电火花线切割技术的现状和发展趋势毕业论文

电火花线切割技术的现状和发展趋势毕业论文内容摘要：

作，再多花一倍时间，精度到 ~ 之间，光洁度接近慢走丝效果，也是可能的。 3. 国外线切割机的发展 8 国外的线切割机初始于六十年代末期，并首先在日本、瑞士产业化，商品化。 一开始他们的基本模式是这样的：依托 PC 机的强大功能资源，精密机械制造的传统优势，力求高精度、自动化。 用铜丝， ~ 丝径，一次性使用，丝速2~6 米 /分，无害化的去离子水。 早期的慢走丝与快速往复走 丝相比，精度、光洁度占优，而速度、切厚能力、内尖角的清根能力和操作方便均不及。 据 2020 年统计，进口（包括合资仿制）慢走丝线切割机总保有量突破 4000台。 但利用率稍差，各使用厂操作水平也有较大差异。 发展至今，慢走丝线切割机又有大幅进步，如操作人性化，以至一台机子可转换世界各种语言界面。 打穿丝孔，自动穿丝，可无人值守，精度可稳定在 μ 级， 以上的光洁度，最大 200mm/分的效率等，但切厚能力仍不及快走丝，内尖角的清根能力仍受丝径限制，开机运行成本也太高。 随着大量新技术的应用，慢走丝线切割机也日臻完善， 如自打孔自穿丝，从加热拉长捋直，丝端头处理，细管向工件面的引导定位，高压水的承托和穿认，接触传感，到穿丝成功的判定，简直是精密传动自动控制的典范。 再如恒张力系统，利用软铁盘在磁粉中转动的阻尼，利用磁场中转子的发电效应，利用双电机的差速差力，反馈控制取得准确的张力。 慢速和纯水也使火花不暴露的浸泡加工成为可能，窄脉宽大峰值的应用，使厚度加工能力和最大加工速度也达到很高的水准。 很大程度上，购置慢走丝线切割机成了 “追求精度、注重质量、经济实力 ”的一种展示。 总之，快慢走丝呈相互拟补，相互竞争，相互促进，各具特 色，各展所长，将是长期共存的局面。 快走丝不经铺垫直接卖到国外的可能很小，慢走丝也不可能把快走丝淘汰出局。 凭借快走丝的廉价和实用，用示范推广的办法首先介绍到国外的某个地区，被认识和采用的可能也是有的。 （二）电火花线切割机床的类型 1. 按电极丝运行速度分类 （ 1）高速电火花线切割机床（ 往复走丝电火花线切割机床 ） 高速 电火花线切割机床 的走丝速度为 6～ 12 m/s，是我国独创的机种。 自1970 年 9 月由第三机械工业部所属国营长风机械总厂研制成功 “ 数字程序自动控制线切割机床 ” ，为该类机床国内首创。 1972 年第三机械 工业部对工厂 9 生产的 CKX 数控线切割机床进行技术鉴定，认为已经达到当时国内先进水平。 1973 年按照第三机械工业部的决定，编号为 CKX — 1 的数控线切割机床开始投入批量生产。 1981 年 9 月成功研制出具有锥度切割功能的 DK3220 型的坐标数控机，产品的最大特点是具有 度锥度切割功能。 完成了线切割机床的重大技术改进。 随着大锥度切割技术逐步完善，变锥度、上下异形的切割加工也取得了很大的进步。 大厚度切割技术的突破，横剖面及纵剖面精度有了较大提高，加工厚度可超过 1000mm 以上。 使往复走丝线切割机床更具有一定的优势。 同时满足了国内外客户的需求。 这类机床的数量正以较快的速度增长，由原来年产量 2— 3 千台上升到年产量数万台，目前全国往复走丝线切割机床的存量已达 20 余万台，应用于各类中低档模具制造和特殊零件加工，成为我国数控机床中应用最广泛的机种之一。 但由于往复走丝线切割机床不能对电极丝实施恒 张力控制 ，故电极丝抖动大，在加工过程中易断丝。 由于电级丝是往复使用，所 以 会 造 成 电 极 丝 损 耗 ， 加 工 精 度 和 表 面 质 量 降 低。 