謝冬和

(株洲職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南株洲 412000)

我們在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中所使用的電火花線切割機(jī)型號是DK7732型，為江蘇某廠生產(chǎn)的快走絲電火花線切割機(jī)。DK7732型快走絲線切割機(jī)具有價(jià)格便宜、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因而在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用得比較廣泛，特別是在模具制造行業(yè)應(yīng)用尤為普遍，常用來加工凸模、凹模及凸凹模等零件。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)其存在一些問題，正是由于這些問題的存在，給該型號線切割機(jī)的使用帶來了一定的限制。

1 存在的問題

(1)在導(dǎo)電塊上存在線切割痕跡

我們在使用該型號線切割機(jī)切割中大厚工件(工件厚度大于60 mm)或軟基材料如鋁、銅時(shí)，發(fā)現(xiàn)鉬絲在逆向(面向控制板站立，順時(shí)針方向?yàn)檎蜻\(yùn)行)運(yùn)行時(shí)，鉬絲與導(dǎo)電塊之間有火花產(chǎn)生，此火花時(shí)有時(shí)無，時(shí)大時(shí)小。這種現(xiàn)象雖然不會(huì)對設(shè)備產(chǎn)生其他的影響，但會(huì)導(dǎo)致線切割速度變緩及鉬絲、導(dǎo)電塊損耗增大，尤其是在切割鋁件、銅件時(shí)鉬絲及導(dǎo)電塊的損耗更加明顯，并且在導(dǎo)電塊表面產(chǎn)生較深的切槽，此切槽在安裝鉬絲或切割時(shí)易卡住鉬絲，增大切割阻力而造成鉬絲拉斷。

(2)鉬絲存在拉斷現(xiàn)象

在切割中大厚工件時(shí)，由于切割鉬絲作用距離增大，使得切割效果減弱及冷卻液沖刷困難，切割間隙內(nèi)的蝕熔物不能及時(shí)排出，降低了線切割機(jī)的放電能力，造成電蝕的速度要小于進(jìn)給速度形成短路時(shí)，由于鉬絲與導(dǎo)電塊在接觸部位繼續(xù)放電，反饋系統(tǒng)就會(huì)誤判斷而繼續(xù)進(jìn)給，鉬絲與工件之間就會(huì)產(chǎn)生一種純機(jī)械摩擦，造成工件的機(jī)械性拉傷以及鉬絲的迅速摩損，形成“粘絲”現(xiàn)象。這也是靠導(dǎo)電塊供電的快走絲線切割機(jī)加工鋁、銅等軟質(zhì)金屬時(shí)共有的弊端。

(3)不正常放電現(xiàn)象

線切割機(jī)在正常切割時(shí)鉬絲與導(dǎo)電塊之間也會(huì)產(chǎn)生放電，但這種放電在鉬絲張緊程度較好時(shí)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)不大，隨著使用時(shí)間的增加，鉬絲的切割過程中因拉緊力及切割力會(huì)造成鉬絲在一定程度上的拉長，加之，鉬絲的正反向高速運(yùn)行，尤其是在逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其產(chǎn)生的慣性作用，使得鉬絲與導(dǎo)電塊之間產(chǎn)生極小的間隙，而這間隙就會(huì)導(dǎo)致鉬絲與導(dǎo)電塊之間產(chǎn)生放電。這種放電現(xiàn)象使得傳遞到鉬絲與工件間的電流變小，切割速度降低。

2 解決方法

我們針對DK7732型線切割機(jī)在使用中所存在的問題進(jìn)行了分析，具體分析及解決方法如下。

(1)針對切割厚度大的解決方法

加大單個(gè)脈沖的能量，包括電流、電壓、脈寬等參數(shù)，使得放電間隙增大，改善冷卻液的進(jìn)入和排出，選用流動(dòng)性好和排污能力好的冷卻液并及時(shí)更換。但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，加大單個(gè)脈沖的能量如電流、電壓、脈寬時(shí)，雖然對加快切割速度有一定的好處，但也產(chǎn)生負(fù)面作用。鉬絲在使用一段時(shí)間后容易斷，鉬絲損耗增大。檢查斷口發(fā)現(xiàn)，斷口呈燒斷痕跡，說明隨著單個(gè)脈沖能量的增加，放電溫度也隨之升高。

