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那么好的慢走絲機床為什么老是切不好活
據模具企業(yè)多年的慢走絲線(xiàn)切割加工實(shí)踐經(jīng)驗，就慢走絲線(xiàn)切割加工效率、表面質(zhì)量、加工精度三方面的異常問(wèn)題，分析了其產(chǎn)生原因并提出了解決問(wèn)題的具體措施。
一、加工效率低問(wèn)題
慢走絲線(xiàn)切割加工模具零件采用多次切割的工藝方法。加工效率低下時(shí)，需要區分是發(fā)生在主切加工還是修切加工。
1. 主切加工效率低
實(shí)際生產(chǎn)中，能否進(jìn)行有效的高壓沖水是影響慢走絲線(xiàn)切割主切加工效率的主要原因。慢走絲線(xiàn)切割加工電極絲走絲速度較慢，加工需要采用高壓沖水的方式來(lái)排屑。由于加工中上下噴嘴沒(méi)有貼于工件表面，或者是沿邊緣進(jìn)行切割的情況，高壓水不能有效沖入切縫，導致加工效率大幅度降低。為了保證正常的加工效率，上下噴嘴與工件表面之間應控制在0.1mm左右的距離。不能達到此要求時(shí)，也要盡可能實(shí)行近距離的貼面加工。為了不使高壓沖水沿工件邊緣泄漏，切割的坯料要做成有利于沖水要求的形狀，例如坯料做成板料，多個(gè)零件排料在一起相互借用余料裝夾。不論凸凹模盡量從小的穿絲孔開(kāi)始切割。以預加工留余量來(lái)進(jìn)行慢走絲線(xiàn)切割加工的情況，則留量要盡量小，切割時(shí)要讓電極絲能露在外面進(jìn)行切割。對于臺階形狀類(lèi)的工件,確實(shí)不能進(jìn)行有效的高壓沖水的加工，只能通過(guò)降低切割能量，犧牲一定的加工效率來(lái)防止加工頻繁斷絲，這時(shí)對加工效率就要有正確的認識。
電極絲的直徑與材料對主切加工的效率影響較大。慢走絲線(xiàn)切割加工常用的電極絲直徑有0.20㎜、0.25㎜兩種。Φ0.2㎜電極絲在工件高度小于10㎜可以獲得比Φ0.25mm電極絲更理想的主切加工效率，這是因為切縫窄，工件薄，總的蝕除量小。而在工件高度達到40mm以上時(shí)，Φ0.25mm的電極絲與Φ0.2mm電極絲相比，加工效率就會(huì )高出約25%，因為厚度增加，較粗的電極絲可以承受更大的脈沖能量，較寬的切縫有利于排屑。就電極絲材料而言，實(shí)際生產(chǎn)中應用最多的還是廉價(jià)的黃銅絲。黃銅絲是純銅與鋅的合金。鋅的熔點(diǎn)較低能夠改善加工過(guò)程中的沖洗性能，同時(shí)在切割過(guò)程中，鋅受高溫氣化使得熱量充分傳遞到工件加工表面，因此從理論上講，鋅的比例越高越有利于提高加工效率。但在黃銅絲的制造過(guò)程中，當鋅的比例超過(guò)一定范圍后材料就會(huì )變得太脆而不適合拉絲。后來(lái)人們想到了在黃銅絲外面單獨加一層鋅，也就是鍍鋅絲，它的加工效率比黃銅絲能夠提高約30%，并且不容易斷絲。在追求高效率加工的情況下可以?xún)?yōu)先選用鍍鋅絲。
慢走絲線(xiàn)切割加工機床的工藝專(zhuān)家系統，只需要輸入電極絲材料、絲徑、工件材料、工件厚度、表面粗糙度，加工優(yōu)先權等，系統即可自動(dòng)生成優(yōu)化的加工參數。為了獲得正常的加工速度，應確保正確輸入相關(guān)的工藝數據，例如追求高效率的加工場(chǎng)合，優(yōu)先權應選擇速度。先進(jìn)的慢走絲線(xiàn)切割加工機床具有的自適應控制功能，如瑞士GF加工方案公司CA20U機床的ACO功能，加工啟用此功能，對于臺階類(lèi)不能有效進(jìn)行高壓沖水的工件，可以避免加工斷絲并保持穩定的切割。但對于能有效進(jìn)行高壓沖水的板類(lèi)加工，就有可能會(huì )降低較多的加工效率。因此在切割穩定的情況下，可取消ACO自適應控制功能。同樣，慢走絲線(xiàn)切割加工機床豐富的拐角保護策略功能也會(huì )降低加工效率，只有在精度要求高時(shí)才開(kāi)啟此功能，其策略的強弱一般可以調節，可根據加工需要合理使用。
