快走丝切电火花线割机床割铝装置的设计.pdf

1 7 6 机 械设 计 与制 造 Ma c hi n e r y De s i g nMa n uf a c t u r e 第 8期 2 0 1 1 年 8月 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 0 8 0 1 7 6 ～ 0 2 快走丝切电火花线割机床割铝装置的设计 张亚萍 马明星 ’ 扬州大学， 扬州 2 2 5 0 0 9 泰州职业技术学院， 泰州 2 2 5 3 0 0 De s i g n o f a s p e c i a I c u t t i n g a I u mj n u m d e v i c e O ff W EDMHS Z HANG Ya p i n g ． MA Mi n g - x i n g Y a n g z h o u U n i v e r s i t y ， Y a n g z h o u 2 2 5 0 0 9 ， C h i n a F a i z h o u P o l y t e c h n i c C o l l e g e ， T a i z h o u 2 2 5 3 0 0 ， C h i n a 【 摘要】 快走丝电火花线切割机床切割铝件时出现导电块磨损严重、 电极丝与导电块之间有电 火花产生、 断丝现象频繁等不良 现象， 严重影响了铝件的表面加工质量和加工效率。 首先分析了线切割 机床切割铝件时产生上述不良现象的原因； 然后通过改变原有的导电块导入脉冲电源负极的方式， 采 用储丝筒导入脉冲电源负极的方式， 并设计 了专用的脉冲电源负极导入装置 ， 确保 电极丝与 电源的可 靠接触； 最后通过实验验证了设计方案的可靠性和正确性， 为铝件的切割加工提供了 技术支持。 关键词 高速电火花线切割； 铝件 ； 专用装置 ； 供电 【 A b s t r a c t 】 Wh e n w i r e e le c t r i c d is c h a r g e m a c h in in g w i t h h ig h s p e e d WE D M H S is c u t t i n g a l u mi n u m p art s ， s o n lc o s m e t i c d e f e c t s ma y O c c u r s u c h璐 s e v e r e w e ar o f c o n d u c t i v e b l o c k ， s p ark s o c c u r r e n c e b e t w e e n w i r e e l e c t r o d e a n d c o n d u c t i v e b l o c k w e l l b r o k e n w i r e s ． w h i c h m ay i m p a c t s u ace q u a l i t y s e v e r e l y o f t h e alu mi n u m p i e c e s and w o r k i n g e f fic i e n c y ． F i r s t r e aso n s f o r t h e a b o v e d e f e c t s d u r i n g c u t t i n g t h e a l u mi n u m p a r t s are an aly z e d i n i t , t h e n a s pe c i al i m pu l s e p o w e r c a t h o d e l e a d i n g - i n d e v i c e is d e s i g n e d t h r o u g h c h ang i n g o r i gin al i m p o r t i n g p u l s e p o w e r c at h o d e ， b y i m p o r t i n g p u l s e p o w e r c ath o d e w i t h w i r e w i n d - i n g d r u m i n o r d e r t o s a f e g u ard t h e r e l i abl e c o n t act b e t w e e n w i r e e l e c t r o d e a n d p o w e r ． F i n