(2)針對加工鋁件、銅件等軟金屬的常規(guī)解決方法

由于鋁、銅等軟質(zhì)金屬在切割過程中，產(chǎn)生大量的氧化物粘附在鉬絲上，造成鉬絲與導(dǎo)電塊之間產(chǎn)生放電。從理論上講，清除這些粘附在鉬絲上的氧化物就可以降低導(dǎo)電塊與鉬絲間的放電危險(xiǎn)。因此，在適當(dāng)位置增加清潔裝置(如橡膠刮板)以清除鉬絲表面上的氧化物，并及時(shí)調(diào)整導(dǎo)電塊的工作位置。

(3)針對加工過程中鉬絲松動(dòng)而導(dǎo)致鉬絲與工件間存在間隙的解決方法

在加工過程中根據(jù)鉬絲的使用情況，及時(shí)調(diào)整鉬絲的松緊程度，使鉬絲與導(dǎo)電塊很好地貼合，這樣可以減小鉬絲與導(dǎo)電塊之間放電的幾率。

根據(jù)測試，以上方案在切割厚度≤45 mm的工件時(shí)效果比較明顯，但對于厚度＞50 mm的工件特別是軟質(zhì)金屬時(shí)的“粘絲”及“斷絲”問題等方面效果不是很明顯，還需要進(jìn)一步加以改進(jìn)。

3 繼續(xù)改進(jìn)的分析及解決方法

對電火花線切割機(jī)的工作原理進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)同類型線切割機(jī)的共同點(diǎn)就是工件接正極，導(dǎo)電塊接負(fù)極，鉬絲與導(dǎo)電塊接觸而帶負(fù)電，并且加工中的間隙電壓也由負(fù)極反饋給控制系統(tǒng)。DK7732型線切割機(jī)床的負(fù)極電是由上下導(dǎo)電塊(上橫梁上裝一個(gè)導(dǎo)電塊，下橫梁上裝兩個(gè)導(dǎo)電塊)與鉬絲相接觸將負(fù)電傳遞給鉬絲，間隙電壓再由鉬絲經(jīng)由導(dǎo)電塊傳遞給反饋系統(tǒng)(見圖1)。這套系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，故現(xiàn)在被大多數(shù)的快走絲制造商所采用，其缺點(diǎn)就是鉬絲和導(dǎo)電塊之間的接觸太小，尤其是在切割鋁件、銅件等軟質(zhì)金屬時(shí)，很容易出現(xiàn)前面所分析的“斷絲”、“粘絲”現(xiàn)象。

為此，我們設(shè)計(jì)了兩種解決方法:一種是將負(fù)極后移，使負(fù)極線與儲(chǔ)絲筒相聯(lián)，通過儲(chǔ)絲筒寬大的平面將電供給鉬絲(見圖2);另一種是把負(fù)極前移，使負(fù)極線通過銅接線柱將電傳遞給前導(dǎo)輪(見圖3)。對這兩種傳電方式，我們先進(jìn)行可行性分析，再進(jìn)行測試。

(1)負(fù)極電后移

即直接將負(fù)極線移至儲(chǔ)絲筒處，取消導(dǎo)電塊或?qū)?dǎo)電塊僅作為支架使用，使負(fù)極線與儲(chǔ)絲筒并為一體，讓負(fù)極電通過儲(chǔ)絲筒寬大的平面直接傳遞給電極絲。由于電極絲和儲(chǔ)絲筒的接觸是一個(gè)較大的面接觸，電極絲接觸的有效長度增大，這樣解決了電極絲與電源的接觸可靠性問題。但是，在線切割較大厚度的鋁件或銅件、鐵件時(shí)，步速開至 100 μm/s，時(shí)間稍長，就會(huì)出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象。檢查斷口，確定是機(jī)械拉傷而非燒斷，即切割速度跟不上工件移動(dòng)速度，導(dǎo)致鉬絲拉斷。分析其原因，由于負(fù)極線與儲(chǔ)絲筒連在一起，電流通過運(yùn)轉(zhuǎn)的鉬絲傳遞，由于距離太遠(yuǎn)，使得一部分電流在傳遞過程中損耗，造成放電能量變小，切割速度變慢，導(dǎo)致鉬絲拉斷。并且這種方法帶來兩個(gè)弊端:一是儲(chǔ)絲筒工作時(shí)需要高速往復(fù)來回游走，負(fù)極線接進(jìn)儲(chǔ)絲筒時(shí)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，改造困難;其次，最主要的是儲(chǔ)絲筒在導(dǎo)輪后方，電流由儲(chǔ)絲筒到工件的工作路程較遠(yuǎn)，且鉬絲較細(xì)，電流傳遞有限，影響線切割工作效率。

