線切割機斷絲原因的分析及對策

　　1引言
　　
　　電火花線切割機對各種形狀的沖模及零件自動切割加工，具有精度高、速度快、周期短等優點。高速走絲線切割機的電極絲運動速度快（300-700MM/MIN，且是雙向往返循環運行，在加工過程中極易發生斷絲現象。一般來說，繞一筒鉬絲（©0。14MM為例）應能完成對2667CM平方工件斷面的切割。鉬絲直徑由原來的©0。14MM損耗到©0。1MM左右，還有繼續使用的價值。若在切割過程中多次出現斷絲，則不但造成經濟損失，而且帶來重新繞絲的麻煩，耽誤時間，并易在工件上產生斷絲痕跡，影響加工質量，嚴重的還會造成工件報廢。
　　
　　本文比較詳細地分析了高速走絲電火花線切割機斷絲的原因及相應的解決對策，工作實踐證明分析正確，解決方法有效。
　　
　　2斷絲原因分析及對策
　　
　　2.1與鉬絲相關的斷絲
　　
　　（1）鉬絲的選擇。鉬絲直徑的粗細是影響斷絲的一個主要原因。為了減少斷絲，在滿足加工要求的前提下，應心盡量選用較粗的鉬絲，一方面能提高鉬絲的張力，減少鉬絲的抖動，另一方面由于粗的鉬絲加寬了切縫，工作液容易滲透進去，有利于排屑。為了確保加工穩定，應及時更換損耗到一事實上程度的鉬絲，避免因鉬絲變細變脆斷絲而中斷加工。
　　
　　（2）鉬絲的松緊程度。若鉬絲安裝太松，則鉬絲抖動厲害，不僅容易斷絲，而且由于鉬絲也不宜安裝得太緊，太緊內應力增大，斷絲的可能性也大。因此鉬絲的切割進程中，其松緊程度要適當。
　　
　　鉬線要按規定的走向繞在貯絲筒上，同時固定兩端。繞絲量可根據貯絲筒長短而定，一般來說，除兩端各留10MM之外，中間繞滿不重疊，寬度不宜少于貯絲筒長度的一半，以免電機換向頻繁而使機件加工損壞，并防止鉬絲頻繁參世切割而斷絲。
　　
　　繞上鉬絲后，調整擋絲裝置，上、下擋絲裝置都起作用，使貯絲筒上兩邊鉬絲間距為擋絲銷直徑的1.5倍（約為8MM）。根據繞絲多少調整換向擋塊的位置，一般兩端各留2-3MM的鉬絲不參軾切割，以避免換向時發生斷絲。
　　
　　機床上鉬絲引出處有排絲柱，排絲柱是由兩根紅寶石制成的導向立柱，也有用硬質合金材料制作。排絲柱不像導輪子那樣作滾動，它們直接與鉬絲接觸，作滑動磨擦。因此磨損很快，使用不久柱體就會形成深溝。排絲柱應經常翻天覆地轉和挪槽，必須讓排線柱頂緊鉬絲，不能讓鉬絲有自由活動的余地。否則，會出現疊絲，必須導致辭斷絲。
　　
　　鉬絲在加工一段時間后，由于自身的拉伸而變松。當伸長量較大時，會加劇鉬絲振動或出現鉬絲在貯絲筒上重疊，使走絲不穩而引起斷絲。應經常檢查鉬絲的張緊程度，如果存在松馳現象，要及時拉緊。
　　
　　（3）鉬絲的儲存。根據經驗，鉬絲有三怕：怕潮、怕折和怕曬。受潮會氧化，折而易斷，曬而變脆。新購進的鉬絲，應存放在密封在器皿中妥善保存，隨用隨取。文獻[1]針對某種型號線切割機，提出一些提高鉬絲壽命的方法。如根據工件具體情況，將貯絲筒防護罩殼改進，或對鉬絲運動軌跡進行適當調整，都產生了明顯效果，不僅能延長鉬絲使用壽命，而且不影響加工效果。
　　
　　2.2與鉬絲機構相關的斷絲
　　
　　線切割機的導絲機構主要是由貯絲筒、線架和導輪組成。當導絲機構的精度下降時（主要是傳動軸承），會引起貯絲筒的徑向跳動和軸向竄動。貯絲筒的徑向跳動會使電極絲的張力減小，造成絲松，嚴重的會使絲從導輪糟中脫出拉斷。貯絲筒的軸向竄動會使排絲不勻，產生疊絲現象。如果線架剛性差，運絲時會產生振動或擺動，不但影響精度也會相起斷絲。導輪軸承的磨損將直接影響導絲精度，此外，當導輪的V型槽、寶石限位塊、導電塊磨損后產生的溝槽，會使電極絲的磨擦力過大，易將絲拉斷。這種現象一般發生在機床使用的時間長、導絲機構保養不善、精度下降的情況下。因此在機床使用中應定期檢查導絲機構的精度，及時更換磨損部件。
