錨桿鉆頭金剛石復合片的切割

1 金剛石復合片電火花線切加工問題的提出

1997年我們在原有的我國第一代電火花線切割機床蘇州長風廠1977年生產的分立元件晶體管CK)1型程控線切機床進行金剛石復合片的切割加工試驗,由于這臺機床生產的年代很早,當時的控制技術還很不成熟,加之晶體管分立元件手工焊接點有多,高頻脈沖電源脈沖電壓只有0~60V.DC,功放管只有四組功率太小,傳統(tǒng)的機床電器等原因,復合片的切割試驗工作很困難,不是切不動就是機床出故障。為此,1998年對CK)1型程控線切割機床的控制器、高頻脈沖電源、驅動器、機床電器部分進行了改造。將原來的晶體管控制器改為單扳機控制器、高頻脈沖電源改成加工電壓為50~80V.DC,功放管增加到5只VMOS高性能功率管提高了功率、脈沖高度和寬度、驅動器和機床電器也進行徹底改造。改造后的CK)1型線切割機床,雖然機床功能很強,機床本身故障率降低了,利用率提高了很多。但是,金剛石復合片的切割加工仍存在切割加工困難、加工效率很低等問題。為了盡快地解決金剛石復合片的切割加工問題,我們走訪了國內電火花加工的有關單位。2001年,我們選具有一般現(xiàn)行線切割機床的基本功能。質量好、控制系統(tǒng)可靠,價格合適,售后服務好、企業(yè)信譽好的DK77)32型產品。

2 對電火花線切割機床的改造

改造目標是,以提高切割電壓;高頻脈沖電源的功率、脈沖寬度、幅度、脈沖占空比調節(jié)來對付金剛石層導電率低的切割困難。平面度垂直度移動直線度為0.01mm,貯絲筒的原跳動0.005mm。發(fā)生斷絲短路等事故停車報警并要有聲音和燈光提示。改造適合切割金剛石復合片的工裝夾具和高頻電源、高頻加工電壓可在60~120V選擇,最大加工電流10A,脈沖寬度和脈沖幅度及脈沖間隙占空比調節(jié)范圍要更大,便于選擇合適的切割加工工藝。修改程序能夠任意在程序中設定切割中空走的速度。導輪、導電塊、擋絲桿必改進。將控制器改造成運行速度快,穩(wěn)定可靠,操作方便的電腦控制器,YH電火花線切割編程控制一體化系統(tǒng)。切割加工中的實際切割速度和空走速度在程序可分別任意設定,將高頻脈沖電源的加工電壓改成在60~120V任意可以選擇,最大加工電流提高到10A,脈沖寬度在1~180us和脈沖間隙在1~400us及占空比在(1B1)~(1B18)任意可選擇。對機床電氣電路,水泵控制電路、運絲電路及運絲正反轉自動換向電器、換向時自動關斷脈沖加工電路、停機制動電路、斷絲停車電路、無人自動值班電路等功能進行了徹底的改進。其中運絲正反轉換向電路應采用最新技術最先進的晶閘管電路實現(xiàn)無觸點、無火花的柔體轉向,達到安全可靠,運行噪聲小等優(yōu)點。工裝夾具改成由一層至五層、有定位、安裝方便、兩邊任意調節(jié)組合的新型工裝,精度高、操作方便。導輪由原來的鋼導輪改為寶石導輪,導輪架由原來的塑料內套改為銅套,導電塊和擋絲棒由原來的普通合金改成耐磨的W2型合金,使用壽命提高了6倍。斷絲、故障報警有聲音和光的提示,便于故障及時處理。改造后的電火花線切割機床,達到了設計要求,運行正常良好,機床功能很強,故障率很低,操作簡單方便,運行機械噪音小,生產效率提高了很多,達到設計目標,可以滿足切割加工金剛石復合片超硬材料的要求。

