快走絲線切割加工中鉬絲使用壽命的影響因素分析

謝冬和

（湖南汽車工程職業學院 機電工程學院，湖南 株洲412001）

0 引言

鉬絲具有良好的物理和化學穩定性能，其熔點高達2 610℃，原子間結合力強，熱膨脹系數小，導電性和導熱性好，韌性好，強度高，延展性好等特點，因而廣泛用作快走絲線切割加工中的工具電極，由于在切割過程中受急冷、急熱及電腐蝕的作用本身會損耗嚴重，易在切割中出現短路及斷絲現象，這種現象的出現會損壞零件表面、影響其切割質量，增加了操作準備時間，降低了生產效率，因此，如何降低鉬絲的損耗速度及短路、斷絲現象的發生，是線切割加工企業普通關心的問題。本文針對這些問題進行分析，得到一些可借鑒的經驗。

1 快走絲線切割加工中常見的問題

1.1 鉬絲運行不穩定

鉬絲在切割加工中易出現松動、抖動，隨即出現短路及斷絲等問題，當快走絲線切割加工累計使用時間超過100 h時，導絲輪及軸承磨損得很嚴重，其徑向跳動量就會超差，盡管切割時采用的電參數值合理，但由于長時間使用增大了儲絲筒及導絲輪的徑向跳動，造成鉬絲運行抖動的加劇，切割表面的切割條紋明顯。鉬絲在切割過程中受到急冷、急熱及電蝕力的蝕除作用，在切割零件的同時，自身也會逐漸損耗變細，繞在儲絲筒上的鉬絲長度伸長，出現松動，導致鉬絲的抖動幅度增大，據經驗，儲絲筒新繞鉬絲300 m，在切割60 h后，鉬絲直徑從0.179 mm減小到0.158 mm，伸長約50 mm，鉬絲的張緊力降低約30%。鉬絲運行中的張力小，則其運行抖動頻率低幅度大，切割中易造成短路及斷絲。

導電塊的作用是支撐鉬絲和傳遞電源，在運行中受慣性力及電蝕力的作用，鉬絲伸長會與導電塊之間產生細小間隙，此間隙處易出現異常火花放電，降低了施加在鉬絲與零件間的脈沖能量，減緩了切割速度，降低了切割效率，并會在導電塊表面切割出細槽，此細槽會卡斷鉬絲，因此要加強對導電塊的檢查，發現表面有細槽現象，應將導電塊轉過90°或更換。同時要保持鉬絲在運行中具有一定的張緊力。

1.2 儲絲筒往復運動的影響

在切割過程中，參與切割的鉬絲長度不能太短，否則會減小儲絲筒的往復行程距離，使切割中儲絲筒的換向頻繁，可在切割好的零件表面看到明顯的換向條紋，并且兩端換向時對鉬絲產生很大的慣性沖擊力，對兩端鉬絲產生疲勞損傷而拉斷鉬絲，因此，為延長鉬絲的使用壽命及提高零件表面切割質量，切割一段時間后應及時改變鉬絲的換向位置。

在實際切割時，可將儲絲筒的繞絲寬度控制在100 mm左右，但不能少于60 mm，過短會使儲絲筒換向頻繁，切割穩定性下降，切割面換向條紋明顯，過長則會使鉬絲在切割中產生疊絲現象。

1.3 短路現象的發生

實際切割中發現，鉬絲運行速度較快時，其運行抖動嚴重，會使短路頻發、增加了斷絲風險。當切割速度和變頻進給速度都過快時，切割中產生的電蝕物不能及時排出，堵塞了放電通道，使鉬絲冷卻不及時或冷卻不均而燒斷，從電流表上可觀察到其指針為“0”且鉬絲與零件間沒有火花產生。

因此，可將脈間值取大些，這樣有利于電蝕物的順利排出，并且脈沖電流和電壓也不宜取值太高，否則單個脈沖能量過大會導致切割速度過快，通道內會出現集中放電、拉弧等現象，引起短路及斷絲，電壓取值在90～100 V、電流取值在1.5～2.5 A。切割時還應將零件熱處理后表面不導電的氧化物清理干凈，防止切割中因導電性能下降而誘發短路、斷絲等事故，提高切割穩定性及保證零件的切割質量。

1.4 零件切割中夾斷鉬絲

切割中經常會遇到夾渣及表面有氧化物的零件，由于夾渣及氧化物的導電性差，在切割中會導致短路、燒絲及斷絲，因此，切割前應對零件表面進行清理，根據零件情況選擇合適的電參數。零件材料應盡量選擇鍛造性能好、淬透性好、熱處理變形小及外觀質量好的，保證線切割過程的穩定。而在切割鋁、銅等軟質金屬時，不能采用普通鋼材的工藝進行切割，否則會出現短路頻發及誘發斷絲，影響切割效率。在切割含有夾渣物的材料時，應選擇較大的脈沖能量進行，同時增大脈間使停歇時間延長，有利于電蝕物的順利排出，切割完后應對粘附在鉬絲表面的氧化鋁、氧化銅等電蝕物進行清除，保證下次切割的正常進行。

