孙丽燕 詹秀嫣 吕亚钊
[摘 要]本文针对数控线切割加工工件质量问题，从工件变形控制、机床因素、工艺参数控制、工件塌角控制、人为因素控制几方面研究了改善加工质量的方法。结果表明，预先加工工艺是减小工件变形和裂纹的有效方法；减少电极丝换向次数和加大工作行程，及时处理抖丝、丝松，锁定工件原点及检查电流的稳定是保证加工质量的关键因素；设置暂停程序，消除延迟，能有效消除塌角。以上结论对数控线切割加工的应用具有重要意义。
[关键词]线切割；加工工艺；数控编程；工件夹装
中图分类号：S554 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）04-0053-01
前言
目前，数控线切割机床在模具加工行业得到广泛的应用。随着机床功能不断增加，机床的价格不断降低，大台面、能切割较厚工件的机床不断问世，并且数控线切割机床具有切削力小、机床自动控制及加工精度较高等优点，因而在模具加工制造中得到广泛的应用。对于线切割加工程序的编制，线切割计算机的编程软件很多，在编程方式上大同小异，基本上都属于绘图式自动编程系统。本文着重论述模具工件线切割加工中，工件变形、机床因素、线切割工艺参数、工件塌角及人为因素控制的研究，阐述了控制及改善加工质量的方法。
1 工件变形的控制及改善
在数控线切割加工过程中，经常会出现工件变形甚至裂纹的现象。其原因为在线切割加工之前，工件已经历了热加工、冷加工，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，当线切割加工去除大量的工件材料时，应力的平衡状态被破坏，内应力将重新分布，直到达到新的平衡，在这个过程中工件产生变形，导致加工后的工件形状与切割轨迹不一致，破坏了已有的加工精度及质量。实践表明，为了减少工件变形，严格控制热处理工艺，并采用人工时效处理等方法能有效减小工件变形。
在实际生产过程中，很多模具工艺人员在编写加工工艺时，习惯于淬火、回火后直接进行线切割加工的工艺路线，忽略了残留应力问题，造成了不可避免的变形。合理的加工工艺是减少线切割变形的必要手段，采用预先加工工艺是一种有效方法。预先加工工艺是指如果在线切割加工之前，能够预先去除大部分的加工余量，使工件材料的内应力先释放出来，将大部分的残留变形量留在粗加工阶段，然后再进行线切割精加工，由于线切割精加工余量较少，变形量明显减小。
为了减少工件的变形，可以对工件进行预先加工。对于形状简单或厚度较小的凸模类零件，从毛坯料外部向凸模轮廓均匀地开放射线状槽，便于应力均匀对称分散地释放，各槽底部与凸模轮廓线的距离应小而均匀，通常留1mm～2mm。对于凹模类零件的线切割加工，可先去除大部分型孔材料。当去除加工余量时，应留出足够的工件装夹余量。
2 机床因素的控制及改善
机床的状态对于工件的线切割加工质量起着关键作用，加强机床的维护保养，及时更换备件，以保证机床的加工精度及加工状态一致。其一，在加工时要减少电极丝（钼丝）运动的换向次数，尽量消除电极丝抖动现象。根据线切割加工的特点，电极丝在高速切割运动中需要不断换向，在换向的瞬间会造成电极丝（钼丝）松紧不一致，即电极丝（钼丝）各段的张力不均，造成加工过程机床状态不稳定，对此加大卷丝筒纵向运动工作行程，即加大电极丝的有效工作行程，就可减少电极丝运动的换向次数。其二，机床的导丝轮和轴承如果磨损，会造成加工工件的表面呈条纹状。电极丝损耗过大，会造成电极丝在导丝轮内左右窜动，电极丝移动不平稳或张力不够，都会造成加工的不稳定，影响表面加工质量。对于不同的粗、精加工，机床的走丝速度、电极丝的张力及电加工参数要作适当的调整。增大电极丝的张力，缩短上下导丝嘴之间的距离都可以使电极丝的振动幅度减少，可以提高表面加工质量。其三，在加工过程中应严格控制电极丝断丝。断丝使加工中断，且破坏加工的表面质量，增加了实现无人操作和自动化加工的困难。放电脉冲频率的明显增加一个重要先兆是断丝的先兆信号，断丝的直接原因是输入的热负荷增加并集中于一点，而其起因源于加工过程的不稳定。控制进给速度、电极丝张力、加大金属板的冷却液亦是减少断丝的方法。