3 金剛石復合片電火花線切割加工工藝小結

在幾年的金剛石復合片超硬材料切割加工研究中,在線切割機床的改造中,在金剛石復合片切割加工工藝探討中,在金剛石復合片切割加工試驗中,我們總結出如下經(jīng)驗。脈沖電源的調整方法,在切割加工前先調試脈沖電源,步驟如下:選擇合適的脈沖寬度并選擇適當數(shù)量的功放管;把調機輸總第76期2002年第3期西部探礦工程WEST-HINAEXPLORATIONENGINEERINGseriesNo.76May2002出端用導線短路;打開脈沖電源總開關,使其處在調機位置;調節(jié)脈沖電源間隔,并觀察脈沖電源上電流表的電流值,應與脈沖電源短路值一致。檢查完畢,轉換調試開關,關斷總電源,拆掉調機輸出端導線。脈沖電源的短路電流檢查可用功放管的短路電流與典型值是否相符,在正常切割加工過程中,調試開關處于工作狀態(tài),否則容易造成斷絲。脈沖寬度的調整,脈沖寬度越寬,單個脈沖的能量就越大,切割效率也越高,由于放電間隔較大,所以加工穩(wěn)定,但表面光潔度就差,若要表面光潔度好則應選用小脈沖,這樣單個脈沖的能量就小,但由于放電間隔小,加工穩(wěn)定性就差一點,這樣就應根據(jù)不同工件的不同要求,按照上述特點選擇合適的脈沖寬度。脈沖間隔的選擇,由于厚度大的工件排削困難,因此就需要適當加大脈沖間隔時間,這樣一方面是給排削有充裕的時間,另一方面少生成一些電蝕物,防止斷絲,使得加工較穩(wěn)定,一般脈沖寬度與工件厚度成正比。功放管的選擇,功放管是并聯(lián)使用的,功放管數(shù)選擇得越多,加工電源就越大,加工效率也高一些,但在同一脈沖寬度下,加工電源越大表面粗造也就越差。當選用5us窄脈沖進行精加工時,為了保證加工穩(wěn)定性,如果工件厚度大時投入的功放管應多一些,因為功放管較少時,單個脈沖的能量較小,這樣就容易發(fā)生短路,無法穩(wěn)定加工,如果只要求高速而表面粗造度要求不高時,也可以投入較多的功放管子進行加工。如果要提高加工精度,一定要有穩(wěn)定的放電間隙。為了避免由于操作不當引起的過電流,不要在帶負載的情況下切換脈沖開關,再加工中切換,應在運絲電機換向停脈沖時進行。加工中必須注意,對于沒有把握的程序和工件尺寸,可用薄板先試割。合理調整給進速度,給進速度根據(jù)工件厚度、在開機前調好,視電流表穩(wěn)定為止。工作液一定要暢通,否則會引起短路或斷絲,同時要特別注意工作也不可進入機床電器。切割中出現(xiàn)短路現(xiàn)象,(無火花、無進給切割)可用短路自動回退排除。切割過程中盡量避免操作停機,以免出現(xiàn)加工痕跡。為提高加工經(jīng)驗及維修水平,應將每次出現(xiàn)的問題和解決方法詳細記錄。幾種問題的正確處理,臨時停機片刻,假若一程序尚未切割完畢,需要暫時停機片刻?？上汝P閉控制器面板上的高頻開關,然后關閉機床控制面板上的高頻開關,水泵即走絲電機開關。但不要關閉控制器電源,以保持剩下待切程序開機后繼續(xù)切割。對于較長時間停電、停車,除按上述方法停機外,控制器具有停電保持功能,長時間保持為加工完的程序不消失。此時應記下停機時的狀態(tài):加工的程序段,X、Y、J、G、Z值以及間隙補償值。突然斷絲,可按上述方法停機,并利用回原點方法回到起始點重新穿絲。如果所剩切割部分較少,可進行倒割,并在切割完畢時,即時關閉高頻電源開關,以免損傷工件表面。對于需要重新更換鉬絲時,要特別注意檢查斷絲與新絲的直徑之差,若相差太大,則應考慮重新編程序,以保證加工精度。否則原有的垂直度將被破壞,造成工件的破壞。鉬絲相對工作臺的垂直度,其測量方法主要有兩種,一種是光縫測量法,即在燈光下目測鉬絲與垂直度校正器之間的光縫大小,以光縫上下均勻且基本看不見為好。第二種是火花法,即打開高頻電源(功放開關打開一至二個,移動拖板使鉬絲與垂直度校正器滿滿地靠近,碰出火花,調整位置,直到鉬絲靠近校正器時,垂直度校正器上下能同時碰出火花為宜。調整時,須在鉬絲張緊狀態(tài)下進行。在調整X方向的垂直度時,只要松開緊固在下絲臂后端的兩個M10螺釘,前后移動下線架即可調整好垂直度。然后,重新鎖緊。Y方向的垂直度調整,應先松開固定導輪銅套兩只M4螺釘,將導輪銅套兩端蓋旋出少許,左右移動導輪銅套調到合適位置即可。調整后旋緊左右端蓋,擰緊定位螺釘。這是導輪應轉動靈活,不應有卡現(xiàn)象,也不應出現(xiàn)導輪的軸向串動(允許0.002mm)、徑向串動(允許.005mm),否則抖絲厲害,加工超差,甚至斷絲。當導電塊及擋絲棒長期使用已出現(xiàn)凹痕時,應及時調整至新的位置再可使用,如果無法調整,應及時更換,否則會出現(xiàn)接觸不良或斷鉬絲的現(xiàn)象。鉬絲和導電液的選擇也應嚴格遵守金剛石復合片切割工藝。