all y t h e d e s i gn i s v e r ifie d t r o u g h t h e e x p e r i m e n t s t o b e r e l i abi l i t y a n d v ali d i t y , w h i c h p r o v i d e s t e c h n i c al s u p p o r t f o r c u t t i n g alu mi n u m p art s ． Ke y wo r d s W EDM- HS； Al u mi n u m p a r t ； S p e c i a l d e v i c e ； Po we r s u p p l y 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A 1引言 电火花线切割机床采用金属丝作为工具电极， 与被加工材 料的硬度无关且无切削力， 易于加工形状复杂、 精密和高硬度的 工件， 特别是薄壁、 窄缝工件， 所以在模具制造、 成型刀具加工、 难 加工材料和精密复杂零件的加工中占有极其重要的地位ll 1 。 2电火花线切割机床的加工原理 、 图 1线切割加工原理图 1 ．储丝筒 2 ．丝架 3 ． 电极丝 4 ．导轮 5 ． 脉冲电源 6 ． 工件 7 ． 绝缘板 电火花线切割加工是一种直接利用电能和热能进行加工的 新工艺， 其加工原理， 如图 1 所示。电极丝 3接脉冲电源 5的负 极， 工件 6 接脉冲电源的正极 ， 储丝筒 1 使电极丝作正反向交替 移动， 加工能源由脉冲电源供给， 当来一个电脉冲时， 在电极丝和 ★ 来稿日 期 2 0 1 0 1 0 2 6 工件之间产生一次火花放电， 在放电通道的中心温度瞬时可达 l O 0 0 0 E以上， 高温使工件金属熔化 ， 甚至有少量气化， 高温也使 电极丝和工件之间的工作液部分产生气化， 这些气化后的工作液 和金属蒸汽瞬间迅速热膨胀， 并具有爆炸的特性目 。 这种热膨胀和 局部微爆炸， 抛出熔化和气化了的金属材料， 同时对工件材料进 行电蚀切割加工， 在电极丝和工件之间浇注工作液介质， 工作台 在水平面两个坐标方向按预定的控制程序， 进行工件切割成形。 3铝件的电火花线切割加工特点 铝及其合金加工材料具有密度小、 比强度高、 抗冲击性能 好、 耐腐蚀 、 良好的加工成型性以及极高的可回收再生性等一系 列优良特性， 在航空、 航天、 船舶 、 核工业及兵器工业都有着广泛 的应用前景和不可替代的地位， 因而铝合金技术被列为国防科技 关键技术及重点发展的技术基础日 。 随着铝合金零件的广泛开发应用 ， 关于铝合金材料的加工 方法、 加工工艺将会越来越多的引起人们的重视。目前， 铝合金 加工主要经过圆锯片和带锯等进行直线切割下料， 再经数控加 工而成 ， 由于不能进行精密成型切割， 造成了原材料浪费严重且 后续加工量增大。 此外， 很难采用普通金属切削的方法加工超厚、 薄壁、 异型、 窄缝或是需要内尖角的铝合金零件 ， 选择电火花线切 割进行切割加工是行之有效的手段之一。 第 8 期 张亚萍等 快走丝切电火花线割机床割铝装置的设计 1 7 7 由于铝合金与铁基合金相比， 具有熔点、 沸点低， 导电性好 ， 导热性好 ， 密度小等特点， 因此线切割加工特性存在较大的差 异。 切割铝件时， 电蚀物颗粒大， 电极丝上粘有氧化物， 电极丝与 导电块之间很容易有电火花产生， 加工速度不稳定， 铝件的加工 表面部分明亮、 部分黑暗， 表面加工质量差， 长时间加工会出现断 丝等现象， 严重影响了加工效率和加工成本， 因此研究铝件加工 的工艺特性和加工规律， 采取相关措施提高铝件的加工表面质 量， 对推进铝件的广泛应用具有很重要的意义。 4铝件切割现象及原因分析 4 ． 1有大量的电蚀物粘附在电极丝上 电火花切割时的高温使工件金属熔化 ， 甚至少量汽化， 这些 汽化后的工作液和金属蒸汽瞬间迅速热膨胀 ， 并具有爆炸的特 性， 这种热膨胀和局部微爆炸， 抛出熔化和汽化了的金属材料， 含 有铝的金属材料很容易在空气中与氧气发生化学反应， 形成氧化 铝 A L 2 0 ， 粘附在电极丝上 。 4 ． 2电蚀量大 实验证明，和电蚀量有关的金属材料性能主要是其热学性 能， 而和其他性能， 如硬度、 强度、 比重等关系不大。 所谓金属热学 常数是指其熔点、 沸点、 导热系数、 热容量、 熔化潜能等。 金属的热 学常数愈高， 其电蚀量愈小， 反之则大。 从铝的热学常数可知 ， 铝 的比重为 2 ．