(2)負(fù)極電前移

即取消導(dǎo)電塊或者導(dǎo)電塊僅作為支架使用，將負(fù)極線與上、下導(dǎo)輪重合，讓負(fù)極電通過導(dǎo)輪端蓋到前導(dǎo)輪再傳遞給鉬絲。由于鉬絲和導(dǎo)輪間存在一個(gè)90°垂直的接觸面，并且由于鉬絲在上、下導(dǎo)輪間存在反向作用力，保證了接觸的可靠性，確保了這種加電方式的可行性。并且，從負(fù)極線到端蓋到導(dǎo)輪到鉬絲再到工件，這中間傳遞的距離比未改之前還要短，盡管鉬絲的直徑較小，傳遞過程中的能量損耗比以前要小，對切割速度的影響應(yīng)該比未改以前要好。但是，如何把電可靠地傳遞給高速旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)輪就成了一個(gè)難題。

經(jīng)過對導(dǎo)輪組進(jìn)行仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)輪的兩端分別是一個(gè)滾動(dòng)軸承，用螺母鎖緊，滾動(dòng)軸承安裝在軸承座上，然后再安裝在線切割機(jī)支架上用定位螺釘固定好。軸承座的兩端是一個(gè)帶螺紋的銅端蓋，里面是一些潤滑油脂，用來潤滑滾動(dòng)軸承。根據(jù)前面的分析，再結(jié)合此軸承座結(jié)構(gòu)，要想將負(fù)極線聯(lián)接到軸承座上，再通過軸承座將負(fù)極電傳遞到導(dǎo)輪及鉬絲上，先必須對軸承座及軸承端蓋進(jìn)行改造。改造后的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

改造方法如下:將軸承端蓋取下，在中心鉆1個(gè)φ5 mm的孔，然后攻成M6的絲，將M6×25 mm的銅螺桿安裝在上面，其兩端分別用M6的螺母鎖緊以防止松動(dòng)，負(fù)極線及反饋線就安裝在兩端的銅螺桿上，再用螺母鎖緊，以防止負(fù)極線松脫。在這里需要注意的是端蓋內(nèi)鎖緊螺母不要與導(dǎo)輪的鎖緊螺母相碰，否則會(huì)出現(xiàn)相互干涉現(xiàn)象，影響使用。

接照此方法對軸承座進(jìn)行改造，可順利實(shí)現(xiàn)對高速導(dǎo)輪的加電。用改造后的DK7732型線切割機(jī)進(jìn)行切割驗(yàn)證，調(diào)整相同的切割參數(shù)包括電壓、電流、脈寬等，對相同的工件進(jìn)行切割測試，線切割機(jī)以前所存在如“放電間隙”、“早期斷絲”、“粘絲”等現(xiàn)象基本解決，線切割效果相比以前有了很大改觀。

4 負(fù)極電前移加電方式的可行性分析

運(yùn)用螺桿、螺母將負(fù)極導(dǎo)線連接在銅端蓋上，電流經(jīng)銅端蓋到銅套，再經(jīng)軸承傳到導(dǎo)輪上，最終到達(dá)鉬絲上，而且由于電流經(jīng)過時(shí)，在銅套外圈嵌有一圈用有機(jī)玻璃制成的環(huán)套，形成了良好的絕緣層，減少了能量的損耗。運(yùn)用銅端蓋供電方式不但解決了前一種方法因摩擦引起的弊端，而且可以阻擋灰塵、雜質(zhì)的進(jìn)入，適當(dāng)提高軸承的壽命，徹底解決了前種方法的弊端。

為防止能量傳遞的不充分，采用上、下導(dǎo)輪的兩端即4點(diǎn)全部接工作電源負(fù)極線，增加能量傳遞的可靠性。通過改進(jìn)，對大厚度工件進(jìn)行加工時(shí)效果明顯，避免了斷絲、粘絲現(xiàn)象的出現(xiàn)，而且加工表面質(zhì)量和加工效率明顯提高，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，改造費(fèi)用也很低。

5 結(jié)語

我們以極低的成本順利地對DK7732線切割機(jī)進(jìn)行了改造，從使用情況來看，完全能夠勝任大厚度鋁件及鐵件的切割工作。在使用過程中，沒有發(fā)現(xiàn)以前那種斷絲頻繁的現(xiàn)象，為教學(xué)及生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障。

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