中航長風對中走絲多次切割工藝解析
電火花中走絲線切割機加工（WEDM）的切割速度與加工表面質量是一對矛盾，在一次切割過程中既想獲得很高的切割速度，又要獲得很好的加工表面質量是十分困難的。具有很高的綜合工藝水平，也不是一次切割而達到工藝指標的，而是采用了多次切割工藝，即第一次切割用較大的脈沖能量和電流加工，以獲得較高的切割速度，此時并不過地要求加工表面質量如何。
第二次和第三次切割時，則用精協作單位和精微加工標準逐級修光，以獲得理想的加工頊質量和加工精度。高速走絲電火花線切割加工（HS-WEDM）則因其自身特點及設備條件的限制，多次切割工藝至至今無法推廣應用，致使它的綜合工藝水平遠遠低于LS-WEDM的工藝水平。為此，廣大科技工作者曾進行過大量的實驗研究，得出的結論是：HS-WEDM采用多次切割不僅是必要的，而且是可能的，但必須具備以下條件：
①按國家有關標準控制機床的制造精度和走絲系統的穩定性，并采取必要措施控制電極絲的空間形位變化；
②開發出適用于多次切割的高頻脈沖電源；
③深入研究多次切割工藝，確定脈沖參數、加工軌跡補償量及電及絲移動方式和速度等。
1．控制電極絲空間形位變化的措施
線切割機加工中，電極絲在放電力的作用下必然會發生空間形位變化莫測，使放電點滯后于進給方向的支撐點。
2．高頻脈沖電源的改造
以往的HS-WEDM所用的高頻脈沖電源是基于一次切割工藝而設計，既要獲得較高的切割速度，又要保證加工表面質量不能太差，即在加工表面粗糙度Ra<=2。5um的情況下，有較高的切割速度，高頻電源的脈沖寬度在4—40us范圍內，脈沖參數變化范圍較小，而多次切割則不同，在進行第一次切割時要求切割速度必須穩定在100mm平方/min以上，而不太計較加工表面粗糙度的高低，重點是加工穩定及較低的電極損耗。第二次和第三次修光，則希望能獲得較理想的加工表面質量。為此，對高頻脈沖電源進行了下述改造：成倍提高脈沖峰值電流，控制單個脈沖放電能量和脈沖電流上升率，使其加工速度和加工穩定性大幅度提高，電極絲的絲徑損耗控制在切割50000mm平方后小于0.02mm。第二次切割應使加工表面的質量在第一次基礎上提高一倍，由于此刻還有較大的加工余量，仍需講究切割速度；所設定的脈沖參數能保證加工表面粗糙度Ra在1.4—1.7um范圍內。第三次是加工表面修光，要求設置精微加工回路，以獲得理想的加工表面質量。為此將脈寬降到1um以下，保證有一定能量輸出，以保證修光速度。
3．多次切割工藝的研究
3．1第一次切割
第一次切割的主要任務是高速穩定切割。各有關參數選取用原則如下：
（1）脈沖參數：應選用高峰值電流大能量切割，采用分組脈沖和脈沖電源逐個增大方法，控制脈沖電流上升率，經獲得更好的工藝效果。
（2）電極絲中心軌跡的補償量f：
f=δ+1/2Φd+⊿+s
式中：f為補償量，mm；
δ為第一次切割時的平均功放電間隙，mm；
Φd為電極絲直徑，mm;
⊿為給第二次切割留的加工余量，mm；
s為精修余量，mm。
在高峰值電流加工的情況下，放電間隙δ約為0.02um，精修余量s甚微，約為0.005um；而加工余量⊿則取決于切割后的加工表面粗糙度。在我們試驗及應用的條件下，第一次切割的加工表面粗糙度一般控制在Ra<=3.5mm，再考慮到往復走絲切割條紋的影響，⊿≈2X（5X0.0035）=0.035mm。這樣，補償量f應在0.05—0.06um之間，選大了會影響第二次切割的速度，選小了又會在第二次切割時難以消除第一次切割留下的換向條紋痕跡。
（3）走絲方式：采用整個貯絲筒的繞絲長度全程往復走絲，走絲速度8m/s。
3．2第二次切割第二次切割的主要任務是修光。各有關參數選用如下：
（1）脈沖參數：要達到修光的目的，就必須減少脈沖放電能量，但放電能量太小，又會影響第二次切割的速度，在兼顧加工表面質量及切割速度的情況下，所選用的脈沖參數應使加工質量提高一級，即第二次切割的表面質量要達到Ra<=1.7um，減少脈沖能量的方法主要靠減少脈寬，而脈沖峰值電流不宜太小。
（2）電極絲中心軌跡線的補償量f:：由于第二次切割是精修，此時的放電間隙很小，僅為0.005—0.007mm，第三次切割所需的加工余量甚微，只有幾微米，二者加起來約為0.01mm。這樣，此時的補償量f約為1/2Φd+0.01mm即可。
（3）走絲方式：為了達到修光的目的，通常以降低絲速為實現，降低絲速雖可減少電極絲的抖動，但往復切割條紋仍難避免。采用某短程往復走絲切割專利，并對進給速度進行限制之后，可以在第二次切割后基本消除往返切割條紋，加工表面粗糙度Ra在1.4—1.7um范圍內。
3．3第三次切割第三次切割的主要任務是精修，以獲得較理想的加工表面質量。
（1）脈沖參數：應采用精微加工脈沖參數，脈沖寬度t0.2<=1um，并采取相應的對策，克服線路寄生電容和寄生電感影響，保證精微加工時的放電強度。
（2）電極絲中心軌跡線的補償量。由于此時的放電間隙很小，只有0.003mm左右，補償量f主要取決于電極絲直徑，設精修時電極絲為Φd，則f=1/2Φd+0.003mm。
（3）走絲方式：由于第二次切割后留下的加工余量甚微（⊿<=0.005mm），如何保證在第三次切割過程中能均勻精修，是一個技術難題。首先應保證電極絲運行穩定。以前的做法是將絲速降到1m/s以下，這固然可以大幅度減少電極絲振動，獲得良好的工藝效果，但常常會出現加工不穩定的現象，極易受工作液污染程度及其粘度影響，嚴重時甚至還會使人感到無法正常精修。考慮到工作液要求電極絲與工作之間需要有相對運動速度，在6m/s的情況下采用超短程往復走絲方式，使每次往復切割長度控制在三分之一電極絲半徑范圍內，并限制其加工過程的最高進給速度，結果獲得了很好的工藝效果。利用這種方法在不同機床上由不同操作人員進行三次切割，均能獲得Ra<=1um，且加工表面光澤無條紋的效果。
4．多次切割工藝應用：www.zhcfsz.com 參見。
5．結論
多次切割試驗研究及應用情況表明，只要高速走絲電火花線切割機的制造精度符合國家有關標準，并附有良好的導向裝置及選擇合適的精微修光脈沖參數，就可進行多次切割加工，其中如何保證第三次切割時的精修穩定性是進行多次切割的關鍵技術之一。
為了便于廣大用戶實際使用，在進一步研究與完善的基礎上，我們計劃將上述研究的多次切割工藝方法及其工藝參數的選擇設計成一個對獨立的軟件模塊，促進高速走絲電火花線切割加工多次切割工藝的推廣應用，提升富有我國特色的高速走絲電火花線切割加工的綜合工藝水平。
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