脹圈零件線切割工序斷絲現象分析及工藝對策

中航工業導彈院凱邁機電公司 （河南洛陽 471003） 劉仁春

1. 脹圈零件加工工藝

如圖1（未注圓角均為R1mm）所示，脹圈零件材質為65Mn彈簧鋼，加工工藝安排為：粗車（大端帶夾頭）→淬火（調質硬度為40～45HRC）→精車（車好錐面及小端和孔大端夾頭）→線切割（孔大端夾頭切斷大端留余量0.2mm）→磨工（磨錐面磨大端尺寸50mm）→線切割（切縫寬2mm）→鉗工（去毛刺）。線切割工序加工內容是在零件錐外圓母線位置，沿徑向方向切寬為2mm、沿零件軸線截面成C形彈性開縫。零件切縫的作用是在受到軸向力時，徑向方向產生彈性變形，將相配合零件的內錐面擠緊，兩配合零件通過徑向彈性變形，相互間產生很大的摩擦力，可將動力傳遞給機器或（系統）互相連接的下一級負載。

圖 1

2. 斷絲產生的原因及相關措施

零件在進行線切割工序中，線切割絲經常發生斷絲故障，從而導致廢品的產生，既影響產品質量，又增加了操作工人換絲的工作量。斷絲后，零件加工位置需要重新憑人眼觀察對絲，經常會出現對絲精度不好，零件加工的尺寸很難保證。嚴重情況下經兩次加工的表面會產生明顯的臺階，這種情況類似車工或銑工對同一加工面分兩次加工，在兩次加工的結合面上產生的痕跡（稱為接刀痕跡）。脹圈零件加工中，工人反映經常會出現這種情況，嚴重時會造成脹圈零件報廢。

（1）斷絲的原因及改進措施。在線切割加工過程中，通常認為斷絲是因為電極絲強度低而被拉斷的，其實斷絲的真正原因是韌性不足。

通常采購的合格電極絲抗拉強度為450MPa，但電極絲并不是因為強度低而被拉斷。電火花切割的實質是靠放電腐蝕來切割金屬，放電時在電極絲表面形成電腐蝕坑洞，是電極絲在切割時斷絲的根本原因。

從斷裂力學角度來看，斷裂是在裂紋源擴散到一定程度后產生的。放電時，電極絲表面會因放電腐蝕作用形成許多坑洞，電極絲也會同時受到電火花或金屬排屑的沖擊，切割過程中幾個受力最大的小坑洞會因斷裂韌性不足而發生斷裂。

表1 優化前的切削參數

表2 優化后的切削參數

改進措施：檢查線切割機床的切割絲表面是否有裂紋，可用工具顯微鏡進行檢查，如果發現有明顯裂紋則更換新絲。切絲的直徑用百分尺測量，看與原來規格的新絲直徑相比是否明顯減小。如果發現絲徑有明顯減小則更換新絲。

（2）機床的檢查及采取的措施。檢查機床走絲機構的位置，保持儲絲桶和導絲輪轉動靈活。同時，檢查上、下導絲輪是否保持干凈或有腐蝕現象。機床各傳動部件應正常無松動。

采取措施：①定期檢查儲絲桶和上、下導絲輪。②定期清洗上、下導絲輪模塊。

（3）優化切削參數。綜合考慮加工效率，切削參數兼顧加工質量、斷絲故障，對加工電流、脈寬擋位和脈寬幅度3個參數進行調整。優化前、后的切削參數分別如表1、表2所示。

（4）及時更換切削液。根據切削液的實際使用情況，大均80～100h更換新切削液。實際使用中，如果切削液需要更換，反映在加工中的表現為零件切削效率明顯降低。切削液如不及時更換，在機床的工作過程中易產生將線切割絲拉斷的現象。

改進措施：切削液工作時間超過80～100h、切割效率大幅下降時，必須更換新切削液。

（5）工件情況分析。工件在進行線切割加工前已進行了車工的精加工，工件表面的氧化物（黑皮）已經去除，沒有影響切割的雜物。工件經熱處理和機械加工后存在因這兩種因素造成的內應力。工件的材質在入廠前有材料證明合格。另外，入廠前該工件材料公司也做了理化指標分析檢測，指標滿足65Mn材料GB 1222―84的技術條件要求。線切割（孔大端夾頭切斷）工序順利完成，未發生線切割斷絲的故障，說明65Mn材質本身合格，不是產生斷絲的主要原因。

3. 防止斷絲的工藝措施

（1）工裝的設計。根據脹圈零件加工工藝過程及斷絲原因分析，制作了一套防斷絲工裝（見圖2、圖3）來減少和控制內應力的突然釋放，保證脹圈線切割工序的正常進行。具體做法是：將工件孔中間撐入一端帶球頭的螺桿，使螺桿的球頭和另一端六方頭零件孔壁接觸。工人用兩個扳手同時扳住螺桿的六方頭和球頭，向相反的兩個方向扳動螺桿六方頭和球頭螺母，螺桿上的球頭沿軸線方向上伸長，將零件孔壁徑向撐緊。螺桿此時給脹圈零件施加了預加撐緊力，這個力用來控制零件切開瞬間內應力的突然釋放，達到防止斷絲現象的發生。

（2）工藝試驗及切削參數的優化。工裝應用后斷絲現象得到了控制。我們發現脹圈零件寬2mm的切縫尺寸因螺桿撐緊零件力的大小而有區別。如何控制螺桿撐緊力的大小是控制尺寸2mm的重要因素。螺桿兩端的球頭和六方頭頂緊零件內孔壁后，兩扳手扳緊螺母和扳手1、2的軸線相交成60°的交角。經過工藝試驗發現，這個零件裝夾時的工藝規律結合優化后切削參數表中的參數設置，脹圈零件線切割開縫工序正常進行。

圖 2

圖3 防斷絲工裝加工脹圈

4. 結語

脹圈零件線切割工序斷絲問題的解決，主要有以下幾點需要說明：①脹圈切縫時內應力釋放是造成斷絲的主要原因。②通過對工件外觀和材質、機床、切割絲及切削液進行檢查以及優化切削參數來解決斷絲問題。③通過防止斷絲的工裝（夾具）的應用來控制工件切開瞬間內應力的突然釋放。在工件內應力釋放的方向上提前放置該工裝，使工件內應力的釋放最大程度地得到減弱。該工裝的使用使得脹圈線切割開縫工序的斷絲現象大大減少，零件加工質量穩定可控。

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專家點評

文章寫得較好，層次清晰，對斷絲的原因、改進措施都做了相關敘述，提出了比較有價值的解決方案，例如文中切削參數、工裝等方面的改進都寫得較清晰，而且圖文并茂，有助于讀者理解相關知識。