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慢走絲線切割加工工藝及操作技巧
日期: 2009-02-23
 
1 引言
 
   慢走絲線切割機床應用廣泛而又重要,在塑膠模、精密多工位級進模的生產加工過程中,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。由於加工工件精度要求高,因此在加工過程中若有一點疏忽,就會造成工件報廢,同時也會給模具的製造成本和加工週期帶來負面影響。
 
   在從事慢走絲切割機床編程與操作加工過程中,結合多年的生產實踐,針對加工過程中所出現的變形問題及遇到的困難,總結了幾點工藝處理方法和加工操作方案
 
2 凸模加工工藝
 
   凸模在模具中起著很重要的作用,它的設計形狀、尺寸精度及材料硬度都直接影響模具的沖裁品質、使用壽命及衝壓件的精度。在實際生產加工中,由於工件毛坯內部的殘留應力變形及放電產生的熱應力變形,故應首先加工好穿絲孔進行封閉式切割,盡可能避免開放式切割而發生變形。如果受限於工件毛坯尺寸而不能進行封閉形式切割,對於方形毛坯件,在編程時應注意選擇好切割路線(或切割方向)。
 
   切割路線應有利於保證工件在加工過程中始終與夾具(裝夾支撐架)保持在同一坐標系,避開應力變形的影響。夾具固定在左端,從葫蘆形凸模左側,按逆時針方向進行切割,整個毛坯依據切割路線而被分為左右兩部分。由於連接毛坯左右兩側的材料越割越小,毛坯右側與夾具逐漸脫離,無法抵抗內部殘留應力而發生變形,工件也隨之變形。若按順時針方向切割,工件留在毛坯的左側,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系中,剛性較好,避免了應力變形。一般情況下,合理的切割路線應將工件與夾持部位分離的切割
 
   段安排在總的切割程式末端,即將暫停點(Bridge)留在靠近毛坯夾持端的部位。
 
   下面著重分析一下硬質合金齒形凸模的切割工藝處理。一般情況下,凸模外形規則時,線切割加工常將預留連接部分(暫停點,即為使工件在第1次的粗割後不與毛坯完全分離而預留下的一小段切割軌跡線)留在平面位置上,大部分精割完畢後,對預留連接部分只做一次切割,以後再由鉗工修磨平整,這樣可減少凸模在慢走絲線切割上的加工費用。
 
    硬質合金凸模由於材料硬度高及形狀狹長等特點,導致加工速度慢且容易變形,特別在其形狀不規則的情況下,預留連接部分的修磨給鉗工帶來很大的難度。因此在慢走絲線切割加工階段可對工藝進行適當的調整,使外形尺寸精度達到要求,免除鉗工裝配前對暫停點的修磨工序。
 
    由於硬質合金硬度高,切割厚度大,導致加工速度慢,扭轉變形嚴重,大部分外形加工及預留連接部分(暫停點)的加工均採取4次切割方式且兩部分的切割參數和偏移量(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應力及完全扭轉變形,在後面3次能夠有足夠餘量進行精割加工,這樣可使工件最後尺寸得到保證。
 
具體的工藝分析如下:
 
(1)預先在毛坯的適當位置用穿孔機或電火花成形機加工好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長度選取5—10mm。
(2)凸模的輪廓線與毛坯邊緣的寬度應至少保證在毛坯厚度的1/5。
(3)為後續切割預留的連接部分(暫停點)應選擇在靠近工件毛坯重心部位,寬度選取3—4mm。
(4)為補償扭轉變形,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。後續的3次採用精割方式,由於切割餘量小,變形量也變小了。
(5)大部分外形4次切割加工完成後,將工件用壓縮空氣吹幹,再用酒精溶液將毛坯端面洗淨,涼幹,然後用粘結劑或液態快幹膠(通常採用502快幹膠水)將經磨床磨平的厚度約1.5mm的金屬薄片粘牢在毛坯上,再按原先4次的偏移量切割工件的預留連接部分(注意:切勿把膠水滴進下水嘴或滴到工件的預留連接部分上,以免造成不導電而不能加工)。
 
