慢走丝 :采取线电极连续供丝方式的机器

更新时间:2024-09-21 00:17

慢走丝(WEDM-LS)也称低速走丝,是利用连续移动的细金属丝作电极,对工件进行脉冲火花放电,产生6000度以上高温,蚀除金属、切割成工件的一种数控加工机床。

在中国,慢走丝电火花线切割机床的发展历程始于20世纪60年代初。中国科学院电工研究所研制成功中国第一台靠模仿形电火花线切割机床,在1967年至1968年间,上海复旦大学与上海交通电器厂联合研制成功了“复旦型”高速走丝电火花线切割机床,形成了中国特有的线切割机床品种,成为当时生产中应用面最广、数量最大的数控电加工机床。

慢走丝主要由机身、工作台、走丝机构、丝杠、工作液循环制冷系统、伺服电机和离子感应器等几部分组成。采用的是线电极连续供丝的方式,因此即使电极丝发生损耗也能连续地予以补充,故能提高零件加工精度。慢走丝加工的圆度误差、直线误差和尺寸误差都优于快走丝与中走丝,因此慢走丝已在模具、夹具等精密制造领域得到了广泛的应用。

发展历程

慢走丝电火花线切割机床的发展历程可以追溯到19世纪70年代,当时英国科学家普里斯特利发现了电火花对金属的腐蚀作用。之后,苏联科学院院士拉扎连柯夫妇进一步研究了电火花的瞬时高温对金属的熔化、氧化和腐蚀作用,从而开创和发明了电火花加工方法。

在中国,慢走丝电火花线切割机床的发展历程始于20世纪60年代初。中国科学院电工研究所研制成功中国第一台靠模仿形电火花线切割机床,随后上海电表厂工程师张维良创新性地研制出第一台高速走丝简易数控线切割样机,获得国家发明创造奖。在1967年至1968年间,复旦大学与上海交通电器厂联合研制成功了“复旦型”高速走丝电火花线切割机床,形成了中国特有的线切割机床品种,成为当时生产中应用面最广、数量最大的数控电加工机床。

目前,中国已经成为全球最大的慢走丝电火花线切割机床市场之一,而且中国台湾地区和瑞士日本等地的企业也在该领域具有较强竞争力。这些企业已经在中国大陆完成了制造、营销甚至包括研发方面的本土化,并且具有明显的技术及资金优势。

工作原理

慢走丝加工是利用连续移动的细金属丝作电极,对工件进行脉冲放电蚀除金属、切割成型的一种特种加工工艺,慢走丝放电加工时,极间介质被击穿,形成一个由等离子体组成的放电通道,通道内的瞬时温度高达10000℃,高温使得工件材料熔化、气化,在放电间隙时间内,压力绝缘介质溶液能够将熔化的工件材料以微小碎片的形式冲离基体材料,从而实现了材料的去除。

构造组成

慢走丝主要由机身、工作台、走丝机构、丝杠、工作液循环制冷系统、伺服电机和离子感应器等几部分组成。

机身

机身是机床的基础体,是安装其他部件、机床内部的电机电器的内部放置,是一种外观箱式结构,包括机身导轨

工作台

工作台用来装夹工件,装夹冶具。它由导轨、丝杠、电机传送机构组成,丝杠采取螺旋方式位移。

走丝机构

走丝机构主要由运丝轮和运丝电机组成,包括陶瓷轮、张力轮等其他机构形成的单向走丝。

工作液循环系统

该系统用于过滤水质,纯水要达到工作液循环加工要求。水槽是工作液的存储处,有脏水槽、净水槽;离子感应器用于电阻率测量,测量流入树脂桶的离子值。树脂桶是存放树脂的容器,树脂是石油中的提取物,用于去离子,更好地过滤水质。

主要特点

慢走丝以持续运转的铜丝(称为电极丝)作为电极,一般以低于0.2m/s的运转速度进行单向运动,使电极与工件处于脱离子水的环境中进行脉冲火花放电,加工中产生的高温会使脱离子水逐渐消耗。慢走丝用于加工各种形状复杂和精密细小的工件,一般走丝速度低于0.2m/s,精确度达0.001mm。切一修三后,粗糙度Ra可达到0.8um,切一修四后粗糙度Ra可达到0.33pm,表面粗糙度质量接近磨削水平。电极丝作为一次性使用,工作状态平稳,走丝均匀,电极丝抖动小,加工质量较好。慢走丝采用先进的电源技术,实现了高速加工,最大加工速度可达350mm/min。

技术参数

关键技术

冲孔模加工工艺

冲压设备是冲压生产的要素之一,是实现高水平冲压生产的基本保证。冲压是利用安装在冲压设备上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而得到所需零件的一种压力加工方法。其加工工艺路线为:下料一反复或异向锻造—退火一刨上下面—钳工钻穿丝孔-火与回火一磨上、下平面—线切割加工成形—钳工修整。对于一定批量或常规生产的小型模件可以在一块坯件上分别依次加工成形。切割路线应有利于保证工件在加工过程中始终与夹具(装夹支撑架)保持在同一坐标系,避开应力变形的影响。冲模在冲压中的作用至关重要,没有符合要求的冲模,就难以进行产品的批量冲压生产。没有先进的冲模,就无法实现冲压工艺的先进性。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素,三者相互结合才能高效制出冲压件