對于特殊的加工(例如特殊材料、復雜形狀的臺階工件)頻繁發(fā)生斷絲的情況，不得不修改電參數降低放電能量來(lái)避免斷絲。這時(shí)應優(yōu)先加大脈沖間隙來(lái)降低脈沖放電的頻率，通常能有效解決問(wèn)題。通過(guò)減小加工電流來(lái)避免斷絲也是一種有效的方法，但這種方法會(huì )更多地降低加工效率。因此只有在增大脈沖間隙仍然斷絲的情況下才考慮減少加工電流。
對慢走絲線(xiàn)切割加工機床定期進(jìn)行規范的維護保養工作，是高效率加工的基礎。電極絲通過(guò)導電塊獲得放電能量，需要確保它們接觸良好。當導電塊的磨損凹槽深度超過(guò)電極絲的半徑時(shí)，必須更換導電塊位置。導電塊的表面需用砂紙打磨去除氧化層，以提高其導電率。長(cháng)期不清理下導絲芯座會(huì )堵塞(使用黃銅絲會(huì )掉銅粉)下導電塊冷卻水甚至下噴嘴加工用沖水會(huì )嚴重影響加工效率，需要定期進(jìn)行下導絲芯座的的維護。當加工中水壓表的讀數與工藝設定值差異很大時(shí)，應檢查噴嘴是否有損壞，它會(huì )影響高壓沖水的實(shí)際壓力，會(huì )使加工效率大幅度降低，必要時(shí)及時(shí)更換。
2. 修切加工效率低
工件在切割加工過(guò)程中若發(fā)生變形，會(huì )明顯影響精修加工的效率。輕則加工效率降低，變形較大時(shí)甚至會(huì )出現修不動(dòng)的情況。為防止慢走絲線(xiàn)切割加工模具發(fā)生變形，必須采取一定的措施。首先應選擇變形量較小的材料，采用正確的熱處理工藝;其次是合理安排加工工藝，大的型腔或窄長(cháng)而復雜的型腔可對切割部位進(jìn)行釋放應力的預加工，大型腔留多段暫留量，凸模零件應在材料上加工穿絲孔進(jìn)行封閉的輪廓加工;再次是優(yōu)化切割加工路徑，包括裝夾，暫留量的位置，引入路徑等。
為了獲得可靠的加工質(zhì)量，機床工藝專(zhuān)家系統生成的加工參數一般偏保守，多次切割兩刀之間所預留的材料余量會(huì )相對較多。實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)修改偏移量，減少材料余量可以大幅度提高修切加工的效率，比如工藝專(zhuān)家系統生成的割一修三的偏移量為0.246、0.166、0.146、0.136，可以修改為0.233、0.163、0.145、0.136。但需要注意，材料余量不能減小太多，否則會(huì )導致加工表面出現欠修的不良情況。
修切加工次數越多可以獲得更好的表面粗糙度，越是精修會(huì )成倍地增加加工時(shí)間。因此，應根據模具零件的加工要求來(lái)確定切割次數，以夠用為原則，在滿(mǎn)足加工要求的前提下盡可能減少修切次數，以保證高效率的模具生產(chǎn)。對于超過(guò)四次以上的多次切割，由于最后的精修能量很小，其放電狀態(tài)受各種因素的影響，很容易出現修切加工效率極低的情況，這種情況可以對最后一次精修工設定恒速切割，既能保證加工速度，也能達到符合要求的表面粗糙度。
二、表面質(zhì)量問(wèn)題
加工的表面質(zhì)量問(wèn)題主要包括表面條紋、粗糙度達不到要求、表面變質(zhì)層過(guò)厚三個(gè)方面。
1. 表面條紋
按照慢走絲線(xiàn)切割機床指定的工藝進(jìn)行切割，如果表面出現條紋，首先要看電極絲質(zhì)量是否有問(wèn)題，使用市場(chǎng)上價(jià)格便宜的劣質(zhì)電極絲很容易出現加工條紋的問(wèn)題，盡量使用正品耗材。同樣，使用含有雜質(zhì)、低品質(zhì)的工件材料，也會(huì )導致加工表面出現密集條紋的情況。