5 4 g ／ e ra 3 ， 熔点为6 6 0 ％， 熔化潜热为9 2 c a l ／ g ， 所以加工 中铝的放电问隙大， 电蚀量大 。 4 ． 3导电块磨损严重 大量的电蚀物黏附在电极丝上， 随着电极丝的高速运行 ， 电 蚀物将造成运丝系统中 传动件及定位导轮磨损严重 ， 电极丝与导 电块间时有火花产生， 使得加工不稳定甚至不能延续。 当腐蚀速度 跟不上进给速度形成短路时， 由于钼丝与导电块在接触部位放电， 反馈系统就会误判为必须进给， 钼丝与工件间就会产生一种纯粹 的机械摩擦， 造成工件的机械性拉伤以及钼丝的迅速磨损。 4 ． 4断丝现象频繁 长时间的切割加工， 在导电块上会形成小的沟槽 ， 当电极丝 运行受到阻力， 不能顺利通过时， 就会发生断丝的情况。 另外由于 蚀除量大、 电蚀产物多， 使得传统加工中所使用的乳化液进入切 缝放电区域及排屑都变得较为困难， 且乳化液与电蚀产物还会 生成胶黏状物体 ， 进一步影响切缝内电蚀产物的排出， 使加工间 隙堵塞严重， 并将电极丝上的保护油膜擦除， 极间电极丝因得不 到及时、 充分冷却及油膜的保护， 在切割较厚铝合金时容易断丝。 5铝件电火花切割的解决方案 由于电极丝与储丝筒的接触是一个大面积的接触， 采用储 丝筒供电的方式， 可以确保电极丝与电源的可靠接触， 因此该方 案的重点就是设计一种专用装置， 将脉冲电源的负极和储丝筒相 连， 经过多次实验和改进， 最终设计了一套专用的电源负极导入 装置 ， 其结构， 如图 2 所示。 图 2中绝缘尼龙套筒 2与连接件 4采用螺纹连接 ， 电刷 6 与弹簧 7 装入端盖 5 的中心孔中， 弹簧 7 压紧电刷， 使之与连接 件 4紧密接触， 电刷导线与电源的负极相连， 接人至储丝筒的导 线 I 用螺钉 3压紧， 使之与连接件紧密接触， 电源负极经电刷、 螺 纹连接件使导线 1 带电。为了 将电源负极接到储丝筒上， 在储丝 筒的中心轴上加工了一个 西 5的中 C , T L ， 如图 3所示， 导线 4 图 2中的导线 l 和图 3中的导线 4为同一根导线从中间穿过， 用 电烙铁将导线焊接在储丝筒上。安装时， 将电源负极导入专用装 置， 如图 2 所示的左端旋人储丝简中心轴的右端， 如图3 所示。 将 图2中的端盖固定在储丝筒外部的防护罩上。工作时， 图 2中的 绝缘套筒与储丝筒一起做旋转运动， 端盖 3 、 电刷 4 、 弹簧 5 、 电刷 导线 6固定不动 ， 通过电刷将电源负极， 经过螺纹连接件和导线， 使储丝筒带电， 从而很可靠的将电源的负极接到了储丝筒上。 图2电源负极导入专用装置 1 ． 导线 2 ．绝缘套筒 3 ． 螺钉 4 ．螺纹连接件 5 ．端盖 6 庖刷 7 ． 弹簧 8 ． 电刷导线 图3储丝筒整体结构图 1 ．储丝筒外圈 2 ．绝缘板 3 冲 间轴 4 ． 导线 改进后的电火花线切割机床 ， 切割铝件时， 稳定性较好， 切 割速度均匀， 未出现短路和断丝现象。 工作液中杂质较少， 铝合金 加工表面部分比较明亮， 表面粗糙度较好， 表面精度较高。 6结论 专用脉冲电源负极导入装置结构简单， 安装方便 ， 在需要切 割铝件时， 只需将其安装在通用电火花线切割机床储丝筒轴的一 端， 卸下导电块， 即可实现铝件的可靠加工， 为铝件产品的广泛应 用提供了技术支持。 参考文献 [ 1 ] 葛晓阳． 保证线切割机床加工精度的措施[ J ] ． I l J l l Y _ 程职业技术学院 学报， 2 0 0 7 5 3 7 3 8 ． [ 2 ] 王玉玲． 浅谈电火花线切割加工[ J ] ．机械工程与自 动化．2 0 0 9 6 1 7 5 1 78 ． [ 3 ] 张锦洲， 鲁南． 电参数对铝合金线切割加工速度影响的研究[ J ] ． 山东轻 工业学院学报， 2 0 0 8 1 2 4 6 - 4 8 ． [ 4 ] 张好强．快走丝线切割加工铝合金工艺研究．模具工， 2 0 0 8 1 0 6 7 6 8 ． [ 5 ] 魏引焕， 张学礼．不同加工材料在线切割加工中对加工质量的影响[ J ] ． 机械设计与制造， 2 0 0 9 6 1 7 6 1 7 7 ． 【 6 J C y n t h i a B r e a z e a 1 ．E m o t i o n a n d s o c i a l h u m a n o i d r o b o t s [ J ] Mu m a n C o m p u t e r S t u die s ， 2 0 0 3， 5 9 1 1 9 -1 5 5 ．