图 1 高速电火花线切割机床 （ 2）低速线切割机床 10 低速线切割机床 电极丝以铜线作为工具电极，一般以低于 单向运动，在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加 60~300V 的脉冲电压，并保持 5~50um 间隙，间隙中充满脱离子水 (接近蒸馏水 )等绝缘介质，使电极与被加工物之间发生火花放电，并彼此被消耗、腐蚀，在工件表面上电蚀出无数的小坑，通过 NC 控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。 目前精度可达 级，表面质量也接近磨削水平。 电极丝放电后不再使用，而且采用无电阻防电解电源，一般均带有自动穿丝和恒 张力 装置。 工作平稳、均 匀、抖动小、加工精度高、表面质量好，但不宜加工大厚度工件。 由于 机床结构 精密，技术 含量高，机 床价格高 ，因此使用 成本也高。 图 2 低速线切割机床 （ 3） 立式回转电火花线 切割机床 立式回转电火花线切割机的特点与传统的高速走丝和低速走丝电火花线切割加工均有不同，首先是电极丝的运动方式比传统两种的电火花线切割加工 11 多了一个电极丝的回转运动；其次，电极丝走丝速度介于高速走丝和低速走丝直接，速度为 1～ 2m/s。 由于加工过程中电极丝增加了旋转运动，所以立式回旋电火花线切割机与其他类型线切割机相比，最大的区别在于走丝系统。 立 式回转电火花线切割机的走丝系统由走丝端和放丝端两套结构完全相同的两端做为走丝结构，实现了电极丝的高速旋转运动和低速走丝的复合运动。 两套主轴头之间的区域为有效加工区域。 除走丝系统外，机床其他组成部分与高速走丝线切割机相同。 图 3 立式回转电火花线 切割机床 2. 按电极丝运动轨迹的控制形式分类 （ 1）靠模仿形控制电火花线切割机床 靠模仿形电火花线切割机床，其在进行线切割加工前，预先制造出与工件形状相同的靠模，加工 时把工件毛坯和靠模同时装夹在机床工作台上，在切割过程中电极丝紧紧的贴着靠模边缘作轨迹运动，从而切割出与靠模形状和精度相同的工件。 12 图 4 靠模仿形控制电火花线切割机床 （ 2）光电跟踪控制电火花线切割机床 光电跟踪控制电火花线切割机床，其在进行线切割前，先根据零件图样按一定比例描绘出一张光电跟踪图，加工时将图样置于机床的光电跟踪台上，跟踪台上的光点头始终追随墨线图形的轨迹运动，再借助于电气、机械的联动，控制机床工作台连同工件相对电极丝做相似形的运动，从而切割出与图样形状相同的工件。 13 图 5 光电跟踪控制电 火花线切割机床 （ 3）数字程序控制电火花线切割机床 数字程序控制电火花线切割机床，采用先进的数字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工，不需要制作靠模样板也无需绘制放大图，比前面两种控制形式具有更高的加工精度和广阔的应用范围，目前国内外 95%以上的电火花线切割人机床都以采用数字化。 图 6 数字程序控制电火花线切割机床 14 （三）电火花线切割加工的原理 自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道。 在这个阶段，两板 间形成电流。 导致粒子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到 8000 到 12020 度的高温，在两导体表面瞬间熔化一些材料，同时，由于电极和电介液的汽化，形成一个气泡，并且它的压力规则上升直到非常高。 然后电流中断，温度突然降低，引起气泡内向爆炸，产生的动力把溶化的物质抛出弹坑，然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体，并被电介液排走。 