摘要：針對(duì)數(shù)控低速走絲線切割機(jī)床的斷絲問題，分別從設(shè)備、操作方法、工件材質(zhì)及工藝方面分析了斷絲故障的原因及處理方法，這些方法能在實(shí)際加工中切實(shí)有效地減少斷絲的發(fā)生。
 
數(shù)控低速走絲電火花線切割機(jī)床具有應(yīng)用范圍廣、加工精度高、效率高等特點(diǎn)，在一定的條件下，可以實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)控加工，不間斷生產(chǎn)，但斷絲卻使這一優(yōu)勢(shì)難以充分發(fā)揮，并且會(huì)使加工截面產(chǎn)生斷絲接痕，影響工件表面質(zhì)量，降低工作效率。因此，在切割過程中避免或減少斷絲就顯得十分必要。經(jīng)過多年的實(shí)踐、探索，我認(rèn)為要解決低速走絲線切割機(jī)床斷絲的問題，應(yīng)從設(shè)備、人員、工件等直接影響的因素加以考慮。
1 與機(jī)床相關(guān)的斷絲故障及處理
1.1 走絲機(jī)構(gòu)
低速走絲線切割機(jī)的走絲機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，一旦走絲機(jī)構(gòu)有故障會(huì)導(dǎo)致絲張力的擺動(dòng)，當(dāng)絲上出現(xiàn)小裂紋時(shí)，加速絲的斷裂。因?yàn)殚_始斷裂的臨界裂紋尺寸是所施加張力的函數(shù)，力越大，裂紋尺寸越大。當(dāng)遇到張力擺動(dòng)的峰值時(shí)，裂紋急劇擴(kuò)展，絲就會(huì)立即斷裂。因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)走絲機(jī)構(gòu)有故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)排除，避免斷絲。
1.1.1 電極絲
好的電極絲，一般都采用鋅和含鋅量高的黃銅合金作為涂層，在條件允許的情況下，盡可能使用優(yōu)質(zhì)電極絲。當(dāng)要求高生產(chǎn)率時(shí)可采用直徑0.12～0.30 mm的鍍鋅黃銅絲，它可承受較大的峰值電流。
我們知道絲徑大的電極絲的抗拉強(qiáng)度臨界值要比絲徑小的高。通常加工，電極絲的抗拉強(qiáng)度(即絲張力) 只要在絲的設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)或超過少許，電極絲都不會(huì)被拉斷。因而操作者每間隔一段加工時(shí)間后，應(yīng)當(dāng)用表測(cè)量一下絲的張力，使其保持在合理、適用的范圍內(nèi)。
1.1.2 導(dǎo)電塊
低速走絲線切割機(jī)床的導(dǎo)電塊一般加工60～120 h就必須清洗一次。如果加工過程中，在導(dǎo)電塊位置出現(xiàn)斷絲，就必須檢查導(dǎo)電塊，把導(dǎo)電塊卸下來，用清洗液清洗掉上面粘著的臟物，磨損嚴(yán)重的要換個(gè)位置使用或更新導(dǎo)電塊。
1.1.3 貯絲筒
當(dāng)導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)的精度下降時(shí)，會(huì)引起貯絲筒的徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)。貯絲筒的徑向跳動(dòng)會(huì)使電極絲的張力減小，造成絲松，嚴(yán)重的會(huì)使絲從導(dǎo)輪槽中脫出拉斷。貯絲筒的軸向竄動(dòng)會(huì)使排絲不勻，產(chǎn)生疊絲現(xiàn)象。如果線架剛性差，運(yùn)絲時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)或擺動(dòng)，不但影響精度也會(huì)引起斷絲。所以應(yīng)該保證導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)良好的精度，絲架剛性要好。
1.1.4 廢絲處理