對于錐度零件的加工，其表面容易產(chǎn)生條紋，使用柔性更好的軟黃銅絲可以獲得明顯的改善效果。加工凹模時(shí)，經(jīng)常會(huì )發(fā)生進(jìn)刀處出現凹痕的現像，可以在編程時(shí)采用弧進(jìn)弧出的方式來(lái)改善。
加工應確保機床運絲平穩，絲張力穩定，必要時(shí)校準絲速及張力。導電塊發(fā)生磨損的情況要及時(shí)旋轉或更換，清洗上下導絲部件，包括導絲嘴、導絲芯座、下導輪、導輪軸承等。
2. 表面粗糙度達不到要求
對于表面沒(méi)有完全修光，表面粗糙度達不到要求的異常情況，應檢查程序的偏移量是否合理�？梢赃m當增加修切兩刀之間的材料余量，確保后一次修切能將前一次加工的表面能完全修上。
切割工件發(fā)生微量變形也會(huì )導致表面粗糙度達不到要求，修切后的表面局部不均勻，這時(shí)就要控制加工變形的發(fā)生。對于那些大型、厚壁、形狀復雜、厚度不均勻的模具零件，宜采用增加修切次數的辦法來(lái)減少和去除表面缺陷。
表面粗糙度要求Ra≧0.35μm時(shí)可使用普通黃銅絲進(jìn)行加工。當Ra<0.35μm時(shí)，為了獲得好的加工表面，應該選用鍍鋅絲進(jìn)行加工。
3. 表面變質(zhì)層過(guò)厚
慢走絲線(xiàn)切割加工模具零件的表面會(huì )產(chǎn)生一定厚度的變質(zhì)層。變質(zhì)層致使模具硬度下降，容易發(fā)生早期磨損，影響模具的使用壽命。
加工使用純凈水作為工作液，水中離子的導電作用會(huì )產(chǎn)生破壞性的電解作用，因此需要在水中添加離子交換樹(shù)脂來(lái)控制水的導電率。去離子水的電導率越高，加工表面的變質(zhì)層會(huì )越厚。因此慢走絲線(xiàn)切割加工要將去離子水的導電率控制在一定范圍內，精加工要保證去離子水的電導率小于10µS，超過(guò)允許范圍時(shí)要及時(shí)更換離子交換樹(shù)脂。在加工硬質(zhì)合金、PCD刀具零件，對表面變質(zhì)層厚度有嚴格要求時(shí)，可采用絕緣性能較高的油性介質(zhì)作工作液。油性介質(zhì)的絕緣性能較高，同樣電壓條件下較難擊穿放電，無(wú)電解腐蝕，可獲得比用去離子水加工更優(yōu)越的表面質(zhì)量，加工表面幾乎沒(méi)有變質(zhì)層。
使用慢走絲線(xiàn)切割加工機床的防電解加工工藝，可較有效地將加工過(guò)程中電解的破壞作用降到最低程度。其加工原理是在不產(chǎn)生放電的加工時(shí)間內(脈沖間隙)施加一反極性電壓，這種交變的正負脈沖電壓，使得間隙的平均電壓為零，防止電解作用這種有害現象的發(fā)生。
電極絲選用鍍鋅絲，其在加工中不像黃銅絲那樣容易掉銅粉，加工的表面不會(huì )積銅，表面變質(zhì)層可得到改善，工件表面的硬度更高。
三、加工精度問(wèn)題
慢走絲線(xiàn)切割加工可以勝任高精度的模具零件加工。實(shí)際生產(chǎn)中，由于操作不當或者工藝欠合理，會(huì )導致加工精度出現問(wèn)題，一般有以下幾種情況。
1. 加工尺寸不合格
切割后的工件，實(shí)際測量尺寸超出了圖樣要求尺寸的公差范圍，尺寸偏大或者偏小。這種情況，一般可以通過(guò)修正程序偏移量來(lái)精確控制加工尺寸。比如切割凸模，尺寸偏大時(shí)可以將程序偏移量減小。需要注意的是，這種調整是建立在機床本身固有良好精度與穩定性的前提下，并且機床處于良好的維護保養狀態(tài)。同時(shí)，環(huán)境因素對精密加工的影響也非常大，室內要達到21±2℃的恒溫要求、濕度40-80%，不能有陽(yáng)光的直射或氣流。
2. 中凹或中凸情況