　　
　　2.2.1與貯絲筒樣關的斷絲[2]
　　
　?。?）貯絲筒因內外圓不同軸，會產生不平衡慣量，運轉時容易產生疊絲，而導絲斷絲。因此，貯絲筒必須經過動平衡校正，以保證其在高速運轉時產生劇烈的抖動和竄動。
　　
　?。?）貯絲筒的軸和軸承等零件常因磨損而產生部隙，也易引起絲抖動而斷絲，因此必須及時更換磨損的軸和軸承零件。
　　
　?。?）貯絲筒換向時，如沒有切斷高頻電源，會導致鉬絲在短時間內因溫度過高而產生燒絲，困此須檢查貯絲筒后端的行程開關是否失靈。
　　
　?。?）要保持貯絲筒、導輪轉動靈活，否則在往返運動時會引起導絲系統振動而斷絲。繞絲后空載走線檢
　　
　　驗鉬絲是否抖動。若發生抖動要分析原因。
　　
　?。?）貯絲筒后端的限位檔塊必須調整好，避免貯絲筒沖出限位行程而斷絲。擋絲裝置中擋塊與快速運動的鉬絲接觸、磨擦，易產生溝槽并造成夾絲拉斷，因此也需及時更換。
　　
　?。?）應在換向不久停機，防止貯絲筒因慣性超程沖壞傳動件及拉斷鉬絲。
　　
　　2.2.2與導輪及導電塊相親的斷絲
　　
　　導輪、導電塊也是影響斷絲的兩個重要零件。若導輪和導電塊因磨損而產生溝槽時，容易使鉬比抖動而斷絲；若導輪軸承磨損后產生間隙，也會造成絲的抖動。使火花放電間隙狀態極不穩定，間隙短路頻繁，造成變頻跟蹤失調，燒斷電極絲。另外應保證導電體與導電嘩接觸良好，否則高頻電源負極無法與鉬絲接通或接觸不良，導致鉬絲不能對工件進行政黨的加工，而高頻電源的自動控制信號仍使控制臺的變頻不斷工作，步進電機繼續進給，zui后使鉬絲磨、頂、夾斷。也不允許導電輪相對鉬絲有所拋起，致使鉬線受力較大而引起斷絲，或因鉬絲與導電輪接觸不良而引起短路斷絲。
　　
　　2.3與工件相關的斷絲
　　
　　1在以線切割加工為主導工藝時，應合理選用工件材料及嚴格規范材料的鍛造和熱處理以減少材料的變形。一般應選用鍛造性能好、淬透性好、熱處理變形小的材料。在材料處理中應注意以下幾方面：
　　
　　（1）使用鍛打淬火材料不容易斷絲，對不經鍛打、不淬火材料，在線切割加工彰，采用低溫回火，消除應力。
　　
　?。?）淬火鋼中回火次數少的比回火次數多的容易引起斷絲。淬火鋼應嚴格執行熱處理工藝低溫回火要充分。
　　
　?。?）T8鋼比其他鋼易引起斷線。T8鋼在線切割加工中應盡量少用，由其是淬火后。
　　
　　2工件材質不純。鍛造的工件毛坯有時含有夾層和夾碴?；蚴潜砻娓采w氧化皮和異物。這些雜物在切割過程中與鉬絲接觸，發生劇烈的磨擦。此時計算機只能識別高頻電流短路的是與否而處理數氫，確定是否切割跟蹤。鉬絲與絕緣物劇烈地磨擦時，雖切進速度為零，可高頻電流仍呈未短路狀態?？刂葡到y會繼續按程序指令向步進電機發出前進的脈沖，使工作臺照樣運動，結果把鉬絲勒斷。
　　
　　3工件內部有較大應力。由于工件的內應力未得到消除，在切割時，有的工件會開裂，把鉬絲碰斷；有的會使間隙變形，把鉬絲夾斷或彈斷。
　　
　　4雖然線切割加工過程中工件受力極小，但仍需牢固夾緊工件，防止加工過程中因工件位置變動造成斷絲。同時避免由于工件的自重和工件材料的彈性變形造成斷絲。例旭在加工具有錐度的工件時，常會產生在加工結束時，因工件下落而壓斷鉬絲的現象。因些，在加工此類工件時，可在加工快要結束時，用磁鐵吸住將要下落的工件，從機時防止斷絲。而在切割較林工件將結束時，人工保護下落的工件，使其平行、緩慢下落。工件在自由下落過程中一旦與母體發生卡滯或夾住會造成動轉的鉬絲斷裂。