凸模加工工艺

一般情况下,凸模外形规则时,切割加工常将预留连接部分留在平面位置上,大部分精割完毕后,对预留连接部分只做一次切割,以后再由钳工修磨平整。在实际加工中,由于工件坯内部的残留应力变形及放电产生的热应力变形,故应首先加工好穿丝孔进行封闭式切割,尽可能避免开放式切割而发生的变形。另外,成型模具在保持架预成型后一次冲压成型,需要一定量的冲头。因此,要着重考虑到轴承保持架的冲压成型批量要求,对凸模冲头材质的强度、硬度提出了更高的要求,要设计选用钨钢材料才能符合要求。

应用领域

慢走丝采用的是线电极连续供丝的方式,因此即使电极丝发生损耗也能连续地予以补充,故能提高零件加工精度。慢走丝加工的工件表面粗糙度可达到Ra=0.8μm及以上,慢走丝加工的圆度误差、直线误差和尺寸误差都优于快走丝与中走丝,因此慢走丝已在模具、夹具和量具、航空和医疗零件以及砂轮成型工具等精密制造领域得到了广泛的应用。

各国特点

瑞士、日本制造的低速走丝电火花线切割机

顶级低速走丝电火花线切割机也称高档机,如瑞士夏米尔公司的千系列机床、日本三菱电机公司的PA系列超高精度机床、日本牧野公司的UPJ—2超精密机床等。这类机床的最大特点是加工精度很高,在±0.002mm以内,表面粗糙度Ra\u003c0.2μm,一般都能使用直径小于0.03mm的电极丝进行微精加工,主机大都具有热平衡系统,一些机床在油中进行切割加工。瑞士阿奇夏米尔公司的双丝机床也属于这个档次。

高档低速走丝电火花线切割机也称标准机,这档机床除了采用无电阻防电解电源外,一般均带有自动穿丝装置,能采用φ0.10mm的电极丝进行切割,精度在±0.003mm左右。最高加工效率能达500mm²/min的超快机也属于这个档次,如夏米尔公司的240CC,440CC机,日本三菱电机公司的FA—V超快高性能机等。

中档低速走丝电火花线切割机也称入门机,如瑞士阿奇夏米尔公司的XENON、380,日本沙迪克公司的AQ系列、三菱电机公司的FA系列等。这类机床一般由这些公司在中国设立的工厂制造,如北京阿奇夏米尔公司、大连三菱公司、苏州沙迪克特种设备公司。这档机床的配置和性能满足了用户采用低速走丝电火花线切割加工的基本要求。一般都采用无电阻、防电解电源,具有水浸式加工、锥度切割功能。实用的最高加工效率为120~150mm²/min,最佳表而粗糙度Ra\u003c0.5μm,切割精度可达±0.005mm,一般都采用φ0.15mm以上的铜丝进行切割。这档机床一般都具备自动穿丝功能,可供用户选配。

中国制造的低速走丝电火花线切割机

台湾省各企业制造的低速走丝电火花线切割机,一般都采用无电阻、防电解电源,具有锥度切割,提入式加工等功能,庆鸿、像通两家公司已掌握自动穿经技术。最离加工效率在200mm²/min左右,实用加工效率为120-150mm²/min。切制表面粗糙度Ra=0.4-0.5μm。一般认为切割精度应在±0.005mm左右。

大陆企业制造的低速走丝电火花线切割机,如苏州三光科技公司的低速走能电火花线切割机采用无电阻电源、防电解电源、水浸式加工技术。最大加工效率超过200mm²/min,有效加工效率为120~150mm²/min。最住表面粗糙度Ra=0.8gm,切割精度为±0.005mm。苏州中特公司的低速走丝电火花线切割机是国内首家引进日本FANUC公司低速走丝电火花线切割机技术的研究所,于20世纪70年代末在原机械工业部的支持下开始研究低速走丝线切割技术,并进行许可证生产,先后共销售了200余台。“七五”“八五”期间,在国家的支持下,又进行立项攻关,不断增强低速走丝电火花线切割加工技术的研发能力。苏州电加工研究所中特公司生产的一种普及型DK7632C低速走丝电火花线切割机,其加工精度在±0.005mm,最住表面粗糙Ra=0.8μm,有效加工效率为50-60mm²/min。

发展趋势

高加工效率脉冲电源的开发

追求更高的加工效率一直是慢走丝制造商的重要目标,提高生产率、实现高速度化将是重要发展趋势。

精密、超精密脉冲电源的研发

精密加工技术是衡量制造技术水平的关键指标之一,在精密和超精密加工技术方面,微型机械和纳米技术代表了其发展的水平和研究热点,也是制造技术中最活跃的因素。许多精密工程和纳米技术需要特种加工的支持,因此在保持原有加工特点的基础上,继续向微细加工、纳米加工方向发展。

自动化、智能化技术的应用

自动化有助于实现操作、提高加工质量和效率、快速响应市场需求。智能化可以利用专家系统、模糊推理、人工神经网络、遗传基因等人工智能技术,解决制造过程中的复杂决策问题、提高实用性、代替人的部分脑力劳动。将自动化、智能化技术与脉冲电源技术结合在一起,追求简化而优异的操作和加工性能将是未来开发的一个重要方向。

参考资料

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