低速走絲線切割機(jī)床是單向走絲，加工中會(huì)產(chǎn)生大量廢絲。廢絲若不及時(shí)取出，易在極間產(chǎn)生附加電容，并且有可能與加工區(qū)域的電極絲直接導(dǎo)通，從而產(chǎn)生能量集中釋放，引起斷絲，甚至短路，以至于無法進(jìn)行正常加工。因此在廢絲落下時(shí)，要及時(shí)取出。目前高檔機(jī)床都有廢絲自動(dòng)處理裝置。處理方式有兩種：一是把切絲裝置放在廢絲排出口處，如日本三菱新型線切割機(jī)床KH-L廢絲切斷便是以特殊的旋轉(zhuǎn)刃口為手段的拉伸斷裂方式，不會(huì)導(dǎo)致電極絲纏繞，可避免加工中斷。二是把斷絲裝置安在加工頭內(nèi)，切斷的廢絲用沖水管道排出。
1.2 工作液系統(tǒng)
低速走絲切割機(jī)放電加工時(shí)，工作液的電阻率必須在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。絕緣性能太低，將產(chǎn)生電解而形不成火花放電；絕緣性能太高，則放電間隙小，排屑難，易引起斷絲。因此，加工時(shí)應(yīng)注意觀察電阻率表的顯示，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電阻率不能再恢復(fù)正常時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換離子交換樹脂。再者還應(yīng)檢查與冷卻液有關(guān)的條件，檢查加工液的液量，檢查過濾壓力表，及時(shí)更換過濾器，以保證加工液的絕緣、洗滌和冷卻性能，預(yù)防斷絲。
另外，還應(yīng)保證對(duì)電極絲的沖水，因?yàn)榉烹娺^程中產(chǎn)生的加工屑也是造成斷絲的因素之一，加工屑會(huì)在絲的粘著部位產(chǎn)生脈沖能量集中釋放，使絲產(chǎn)生裂紋，發(fā)生斷裂。因此加工過程中必須沖走這些微粒。從沖洗能力的觀點(diǎn)看，加工低升華熱的材料沖洗效果好。這些材料易轉(zhuǎn)化成氣體，只留下很少的微粒。而高升華熱的材料會(huì)產(chǎn)生大量微粒，容易引起斷絲，因此必須采用大的沖水量沖走廢屑。材料的切割量在粗加工時(shí)最大，產(chǎn)生的廢屑也最多，因此粗加工時(shí)的沖水量要比后續(xù)幾次的大。為了有效地沖走固體微粒，還應(yīng)盡量使水沖進(jìn)割縫，更好地改善沖刷狀況。
1.3 加工參數(shù)
低速走絲線切割的加工參數(shù)一般都根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取，但當(dāng)加工超高件、上下異形件及大錐度切割時(shí)常常出現(xiàn)斷絲，這時(shí)就要調(diào)整放電參數(shù)。較高能量的放電將引起較大的裂紋，因此就要適當(dāng)增大脈沖間隙，減小脈沖能量，斷絲也就減少。
對(duì)于不同的粗、精加工，其絲速、張力和噴流壓力應(yīng)以參數(shù)表為基礎(chǔ)作適當(dāng)調(diào)整，為了保證加工工件有更高的精度和表面質(zhì)量，可以適當(dāng)調(diào)高絲速和絲張力，雖然制造線切割機(jī)床的廠家提供了適應(yīng)不同切割條件的相關(guān)參數(shù)，但實(shí)際加工中不可能完全符合書本上介紹的切割條件，因而應(yīng)以這些條件為基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)際需要作相應(yīng)的調(diào)整。例如要加工厚度為38 mm的工件，在加工條件表中找不到相當(dāng)?shù)那闆r，這種條件下，必須根據(jù)厚度在30～40 mm間的切割條件和相應(yīng)補(bǔ)嘗量作出調(diào)整，主要辦法是：加工工件的厚度接近哪一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)厚度就選擇其應(yīng)設(shè)定的加工厚度，而補(bǔ)償量則根據(jù)加工工件的實(shí)際厚度與表中標(biāo)準(zhǔn)厚度的差值，按比例選取。
2 與操作方法相關(guān)的斷絲故障及處理
加工過程中的人為因素，對(duì)于減少斷絲故障的發(fā)生也是必需考慮的一個(gè)方面。
2.1 工件的裝夾
如果在加工過程中工件沒有夾緊，出現(xiàn)晃動(dòng)，則可能引起電極絲的晃動(dòng)，影響線切割的質(zhì)量。有時(shí)還會(huì)因工件錯(cuò)位而無法再次找正，使之報(bào)廢。當(dāng)加工工件即將切割完畢時(shí)，其與母體材料的連接強(qiáng)度勢(shì)必下降，此時(shí)要防止因加工液的沖擊或工件的自重引起加工工件偏斜，因?yàn)橐坏┌l(fā)生偏斜，有可能使電極絲彎折或斷絲，所以要想辦法固定好被加工工件。