然后通过 NC 控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。 图 7 电火花线切割的基本原理 图 （ 1）线切割 ——数控电火花线切割加工的简称。 （ 2）工作原理：利用移动的金属丝作工具电极，并在金属丝和工件间通以脉冲电流，利用脉冲放电的腐蚀作用对工件进行切割加工的。 15 （ 3）由于它利用的是丝电极，因此，只能作轮廓切割加工。 （ 4）工作原理如图 1 所示。 图 8 线切割机床的加工原理 1－－数控装置 2－－储丝简 3－－导轮 4－－电极丝 5－－工件 6－－喷嘴 7－－绝缘板 8－－脉冲发生器 9－－液压泵 10－－水箱 11－－控制步进电动机 （ 5）当工件与线电极间的间隙足以被脉冲电压击穿时，两者之间即产生火花放电而切割工件。 （ 6）通过数控装置 l 发出的指令，控制步进电动机 11，驱动 X、 Y 两托板移动，可加工出任意曲线轮廓的工件。 （四） 电火花线切割加工的特点 1. 它以 ～ 的金属线为电极工具，不需要制造特定形状的电极。 2. 虽然加工的对象主 要是平面形状，但是除了有金属丝直径决定的内侧 脚 的最小直径 R（金属线半径 +放电间隙）这样的限制外，任何的限制外，任何复杂的开头都可以加工。 3. 轮廓加工所需加工的余量少，能有效地节约贵重的材料。 4. 可无视电极丝损耗（高速走丝切割采用低损耗脉冲电源；慢速走丝线切割采 用 单向连续供丝，在加工区总是保持新电极丝加工），加工精度高。 5. 依靠微型计算机控制电极丝轨迹和间隙补偿功能，同时加工凹凸两种模具时，间隙可任意调节。 16 6. 采用乳化液或去离水的工作液，不必担心发生火灾，可以昼夜无人连续加工。 7. 无论被加工工件的硬度如何，只要是导体或半导体的材料都能实现加工。 8. 任何复杂开头的零件，只要能编制加工程序就可以进行加工，因而很适合小批零件和试制品的生产加工，加工周期短，应用灵活。 9. 采用四轴联动，可加工上，下面异形体，形状扭曲曲面体，变锥度和球形等零件。 （五） 电火花线切割加工的应用 1．试制新产品 在新产品开发过程中需要单件的样品，使用线切割直接切割出零件， 无需模具，这样可以大大缩短新产品的开发周期并降低试制成本。 如在冲压生产时，未开出落料模时，先用线切割加工的样板进行成形等后续加工，得到验证后再制造落料模。 2．加工特殊材料 切割某些高硬度，高熔点的金属时，使用机加工的方法几乎是不可能的，而采用线切割加工既经济又能保证精度。 3．加工模具零件 电火花线切割加工主要应用于冲模、挤压模、塑料模、电火花型腔模的电极加工等，由于电火花线切割加工速度和精度的迅速提高，目前已达到可与坐标磨床相竞争的程度。 例如，中小型冲模，材料为模具钢 ，过去用分开模和曲线磨削的方法加工，现在改用电火花线切割整体加工的方法，制造周期可缩短 3/4~5/4，成本降低 2/3~3/4，配合精度高，不需要熟练的操作工作。 因此，一些工业发达国家的精密冲的磨削等工序，已被电火花和电火花线切割加工所代替。 表 2 电火花线切割加工的应用领域 平面形状的金属模加工 冲模、粉末冶金模、拉拔模、挤压模的加工 立体形状的金属模加工 冲模用凹模的退刀槽加工、塑料用金属压模、塑料模等分离面加工 电火花成形加工用电极制作 形状复杂的微细 电极的加工、一般穿孔用电极的加工、带锥度型模电极的加工 试制品及零件加工 试制零件的直接加工、批量小品种多的零件加工、特殊材料的零件加工、材料试件的加工 17 轮廓量规的加工 各种卡板量具的加工，凸轮及模板的加工，成形车刀的成形加工 微细加工 化纤喷嘴加工、异形槽和窄槽加工、标准缺陷加工 三、电火花线切割加工技术的发展趋势 （一）高速走丝线切割加工技术的现状 有我国特色的数控高速走丝电火花线切割加工技术自 60年。