　　
　　2.4與工件液相關的斷絲
　　
　　在線切割加工中對工作液除要求有冷卻作用外，還有特殊的要求：（1）要具有一事實上的絕緣強度。（2）具有壓縮縮放電通道各消電離作用。（3）具有良好的洗滌性和潤滑及排屑性能均好；若采用非植物性的皂化液，必須先進行試用。不論采用何種皂化液，都必須按規定3%-5%（冷卻劑與水體積比）進行配制。皂化液濃度過大時（如濃度超過10%），有利排屑，但切割速度較慢。皂化液濃度過?。ㄈ绲陀?%）不利排屑。放電間隙里被切屑堵住，工作液保持一定壓力和流量，而冷卻裝置在切割時上下噴水就均勻，以便及時把腐蝕物排出，這樣就會具有良好的排渣能力和冷卻性能。
　　
　　如何鑒別皂化液能否使用，可從下述4個方機觀察[4]：
　　
　?。?）繞一點新鉬絲，在工件上試割約1H，觀察鉬絲工作部位的顏色，若呈灰白色，冷卻液可用來切割較薄工件。如灰白色中夾雜黑條或斑點，黑條處直徑明顯變功，用力一拉，此處就斷時，需要換親的工作液。
　　
　?。?）有時鉬絲雖然也呈灰白色，但在切割厚工件時，無論怎樣調整加工規準，切割電流總是不穩定，這種工作液不宜繼續使用。
　　
　?。?）看起弧和通路電流。啟動貯絲筒，人工強迫高頻電流接通，使鉬絲慢慢向工件靠擾，但不要接觸工件，大約間距1-1.5MM，些時應沒火花。然后給工件冷卻，使鉬絲與工件間距構成液體通路若有火花產生或電流表讀數值在原空載基礎上增加10MA以上（空載為30MA左右0，此時工作液不可再用。
　　
　?。?）工作液變黑扣綜合性能就會變差，極易造成斷絲。因此要經常觀其色，嗅其味，發現異常及時更換。要保證工作液不能太臟，電蝕物濃度不能太高，使工作液保持一事實上的介電能力。由其是加工硬質合金時，電蝕物較多，易使工作液的滲透性和流動性差，造成排屑不良。
　　
　　2.5與電參數相關的斷絲
　　
　　電視準參數的選擇不當也是引起斷絲的一個重要原因，所以要根據工件厚度選擇合理的電參數。將脈沖間隔拉開一些，有利于溶化金屬微粒的排出。同是峰值電流和空載電壓不宜過高，否則使單個脈沖能量變大，切割速度加快，容易產生集中放電和拉弧，引起斷絲。一般空載電壓為100V左右。在電火花加工中，電弧放電是千百萬負極腐蝕損壞的主要因素，再加上間隙不合適，容易使某一脈沖形成電弧放電。只要電弧放電集中于某一段，就會引起斷絲。[4]
　　
　　根據工件厚度選擇合適的放電間隙；放電間隙不能太小，否遇容易產生短路也不利于冷卻和電蝕物的排除；放電間隙過大，將影響表面粗糙度及加工速度。當切割厚度較大的工件時，應盡量選用大脈寬電流，同時放電間隙也要相應大一點（一般應大于0.02MM），從而增強排屑效果，提高切割的穩定性。
　　
　　2.6與高頻電源相關的斷絲[5]
　　
　　高頻電源是線切割加工的能源。它的性能及參數將直接影響線切割加工的質量。因目前使用的機床高頻電源基本上都是晶體管方波電源，其性能大體相同。這是主要從電源參數選擇、波形變化等使用方法和高頻電流來得過早等方面分析產生斷絲原因。
　　
　?。?）短路電流峰值過大（即功率管投入的數量太多），超過了電極絲所承愛的電流，將會使電極絲過熱，因過度疲勞而發脆，燒斷電極絲。因此要根據不同直徑的電極絲，合理先用短路電流峰值。
　　
