中走絲電火花線切割一次切割參數的研究

賈志新 鄭永波 高堅強

(①北京科技大學機械工程學院，北京 100083；②蘇州新火花機床有限公司，江蘇 蘇州 215128)

中走絲電火花線切割一次切割參數的研究

賈志新①鄭永波①高堅強②

(①北京科技大學機械工程學院，北京 100083；②蘇州新火花機床有限公司，江蘇 蘇州 215128)

進行了中走絲電火花一次切割各因素對切割速度及表面粗糙度影響的研究，主要針對脈寬、占空比、短路峰值電流、走絲速度、工件厚度五個因素進行實驗。采用方差分析法進行實驗后的數據處理，得到各因素對一次切割速度及表面粗糙度的影響大小。從而得到一次切割優化參數的組合，并通過加工樣件進行驗證。實驗結果能夠為中走絲電火花線切割工藝提供參考。

線切割；一次切割；工藝試驗；參數

隨著國內加工制造業對加工精度和表面質量要求的不斷提高，脫胎于高速走絲線切割的“中走絲”線切割機床正不斷地呈現在世人的眼前。但加工精度和表面質量較差的問題使之始終難以真正進入高精加工領域,其中切割速度及表面粗糙度是其比較關鍵的因素，因此對于影響其因子的研究非常重要。本文針對以上問題進行的工藝實驗，確定出第一次切割的較優參數組合，對于很多一次切割就能完成的加工，提供了很好的參數依據，對于多次線切割加工的第一次切割同樣提供參數依據[1]。

1 實驗方案

在實際放電加工過程中，加工工藝的好壞不僅僅是一個因素影響的結果，更是各因素共同作用的表現[2]。故此，通過對線切割各主要影響因素的正交試驗，優化出較優的一次切割方案。本次試驗采用的試驗方法是正交試驗法，通過不同因素不同水平的變量控制，得出不同因素對對切割速度Vwi和表面粗糙度Ra的影響。通過多目標優化分析處理，確定最優的一次切割工藝參數組合。在完成第一次切割工藝參數的優化選擇之后，進行多次的線切割試驗,檢測其實際加工能力。

2 切割實驗

2.1 切割材料及設備

本次試驗材料為電加工磨具常用的材料Cr12，試驗機床是模擬相關試驗條件的M332“中走絲”機床，主要測量設備有TR210時代TIME粗糙度儀、濃度檢測儀、數顯千分尺。

表1 一次切割正交因子水平設定

水平A：工件厚度H/mmB：走絲速Vs/(m/s)C：短路峰值電流I＾s/AD：脈寬ti/μsE：占空比ψ1202．2(3H)22．5101：42304．4(4H)30201：53406．6(5H)37．5301：64508．8(6H)45401：756011(7H)52．5501：8

2.2 切割實驗數據記錄及分析

2.2.1 試驗數據記錄

中走絲線切割機床上所模擬進行的單次切割正交試驗所得樣件如圖1所示，單個樣件切割面積為:周長(38 mm)×工件厚度H。

測量結果記錄如表3所示，表中Ra以每個樣件測量上中下3處粗糙度值中的最大粗糙度值計算，表中工件各方向尺寸偏差△X=X-X′，△Y=Y-Y′。其中X、Y為工件實際輪廓，X′、Y′為工件目標輪廓。在機床本身精度不變的情況下，為確保加工精度，根據試驗結果，一次切割不同參數設置組合的電極絲軌跡單邊偏移量應改設為0.01+(△X+△Y)/4。

表2 一次切割L25(56) 試驗表

試驗號ABCDEG11111112122222313333341444445155555621234572234518234512924512310251234113135241232413513335241143413521535241316414253174253141843142519442531204531422151543222521543235321542454321525554321

表3 試驗結果記錄及評分表

序號X軸/mm△X/mmY軸/mm△Y/mm表面粗糙度Ra/μm切割速度Vwi/(mm2/min)加權綜合得分W15．0105．0125．020+0．011(痕)14．01814．02014．028+0．0192．63626．435-0．10525．0255．0225．020+0．02214．02214．02014．025+0．0223．20150．566-0．02835．0185．0205．018+0．01914．01914．01914．019+0．0193．75167．9790．01445．0165．0185．016+0．01714．02414．02414．024+0．0244．36874．730-0．00755．0315．0295．031+0．03014．02214．02214．022+0．0225．07379．748-0．04665．0185．0215．019+0．01914．01814．01914．018+0．0183．37835．382-0．12675．0115．0125．008+0．01014．01414．02414．019+0．0194．05254．105-0．08985．0185．0185．020+0．019(痕)14．01414．01114．010+0．0124．630112．8710．17495．0045．0065．010+0．00714．00814．00814．006+0．0073．27576．5100．105105．0065．0075．009+0．00714．00014．00014．0000．0004．02346．117-0．129115．0025．0075．009+0．00614．01014．01014．011+0．0103．53349．239-0．066124．9905．0004．995-0．00514．00014．00013．998-0．0012．83747．919-0．008135．0005．0024．9990．00014．00714．01014．004+0．0073．81769．7250．018