3 工艺参数控制及改善
切割路线应有利于保证工件在切割过程中刚度和避开应力变形的影响。制定线切割路线的原则是避免破坏工件的内应力平衡，造成工件的变形，影响表面的加工质量。合理的切割路线应将工件与其装夹部分分离的切割安排在总的切割路线的末端。
合理确定穿丝孔的位置，当我们在切割凸模类的外形工件时，常常从工件的侧面切入，在切入出产生切口及残余应力，在加工穿丝孔时应注意其位置。对于切割一些特殊形状的工件时，如果只采用一个穿丝孔，参与应力会沿着切割方向释放，造成工件的变形。可采用多个穿丝孔加工，可有效的避免工件的变形。
在线切割加工时采用多次切割的加工工艺，能够有效地降低表面粗糙度和提高几何精度。在快走丝线切割机床所加工的工件表面粗糙度范围内，采用多次切割加工工艺，工件的加工表面质量会较高。
增大脉冲电压会使加工效率明显提高，但表面加工质量下降。增加脉冲宽度、脉冲电压都会使加工效率提高，但表面加工质量会有所下降。减少脉冲间隔时间能够大幅度提高加工效率并对加工质量无明显影响。当增大脉冲电源功率时，影响表面加工质量有所下降。当放电参数选择不当，致使线切割加工过程不稳定。增大脉冲电源功率会影响表面质量。
4 工件塌角的控制及改善
工件塌角是指线切割加工中，加工出的工件转角不是理论上的尺寸，而是拐角被電极丝割掉一点。当改变加工方向，由于电极丝的运动比程序运动延迟，形成工件的塌角。
控制形成塌角的方法可以在拐角处电极丝程序继续向前延伸0.5mm，，这样可避免电极丝在拐角处拐弯，从而消除了塌角。也可以在拐角处电极丝程序继续向前延伸0.5mm，然后再往回切割，程序偏移了电极丝半径，这样塌角留在不需要部分。对于切割内角时可以在拐角处的程序设置一个暂停程序，电极丝在拐角处停留几秒，消除延迟量，然后在进行拐角加工，可以消除塌角现象。
5 人为因素的控制及改善
在核对检查加工程序及校对图纸下，对于工件在装夹之前，必须把工件内孔中的氧化皮及杂物清理干净，以免造成短路。
在正式加工之前，应用划线检查，对复杂工件应试切样板，确认无误后才可以进行加工。加工前要检查电极丝的直径及损耗程度，同时要注意电极丝的运行状态，及时处理抖丝、丝松现象。
在加工前要锁定工件的原点，以免断丝后，无法准确找回工件原点。加工中要随时査看电流表，检查电流是否稳定，并及时调节。
加工过程中注意工件固定，当加工工件即将切割完毕时，注意即将掉下来的工件，避免夹电极丝，影响线切割机床加工表面质量。
6 结论
（1）采用预先加工工艺是控制线切割工件变形和裂纹的有效方法；
（2）机床因素的控制和改善是提高线切割质量的关键因素之一。减少电极丝换向次数和加大工作行程，及时处理抖丝、丝松，锁定工件原点及检查电流的稳定对保证加工质量很重要；
（3）设置暂停程序，消除延迟，能有效消除塌角。
参考文献
[1] 赵万生，先进电火花加工技术[M]，北京：国防工业出版社，2003.
[2] 周大农.浅谈我国电火花线切割发展方向[J].机械工艺（冷加工）.2007（04）
作者简介
孙丽燕（1975-），女，辽宁沈阳人，高级工程师。研究方向：航空发动机数控加工工艺。endprint
