(shí)針?lè)较蚯懈�,，工件留在毛坯的左�?cè),，靠近夾持部位，大部分切割過(guò)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
5 u7 }' G9 i$ ?3 n- |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(如圖4)。* G" l" ~ x$ ]
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(duì)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(zhǎng)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(lái)很大的難度。因此在慢走絲線切割加工階段可對(duì)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(duì)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(見(jiàn)圖5)：) b/ U4 ]2 Z+ I& Y8 V/ M7 P
(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(zhǎng)度選取5—10mm,。
, l% A. S6 E; D; G# F0 S/ [1 b (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。! ]: Q* e" V/ {0 p$ g% \
(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 A/ _) @& J: L5 v
(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,。
4 Q/ l, ^/ s( {2 I: Q& l (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(如圖6所示),，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)。7 y! ^2 E; S0 k7 E
3 凹模板加工中的變形分析
1 l9 M- j* B4 _6 A! Y. P* W 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(duì)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(lái),。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(wú)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,。
) o1 }6 T* L2 o1 U' T 針對(duì)此種情況，對(duì)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(dòng)移位,、自動(dòng)穿絲功能，完成第2次,、第3次,、第4次切割。如圖7所示,，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(zhǎng)，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(zhǎng)及溫度的波動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生蠕變。因此,，根據(jù)實(shí)際測(cè)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& @9 y* ], _$ s+ U! K7 Z4 `
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(cè)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(jiàn)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(huì)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(duì)使用費(fèi)用昂貴的慢走絲線切割機(jī)床來(lái)說(shuō),，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,。, }+ u# P' |8 {* E3 h
表1 4次切割中各次的加工余量、加工精度和表面粗糙度( I: o+ C" D/ N% v/ f- f
表2 3次切割中各次的加工余量,、加工精度和表面粗糙度2 t6 X6 Z" |9 p7 q
4 凹模板型孔小拐角的加工工藝! L' G; ]2 q4 l* u" {# o' K! f
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(duì)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(huì)延長(zhǎng)加工時(shí)間，造成浪費(fèi),。經(jīng)過(guò)仔細(xì)比較和分析,，我們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,。2 \( f$ m& @$ E3 h" z8 ]
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 H, ^& z' [: z1 [9 W
(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,，如圖8所示。
) X5 T1 A& T% A# c6 X9 M (2)退磁,，關(guān)機(jī)。6 g: i2 a$ Y6 U H! h5 f' U
(3)更換Φ0.10mm細(xì)絲,。將切割絲輸送帶移至未使用過(guò)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,。
/ Q5 l- l, z* F- S) h; p (4)重新找正中心,。圖9是帶有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(zhuān)用)。這種點(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,。如圖10所示，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,。
; Z0 o) W- ~/ F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。 s4 F0 Y5 j |7 P+ J6 W
(5)如圖11所示,，修改圖形圓角半徑,，重新編程，避開(kāi)其它型孔輪廓線,，將型孔的拐角半徑修整為R0.07mm,。
- p' V: Y" l) M 5 多型孔凹模、固定板,、卸料板的加工順序
7 l, F! H& w! Q' X: V1 V/ s7 [6 x1 h 多型孔凹模,、固定板、卸料板考慮到各個(gè)型孔在加工過(guò)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,。$ F$ C+ j# _5 [
6 結(jié)束語(yǔ)
7 n6 m- [+ Z/ l! [3 G2 e9 M& ` 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(duì)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(guò)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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