3 凹範本加工中的變形分析
 
   線上切割加工前,範本已進行了冷加工、熱加工,內部已產生了較大的殘留應力,而殘留應力是一個相對平衡的應力系統,線上切割去除大量廢料時,應力隨著平衡遭到破壞而釋放出來。因此,範本線上切割加工時,隨著原有內應力的作用及火花放電所產生的加工熱應力的影響,將產生不定向、無規則的變形,使後面的切割吃刀量厚薄不均,影響了加工品質和加工精度。
 
   針對此種情況,對精度要求比較高的範本,通常採用4次切割加工。第1次切割將所有型孔的廢料切掉,取出廢料後,再由機床的自動移位、自動穿絲功能,完成第2次、第3次、第4次切割。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型孔加工後有足夠的時間釋放內應力,能將各個型孔因加工順序不同而產生的相互影響、微量變形降低到最小程度,較好地保證範本的加工尺寸精度。但是這樣加工時間太長,機床易損件消耗量大,增加了範本的製造成本。另外機床本身隨加工時間的延長及溫度的波動也會產生蠕變。因此,根據實際測量和比較,範本在加工精度允許的情況下,可採用第1次統一加工取廢料不變,而將後面的2、3、4次合在一起進行切割(即a切割第2次後,不移位、不剪絲緊
 
   接著割第3、4次→b→c……→n),或省去第4次切割而做3次切割。這樣切割完後經測量,形位尺寸基本符合要求。4次及3次切割中各次的加工餘量、加工精度、表面粗糙度的參考值見表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計算。採用這種切割方法,加工1塊有100個型孔的範本,每次將會節省大約9h的加工時間,切割4次共節省大約30h,這樣對使用費用昂貴的慢走絲線切割機床來說,既提高了生產效率,又降低費用消耗,因此也降低了範本的製造成本。
 
4 凹範本型孔小拐角的加工工藝
 
   由於選用的切割絲直徑越大,切割出的型孔拐角半徑也越大。當範本型孔的拐角半徑要求很小時(如R0.07—R0.10mm),則必須換用細絲(如Φ0.10mm)。但是相對粗絲而言,細絲加工速度較慢,且費用昂貴(大多需進口絲)。如果將整個型孔都用細絲加工,就會延長加工時間,造成浪費。經過仔細比較和分析,採取先將拐角半徑適當增大,用粗絲切割所有型孔達到尺寸要求,再更換細絲統一修割所有型孔的拐角達到規定尺寸。
 
  下麵是矩齒形凹範本(內拐角半徑為R0.07mm)的線切割加工工藝。
 
(1)先用Φ0.20mm切割絲加工範本型孔至要求尺寸,內拐角部分加工至R0.15mm。
(2)退磁,關機。
(3)更換Φ0.10mm細絲。將切割絲輸送帶移至未使用過的位置。如果輸送帶3個位置均已使用且咬送細絲的效果不佳,則更換新的輸送帶。
(4)重新找正中心。帶有2個金剛石錐體的切割絲導向插件(本導向插件為AGIE公司慢走絲線切割機床專用)點式支撐可使切割絲的下偏點被精確的定位,使切割絲精確地進行導向。當切割絲直徑為Φ0.20mm時,找正中心在b點,當切割絲直徑為Φ0.10mm時,找正中心在a點,|ab|=|bo|-|ao|=0.1?KF(?2?KF)?-0.05?KF(?2?KF)?=0.0707mm。因此更換Φ0.10mm的細絲重新找正中心的座標值應與原中心座標值相差大約0.0707mm。
(5)修改圖形圓角半徑,重新編程,避開其他型孔輪廓線,將型孔的拐角半徑修整為R0.07mm。
 
5 多型孔凹模、固定板、卸料板的加工順序
 
  多型孔凹模、固定板、卸料板考慮到各個型孔在加工過程中受殘留應力及加工熱力影響而產生的微量變形,因此在實際生產中採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。
 
6 結束語
 
  慢走絲線切割機床加工精度高、功能強,但加工成本高,若要充分發揮機床的作用,創造好的經濟效益,必須對工件進行合理的加工工藝分析和技術性能分析,充分瞭解機床的結構性能以及熟練掌握機床的操作技能,合理選用水參數和電參數,減少加工過程中的斷絲情況,在實踐中不斷總結經驗教訓,這樣才能最大限度地發揮機床的潛力,提高生產效率。
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