　?。?）高頻脈沖負波過大。脈沖的負波直接蝕除電極絲，使絲損耗增林。降低的使用壽命，造成短時間斷絲。
　　
　?。?）脈沖電源輸出功率管漏電流過大，或電故障造成工率管截止不可靠。這樣在脈沖停歇時間里，功率管不能*截止。相當于在火花間隙中加入了直流電流使放電間隙不能很好地消電離而使絲發熱，燒斷電極絲。
　　
　　（4）脈沖寬度及脈沖間隔選擇不當。合理選擇脈寬及間隔是減少斷絲提高加工速度的重要因素。一般在加工厚棄為30MM以下工件時，現象不太明顯。但在加工厚度較大的工件時，脈沖寬沖度過寬會使放電間隙中出現放電點集中現象，燒傷電極絲；脈沖間隔過小，使間隙中的電蝕物不能充分排出，消電離不充分，也容易斷絲。此時在電極絲上可以明顯看出燒出痕跡（黑色斑點）。在一般常用的矩形波電源中，脈沖寬度一般ti<40us。脈沖寬度與脈沖間隔之比，根據工件厚度不同，一般可以1:2到1:8之間選取。比值過大，會使加工速度下降。
　　
　　（5）有的機床使用了一段時間后，電器控制元件的參數發生了變化（如DK7725D型機床），高頻電流的接通不是由限位開關控制的，而是由貯絲筒電機旋轉的電流反饋訊號控制的。元件參數變化后，引起了高頻電流來得過早。貯絲筒換向后還未進入正常轉速時，高頻電流早就自動接通了，造成了燒絲。處理高頻電流早到的辦法：在反饋訊號的接受系統串接一只電位器，使反饋訊號的接受門電位抬高一點，使作3年多未出現異常。高頻電流到來的時間是可調的。
　　
　　文獻[6]以社會上擁有量較在的JD-15型線切割機為便，根據高頻電源工作原理，簡要地分析了由高頻電源方面（主要指主振級、推動級和功率輸出級）所引起的斷絲原因。
　　
　　2.7操作不當引起的斷絲
　　
　　（1）換擋不及時
　　
　　在正式切割前，都要用“人工”（或“手動”）檔強迫高頻電流接能，用來校對始點以便起步和記零。一旦起步完成，轉入正常切割，操作者應立即把“手動”檔轉入“自動”檔，機床才能自動進行。否則，在*個換向時，高頻電流就會燒斷，因為“手動”檔是不受換向開關控制的。
　　
　　（2）換向定位塊壓持不準
　　
　　特別是有鉬絲穿過預鉆孔的工件，在壓絲后必須檢查一下換向切塊的壓緊位置是否合適，一般在貯絲筒兩端至少應留4MM的鉬絲為換向余量（指排絲距離）。如果余量過少或沒把鉬絲壓緊，運行后順第2個換向時就會斷絲。
　　
　?。?）中途停機時沒有先切斷高頻電流
　　
　　停機絲速為零時，且又與工件發生短路，高頻電流必然會把鉬絲燒斷。
　　
　　2.8工作臺移動不勻速引起的斷絲
　　
　　機床有X和Y向絲杠，按指令程序帶動工作臺，在平面內4個象限作任意運動。工件的切割精度靠絲杠保證。絲紅和螺母的間隙是靠彈簧來消除的。如果絲杠潤滑不良或彈簧力不足，會引起工作臺爬行移動，在這種情況下切割，高頻電流會出現頻繁的短路，如不及時排除故障，勢必造成斷絲。
　　
　　在調節變頻跟蹤速度時，應盡量使進給速度約等于工件蝕除速度，這樣脈沖利用率高，加工速度快，加工狀態穩定。旱災給速度過高，短路頻繁，絲老化快，在電流表上可看出加工電流較大。加工速度過低，進給速度調節過慢，易使用權放電間隙不穩定，產生過渡電弧放電，極易燒斷電極絲。正式加工時，一般將試勤勤懇懇的進給速度下降10%-20%，可有效減少短路和斷絲。
　　
　　3小結
　　
　　對高速走絲線切割機斷絲現象的分析及提出的解決方法，是根據長期工作經驗和查況大量文獻后總結出來的，實際應用中，由于設備、環境和加工工藝不同造成斷絲的原因還有很多，需要在實踐中不斷地總結和提高。