2.2 切割起始端的處理
加工的起始段，在最初放電位置很容易斷絲。特別是存有毛刺、鐵銹和污物時(shí)，將在該處集中放電造成斷絲。因此，應(yīng)預(yù)先清除加工起始位置的毛刺和鐵銹，然后選用較小的放電參數(shù)進(jìn)行加工。如果切割一段后斷絲，那么，復(fù)歸后再加工時(shí)，要盡量調(diào)低脈沖強(qiáng)度，以便使電極絲經(jīng)過已加工表面時(shí)產(chǎn)生的電蝕量最小。當(dāng)重新切至斷絲位置后，再改用正常條件加工。
2.3 廢料
當(dāng)廢料落下后，若不及時(shí)取出，有可能與絲直接導(dǎo)通，產(chǎn)生能量集中釋放，引起斷絲，因此在廢料落下時(shí)，應(yīng)在第一時(shí)間取出廢料。
3 與工件材質(zhì)、工藝相關(guān)的斷絲故障及處理
3.1 工件材料及厚度
工件的材質(zhì)由產(chǎn)品的使用性能決定。線切割加工時(shí)，為減少斷絲，可對(duì)不同材質(zhì)區(qū)別對(duì)待，選取相應(yīng)的加工參數(shù)。加工某些噴砂、銹蝕及粘有熱處理渣的工件時(shí)，要先清除掉表面的雜物，否則開始加工時(shí)往往會(huì)因表面雜物造成絲在接觸部位產(chǎn)生能量集中釋放，導(dǎo)致斷絲。
加工不銹鋼、碳鋼、未淬火高碳鋼時(shí)穩(wěn)定性較差，切割速度較低，表面質(zhì)量較差，易造成斷絲。加工工件太薄時(shí)，電極絲易產(chǎn)生振動(dòng)，也易造成斷絲。
3.2 走絲速度
走絲速度影響電極絲的損耗。由于線切割加工的電極絲直徑較小，若絲速過慢，電極絲上某一點(diǎn)可能產(chǎn)生多次放電，使得這一點(diǎn)的蝕除量過大，在絲張力和火花放電的爆破力作用下極易斷絲。另外，提高走絲速度，可使工作液容易帶入狹窄的加工間隙，加強(qiáng)對(duì)電極絲冷卻，將電蝕產(chǎn)物帶出間隙之外。但是走絲速度過高，將會(huì)使電極絲振動(dòng)加大，也容易斷絲。所以在電極絲允許一點(diǎn)連續(xù)放電次數(shù)的條件下，要結(jié)合工件厚度，根據(jù)放電頻率正確調(diào)節(jié)走絲速度。粗加工和精加工放電頻率不一樣，走絲速度也不一樣。如電極絲較細(xì)工件較厚的粗加工時(shí)，放電頻率應(yīng)高些，走絲速度也應(yīng)快些。
3.3 進(jìn)給速度
進(jìn)給過快，超過工件可能的蝕除速度，容易造成頻繁短路，切割速度反而慢，甚至可能斷絲。進(jìn)給過慢，滯后于工件可能的蝕除速度，則容易造成頻繁開路，過跟蹤和欠跟蹤都是造成加工不穩(wěn)定的直接因素，容易引起斷絲。
3.4 切割路線
加工過程中應(yīng)盡量避免破壞工件材料原有的內(nèi)部應(yīng)力平衡和整體的剛度平衡，防止工件材料在切割過程中因在夾具等作用下，由于切割路線安排不合理而產(chǎn)生顯著變形。
如圖1（略）所示，夾具固定在左端， 從葫蘆形凸模左側(cè)，按逆時(shí)針方向進(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2（略）所示，按順時(shí)針方向切割，工件留在毛坯的左側(cè)，靠近夾持部位，大部分切割過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段安排在總的切割程序末端，即將暫停點(diǎn)留在靠近毛坯夾持端的部位(圖2)。
因此從工藝上考慮,應(yīng)考慮制作合理的工藝孔、槽，以便于應(yīng)力對(duì)稱、均勻、分散地釋放，凸模及凹模應(yīng)采用封閉切割。
4 總結(jié)
本人通過多年的實(shí)踐，總結(jié)了數(shù)控低速走絲線切割機(jī)床斷絲故障原因和處理辦法。影響低速走絲線切割機(jī)床斷絲的因素很多，由于各種機(jī)床的設(shè)計(jì)策略及加工工藝不同，引起斷絲的原因也不同，有時(shí)不僅僅是一個(gè)或兩個(gè)因素引起的，有可能是多個(gè)因素引起的，但只要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的分析和科學(xué)的分類，就可對(duì)這些復(fù)雜且零亂的因素進(jìn)行控制與調(diào)整，從而減少或避免斷絲現(xiàn)象，提高加工工件的質(zhì)量。