往复走丝电火花线切割加工技术的发展与定位

张旭东

(杭州华方数控机床有限公司,浙江杭州 310024)

40多年来,往复走丝电火花线切割机床已在各行业的加工中越来越广泛、大量地应用,其特有的工艺能力是其他加工手段难以替代的,同时因其价格低廉、运行成本低、切割厚度大,故应用量远大于单向走丝电火花线切割机床,市场潜力巨大,发展前景宽阔。

关于往复走丝电火花线切割加工技术发展思路和定位,就我从事电加工工作多年来的认识和体会与大家交流。

1 往复走丝电火花线切割加工技术的实际应用水平

(1)加工精度和加工表面粗糙度。用多次切割工艺,加工精度可达到±0.01mm;同样用多次切割工艺,在3 000 mm2/h左右的加工效率下,可实现加工表面粗糙度Ra≤1.5μm,当然也可达到 Ra1.0 μm左右,但此时加工效率会明显下降,实际应用不多。

在生产应用中,当加工效率在3 000 mm2/h左右,同时要达到上述的±0.01 mm的加工精度和Ra≤1.5μm的表面粗糙度水平,加工工件厚度≤80mm,工件切割总面积约在3万mm2以内(连续切割,不换丝),也就是说现在的水平能完成小型模具或者是较小零件中等水平的加工。

我们认为,一根丝连续切割的精度、表面粗糙度的保持性更重要。

(2)加工效率。对一些表面质量和精度要求不高的工件,目前加工效率可达7 000 mm2/h(工件厚度在120 mm以内),一根丝可连续切割约21万mm2,即连续切割约30 h(不断丝);超过30 h以上,效率难以维持,且断丝率明显增加;若工件厚度超过200mm,以上指标明显下降。尽管如此,在以前,加工表面粗糙度要达到 Ra1.0μm,连续30 h加工效率达到7 000 mm2/h是不可想象的,所以说技术进步是明显的。

2 往复走丝电火花线切割加工技术发展的不足

(1)近20年来,对往复走丝电火花线切割加工技术的基础研究几乎处于停滞状态,技术进步非常缓慢,加工表面粗糙度、精度、效率的指标几乎没有提高(前面提到的技术水平只是近4～5年来才达到的),导致行业内进入了恶性价格竞争的漩涡,可以说技术进步是解决恶性价格竞争的关键。

(2)只重视坐标工作台运动精度,对走丝系统的平稳和张力控制的研究不够。俗话说线切割首先要“割得了”,之后才能是“割得好”,走丝系统张力的精确控制对放电切割至关重要。

(3)多年来,对线切割的这把“刀”(即电极丝)的深入研究不够。对于往复走丝,这把“刀”可能比单向走丝更重要。搞好了,可以进一步提高连续切割的性能指标,往复走丝就更有生命力了。最近已有人在做这方面的探索。

(4)对实现电火花放电最基本的条件之一的介质,即工作液的研究投入不够。近年来有研究单位和企业已经开始重视和研究这个课题,但整机厂对与工作液生产和研究单位的合作还不够重视。

(5)对电极丝导向轮、导向器的精度、寿命的研究滞后和不足。

(6)在当今世界,人的价值在提升,以人为本的观念越来越为大家所认同。改善机床操作区的环境,包括换丝、穿丝在内人性化操作的探索才刚刚开始。

(7)尽管建立往复走丝线切割加工工艺数据库的复杂程度甚至要超过单向走丝线切割加工,但这个工作已势在必行。可这方面实质进展非常缓慢,研究观念存在误区,所谓一流人才搞方案,二流人才搞设计,三流人才搞工艺试验。电火花线切割加工技术的发展应该以工艺试验领路,一流人才要参加到工艺研究中来。

3 往复走丝电火花线切割加工技术研究的几个思路与定位

(1)电火花线切割加工技术是机电一体化的综合技术,应以多学科的视野进行研究,以专业技术和集成技术相集合的方法进行研究,所以各学科的合作至关重要。

(2)往复走丝电火花线切割加工主要是放电技术,一切研究都应围绕着“放电”。能放好电,不仅要研究脉冲能量输入的量和方式,还要继续深入研究工作介质、电极丝对放电的作用和影响,在持续放电后介质、电极丝特性的变化以及变化趋势。另一方面,“有效放电”不等于切割效率,还要加上“有效排屑”。

(3)对放电时电参数的实时检测很重要。但根据检测到的工况,得到趋势性分析,随后提供合理对策可能更重要。这项工作只能建立在大量工艺试验的基础之上。

(4)对于往复走丝电火花线切割加工,其特点主要源自往复走丝,往复走丝就是对电极丝的重复使用。一根丝的寿命周期、在寿命期内丝的特性、尺寸的变化对加工指标的影响等问题,不能回避。对此进行深入的研究非常必要,对一根丝寿命周期内较长时间段加工效果的追求才更有实际意义。

(5)往复走丝电火花线切割加工的发展应该有不同的定位:一个定位是追求更高精度、更低表面粗糙度以及在丝的寿命周期内的持久性,满足中端市场的需求;另一个定位应该是更高切割效率的实现以及在丝的寿命周期内的持久性。

4 结束语

往复走丝电火花线切割加工技术是机电一体、多学科的综合技术,只要我们抓住机遇,做好基础研究,开拓创新、运用科技、各学科合作,具有中国特色的往复走丝电火花线切割加工技术的发展前景是美好的。