4 復合片切割加工中常見故障及排除方法

斷絲故障分析及排除方法,斷絲故障是線切割機床常見故障之一,造成這種故障的因素較多,現(xiàn)分析如下。剛開始切割工件即斷絲,產生原因:進給不穩(wěn),開始切入速度太快或電流太大;切割時,工作液沒有正常噴出;鉬絲在貯絲筒上繞絲松緊不一致,造成局部抖絲厲害;導輪及軸承已磨損或導輪軸向及徑向跳動大,造成抖絲厲害;線架尾部擋絲棒沒有調整好,擋絲位置不合適造成疊絲;工件表面有毛刺,氧化皮或銳邊。排除措施:剛開始切入,速度應稍慢一些,若是工件的材料厚薄,逐漸調整速度至合適位置;排除工作液沒有正常噴出的故障;盡量繃緊鉬絲,使之消除抖動現(xiàn)象(必要時可調整導輪位置,是鉬絲完全落入導輪中間槽內);如果繃緊鉬絲、調整導輪位置效果不明顯,則應更換導輪或軸承(一般3~6個月更換一次);檢查鉬絲在擋絲棒位置是否接觸或靠向里側;去處工件表面的毛刺,氧化皮和銳邊等。在切割過程中突然斷絲,產生原因:貯絲筒換向時斷絲的主要原因是,貯絲筒換向時沒有切斷高頻電源,致使鉬絲燒斷;工件材料熱處理不均勻,造成工件變形,夾斷鉬絲;脈沖電源電參數(shù)選擇不當;工作液使用不當,太稀或太臟,以及工作液流量太小;導電塊或擋絲棒與鉬絲接觸不好,或已被鉬絲割成凹痕,造成卡絲;鉬絲質量不好或已霉變發(fā)脆。排除措施:排除貯絲筒換向不切斷高頻脈沖電源的故障;工件材料要求材質均勻,并經(jīng)適當熱處理,是切割是不易變形,且切割效率高,不易斷絲;合理選擇脈沖電參數(shù);經(jīng)常保持工業(yè)的清潔,合理配置工作液;調整導電塊或擋絲棒位置,必要時可更換導輪或擋絲棒;更換鉬絲,切割較厚工件要使用較粗的鉬絲加工。其它一些斷絲故障:導輪不轉或不靈活,鉬絲與導輪造成滑動磨擦而把鉬絲拉斷。應重新調整導輪,電極絲受傷后,也會引起加工過程中的斷絲,緊絲時,一定要用緊絲輪緊絲,不可用不恰當?shù)墓ぞ?。在工件接近切割完時斷絲,這種現(xiàn)象往往是工件材料變形,將電極絲夾斷,并在斷絲前會出現(xiàn)短路。主要解決辦法是選擇正確的切割路線和材料,從而最大限度的減少變形。工件切割完時跌落撞斷電極絲,一般可在快切割完時用磁鐵吸住工件,防止跌落撞斷電極絲。空運轉時斷絲,主要可檢查鉬絲是否在導輪槽內,鉬絲排列有無疊絲現(xiàn)象,可檢查貯絲筒轉動是否靈活,還可檢查導電塊擋絲棒是否已割出溝痕。