2.2.2 數據分析

我們對本次的數據采用方差分析法，單次切割正交試驗切割速度及表面粗糙度Ra的方差分析如表4所示。表中n表示各因素自由度，S表示各因素的偏差平方和，F表示各因素偏差平方和與誤差平方和之比。由表4的顯著性分析可知，對于切割速度而言，A～E這5個影響因子的影響大小順序為C>E>B>D>A；對于表面粗糙度Ra而言，A～E這5個影響因子的影響大小順序為D>C>B>A>E。

表4 單次切割正交試驗切割速度及表面粗糙度Ra方差分析表

因素ABCDEGVwin5-1=45-1=45-1=45-1=45-1=45-1=4S405．9822219．5185685．7681501．5333077．15897．343F4．17122．80158．41015．42531．612RaS0．6130．9961．4524．6530．3060．314F1．9533．1734．62314．8180．974

從F分布上側分位數值表查可得F0.10(4，4)=4.11，F0.05(4，4)=6.39。以顯著性水平0.10來判斷，對于切割速度，5個因素對切割速度都有顯著性影響；對于表面粗糙度Ra，短路峰值電流及脈寬有顯著性影響。以顯著性水平0.05來判斷，對切割速度有顯著性影響的因素是短路峰值電流、占空比、走絲速度、脈寬；對表面粗糙度Ra有顯著性影響的因素則只有脈寬。

由此可見，方差顯著性分析的結果和直觀分析法中的極差分析的結果是一致的。即有以下結果。

(2)5個因素對切割速度都有顯著性影響，其中工件厚度的F值非常接近顯著與非顯著的臨界值，且比其余4個因素小很多，故相對而言，工件厚度可作為次要影響因素考慮；短路峰值電流及脈寬對于表面粗糙度Ra的影響最顯著，走絲速度次之，工件厚度和占空比影響十分有限。

綜合以上分析方法，針對不同加工方案實現Ra3.2μm工藝要求，所得的一次切割優化參數組合如表5所示。

表5 一次切割加工參數優化結果表

加工方案B：走絲速度VS/(m/s)C：短路峰值電流I＾s/AD：脈寬ti/μsE：占空比ψ一次切割6．637．5101：7

3 優化方案的實驗驗證

在相同試驗條件下進行加工工藝優化方案的驗證，分別加工3個樣件，一次切割所得工藝情況如表6所示。

可知，一次切割實現表面質量等級Ra3.2 μm的加工平均切割速度為50.58 mm2/min，表面粗糙度Ra2.79 μm；此組方案綜合加工性能達到了各自要求下的較優情況，說明了優化方向的正確性。同時加工過程中放電狀態較為穩定，連續4 h正常加工不斷絲。

表6 優化方案驗證結果

加工方案切割速度Vwi/(mm2/min)平均速度(mm2/min)表面粗糙度Ra/μm平均表面粗糙度Ra/μm一次切割(Ra3．2μm)51．3048．1252．3250．582．942．782．652．79

4 結語

(3)一次切割時，在走絲速度一定的情況下，為追求較優的加工效率，同時考慮保證一定的表面質量，在確保電極絲損耗較小的前提下，應采用較大的短路峰值電流和占空比。

[1]李明輝,楊振步,蔣文英.中走絲電火花線割機的特點與發展趨勢[J].航空制造技術，2011(8)：32-35.

[2]楊蕾,蔡安江.電火花線切割加工參數對加工速度和表面粗糙度影響的研究[J].機床與液壓,2011(15):45-47.

[3]齊文春,麻長平,高堅強.基于多次切割工藝的第一次切割參數優化策略研究[J].電加工與模具,2012(3):50-53.

[4]朱寧,葉軍,韓福柱，等.電火花線切割加工技術及其發展動向[J].電加工與模具，2010(增刊)：53-63.

如果您想發表對本文的看法，請將文章編號填入讀者意見調查表中的相應位置。

Parameter study on a cutting process of middle speed WEDM

JIA Zhixin①，ZHENG Yongbo①, GAO Jianqiang②

(①Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,CHN； ②Suzhou New Spark Machine Tool Co.,Ltd.,Suzhou 215128,CHN)

This article has carried on middle speed WEDM in a cutting factors on cutting speed and surface roughness are studied, mainly for the factors of short-circuit peak current, pulse width, pulse rate, walking wire speed and the thickness of work piece to be are analyzed. After the experiment data processing, with the method of variance analysis, get in a cutting speed and its various factors the influence of surface roughness, To get a cutting or multiple cutting cutting optimization parameter combination for the first time, and through the processing samples are validated. The experimental results can provide reference for middle speed WEDM cutting process.

wire cutting；cutting；process test；parameters

TG661

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.12.017

賈志新，男，1968年生，博士，教授，主要研究方向為特種加工技術及制造裝備可靠性技術，已發表論文160余篇。

穎) (

2016-06-07)

161225