1.5 工藝路線的影響

在切割中發現，切割路線的合理選擇與否對切割件的質量有著很大影響，如下圖1所示為要切割工件的形狀，為了避免材料內部組織及內應力對切割精度產生影響，應合理選擇切割路線的走向及起點。如果選擇A→1→2→3→4→5→1→A的切割路線，由于靠近夾持區域的切割體先脫落本體，在工件自身重量的作用下，會對未切割部分產生很大的彎曲扭矩，工件會產生較大誤差并易夾斷鉬絲，如果選擇A→1→5→4→3→2→1→A的切割路線，則可將這種影響降低到最小。

圖1 切割路線選擇

1.6 放電通道堵塞

在切割加工中，經常會看到工作液隨鉬運行四處飛濺，沒有隨鉬絲的運行流入到切縫中，切縫中的鉬絲得不到有效冷卻，電蝕物不能及時排出，堵塞了放電通道，消電離不能及時形成，特別是在切割厚大零件時，鉬絲的正、反切割速度不一致，造成了切割中鉬絲與零件產生“干摩擦”，時間稍長就會出現短路及斷絲。此時應清理及檢查工作液循環系統，使工作液噴嘴對準切縫，確保良好的排屑和冷卻作用，減小工作液對鉬絲的擾動。同時還可采用較稀的工作液，增大工作液的流動性。

1.7 厚大零件的切割

在切割厚大零件的開始和接近結束時，鉬絲很容易出現松動及抖動現象，零件切割面紋路粗糙，電蝕痕跡時深時淺，切割表面完整性差及鉬絲損耗加劇，易發生短路及斷絲，因而在切割這類厚大零件時，應選擇較高的鉬絲運行速度（30～35 m/s左右），有利于提高鉬絲攜帶工作液的能力，并將切割時的變頻跟蹤調高些，在切割薄件時鉬絲速度適當調低些（18～20 m/s），否則會增大鉬絲的運行抖動，引起切割不穩定。

2 鉬絲的使用要求及問題防范

2.1 提高零件切割面的質量操作

鉬絲在切割零件的同時，本身也受到電蝕力的腐蝕而逐漸損耗變小，抗拉強度逐漸下降，切縫變窄，電蝕物難以排出，切割變得不穩定，導致鉬絲使用壽命短，易出現斷絲，因此，在切割條件允許前提下，應盡量大直徑（φ0.18～0.20 mm）鉬絲來切割厚大零件，而切割尖角、窄縫時應選擇較小直徑（φ0.08～0.12 mm）的鉬絲，換裝新鉬絲時，應先讓鉬絲空轉幾分鐘，使鉬絲內應力得到有效釋放后才正式進行切割，提高其切割穩定性。

2.2 輔助路徑及回退路徑

在快走絲線切割加工中，由于鉬絲松弛及運行抖動，鉬絲會產生較大彎曲變形而響應滯后，使零件尖角變成塌角，影響零件精度。可采用輔助工藝路徑即將部分工藝路線設計在圖形之外，然后再折回切割，經過這樣處理后，可以消除鉬絲抖動變形對零件切割產生的影響，如圖2所示，圖中虛線為輔助工藝路線，這樣切割時零件才完整且符合圖紙要求，同時還可選擇直徑較小（φ0.08～0.12 mm）的鉬絲切割尖角。

圖2 輔助路徑的設置

2.3 提高鉬絲的運行剛性

在切割過程中，由于受往復慣性力及電場力的雙重作用，特別是儲絲筒在兩端換向時產生的慣性力更大，鉬絲易被拉長而變得松弛，使鉬絲的運行抖動加劇，導電塊與鉬絲間會出現火花放電，反饋信息被誤判，造成電蝕速度與工作臺移動速度不同步且低于工作臺移動速度，鉬絲與工件間出現干摩擦，拉傷工件。快走絲線切割機沒有張緊機構，鉬絲的張緊主要靠繞絲時的預緊力及運行一段時間后停機對鉬絲的收緊實現，因此，為保證工件在切割過程中的一致性及增加鉬絲的剛性、減小鉬絲的運行抖動，可在運行系統中加裝一個鉬絲張緊裝置，確保鉬絲在運行中緊貼在導電塊及導絲輪上，如圖3所示，安裝位置如圖4所示。

圖3 恒張力裝置

圖4 張緊裝置安裝位置示意圖

3 結束語

通過對影響鉬絲使用壽命的各種因素進行仔細分析和研究，提出了提高鉬絲使用壽命的相應措施，這些有效方法已經在實踐切割中得到了較好應用。使用結果表明，快走絲線切割加工中使用這些方法與措施，鉬絲的使用壽命得到了有效提高，取得了較好的經濟效益。