工件的上中下的尺寸不一致，實(shí)際生產(chǎn)中稱(chēng)這種情況為凹心鼓肚。出現這種情況的主要原因是加工中電極絲與工件的伺服進(jìn)給狀態(tài)沒(méi)有處于良好的狀態(tài)。正常的加工要保證電極絲的伺服進(jìn)給速度與蝕除速度大致相等，進(jìn)給均勻平穩。若伺服進(jìn)給速度過(guò)高(趨近于短路)，即電極絲的伺服進(jìn)給速度明顯超過(guò)蝕除速度，在切凸模時(shí)，就會(huì )出現鼓肚的不良情況，伺服進(jìn)給速度太慢會(huì )出現凹芯的不良情況，切割凹模具則相反�？梢愿鶕@一規律來(lái)調整機床的伺服進(jìn)給速度，有效解決模具零件中凹或中凸的尺寸精度問(wèn)題。
3. 錐度現象
慢走絲線(xiàn)切割加工走絲速度較慢，主切加工中電極絲會(huì )發(fā)生損耗。盡管慢走絲線(xiàn)切割加工的電極絲是一次性使用，但還是不可避免地存在電極絲損耗。因此其切縫特征為上寬下窄，這是模具零件加工存在微小錐度現象的主要原因。切割凸模時(shí)，零件的上端小，下端大，呈現一定的錐度，尺寸誤差在6μm左右。顯然，可以通過(guò)適當提高機床的走絲速度來(lái)解決此問(wèn)題。但該方法會(huì )增加加工成本，實(shí)際生產(chǎn)中可在編程時(shí)使用錐度補償功能，也就是給直身零件添加一個(gè)微小的錐度來(lái)修正這種精度差異。另外，可以適當加大絲張力，同時(shí)需要確認電極絲進(jìn)行過(guò)精確的垂直度找正，上下噴嘴完好無(wú)損壞，正確地調節了修切時(shí)的低壓沖液流量。
4. 形狀誤差大
一般來(lái)講，加工變形是產(chǎn)生形狀誤差大的主要原因，可以參考上面相關(guān)介紹，從加工工藝方面進(jìn)行改善。
加工中火花通道的壓力對電極絲產(chǎn)生較大的后向推力，使電極絲發(fā)生微量彎曲，電極絲的這種滯后表現，在切割拐角時(shí)容易造成角部塌陷。為了提高拐角切割精度，可以使用機床的拐角控制功能來(lái)改善拐角精度問(wèn)題。當加工至拐角位置時(shí)，機床自動(dòng)降低加工能量，降低沖水壓力，降低伺服進(jìn)，采用延時(shí)等辦法來(lái)控制拐角精度。拐角策略分為內角和外角，可以分別設置它們的保護強度。應根據拐角精度要求靈活應用拐角策略。對于小圓角、窄縫、微細零件的微精加工，可以采用細絲進(jìn)行切割，以獲得更小的內角半徑。使用鍍鋅絲加工的拐角加工精度高，特別是尖角部位的形狀誤差比黃銅絲有明顯改善。
若電極絲的張力偏小，沖流壓力太高，電極絲抖動(dòng)，都會(huì )造成加工不穩定，導致幾何形狀誤差增大，需要合理進(jìn)行控制來(lái)減小形狀誤差。
5. 位置精度誤差大
模板上型腔位置的精度很大程度取決于加工前的定位。為了實(shí)現高精度的定位精度，工件必須有精密、明確的基準面。電極絲必須進(jìn)行過(guò)自動(dòng)垂直找正，不要使用火花校正的方法，因為它難以獲得較高精度的垂直度，會(huì )影響定位精度。使用四面分中的定位方式能獲得更高的定位精度，兩基準邊的感知誤差可以相互抵消。定位找邊要多進(jìn)行幾次，檢查并確認定位精度。跳步加工如果發(fā)生較大的位置精度誤差，要檢查加工是否發(fā)生變形。對于多型腔的加工，編程排工藝時(shí)，可以先對所有型孔進(jìn)行粗加工，充分釋放材料的應力，再統一進(jìn)行修切加工，可以實(shí)現更高精度的跳步精度。編程時(shí)不要使用增量編程方式，以免誤差疊加后產(chǎn)生較大的差值。機床的軸應按時(shí)進(jìn)行維護保養，加注潤滑油，及時(shí)進(jìn)行機械精度的檢測與修正，使機床處于良好的精度狀態(tài)。
總結
本文對加工效率、表面質(zhì)量、加工精度問(wèn)題的分析與對策，是在生產(chǎn)實(shí)踐中摸索和總結出來(lái)的經(jīng)驗，在生產(chǎn)中取得了較好的效果。只要在加工中把握好各個(gè)環(huán)節，注重每一個(gè)加工細節，就能在滿(mǎn)足表面粗糙度、加工精度的前提下，實(shí)現高效率的慢走絲線(xiàn)切割加工。
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