錨桿鉆頭金剛石復(fù)合片的切割

1 金剛石復(fù)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(jī)床蘇州長風(fēng)廠1977年生產(chǎn)的分立元件晶體管CK)1型程控線切機(jī)床進(jìn)行金剛石復(fù)合片的切割加工試驗(yàn),由于這臺機(jī)床生產(chǎn)的年代很早,當(dāng)時(shí)的控制技術(shù)還很不成熟,加之晶體管分立元件手工焊接點(diǎn)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(jī)床電器等原因,復(fù)合片的切割試驗(yàn)工作很困難,不是切不動就是機(jī)床出故障。為此,1998年對CK)1型程控線切割機(jī)床的控制器、高頻脈沖電源、驅(qū)動器、機(jī)床電器部分進(jìn)行了改造。將原來的晶體管控制器改為單扳機(jī)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(qū)動器和機(jī)床電器也進(jìn)行徹底改造。改造后的CK)1型線切割機(jī)床,雖然機(jī)床功能很強(qiáng),機(jī)床本身故障率降低了,利用率提高了很多。但是,金剛石復(fù)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(fù)合片的切割加工問題,我們走訪了國內(nèi)電火花加工的有關(guān)單位。2001年,我們選具有一般現(xiàn)行線切割機(jī)床的基本功能。質(zhì)量好、控制系統(tǒng)可靠,價(jià)格合適,售后服務(wù)好、企業(yè)信譽(yù)好的DK77)32型產(chǎn)品。

2 對電火花線切割機(jī)床的改造

改造目標(biāo)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(diào)節(jié)來對付金剛石層導(dǎo)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(bào)警并要有聲音和燈光提示。改造適合切割金剛石復(fù)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(diào)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(shè)定切割中空走的速度。導(dǎo)輪、導(dǎo)電塊、擋絲桿必改進(jìn)。將控制器改造成運(yùn)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(shí)際切割速度和空走速度在程序可分別任意設(shè)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(jī)床電氣電路,水泵控制電路、運(yùn)絲電路及運(yùn)絲正反轉(zhuǎn)自動換向電器、換向時(shí)自動關(guān)斷脈沖加工電路、停機(jī)制動電路、斷絲停車電路、無人自動值班電路等功能進(jìn)行了徹底的改進(jìn)。其中運(yùn)絲正反轉(zhuǎn)換向電路應(yīng)采用最新技術(shù)最先進(jìn)的晶閘管電路實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)、無火花的柔體轉(zhuǎn)向,達(dá)到安全可靠,運(yùn)行噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。工裝夾具改成由一層至五層、有定位、安裝方便、兩邊任意調(diào)節(jié)組合的新型工裝,精度高、操作方便。導(dǎo)輪由原來的鋼導(dǎo)輪改為寶石導(dǎo)輪,導(dǎo)輪架由原來的塑料內(nèi)套改為銅套,導(dǎo)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(bào)警有聲音和光的提示,便于故障及時(shí)處理。改造后的電火花線切割機(jī)床,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,運(yùn)行正常良好,機(jī)床功能很強(qiáng),故障率很低,操作簡單方便,運(yùn)行機(jī)械噪音小,生產(chǎn)效率提高了很多,達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo),可以滿足切割加工金剛石復(fù)合片超硬材料的要求。

3 金剛石復(fù)合片電火花線切割加工工藝小結(jié)

在幾年的金剛石復(fù)合片超硬材料切割加工研究中,在線切割機(jī)床的改造中,在金剛石復(fù)合片切割加工工藝探討中,在金剛石復(fù)合片切割加工試驗(yàn)中,我們總結(jié)出如下經(jīng)驗(yàn)。脈沖電源的調(diào)整方法,在切割加工前先調(diào)試脈沖電源,步驟如下:選擇合適的脈沖寬度并選擇適當(dāng)數(shù)量的功放管;把調(diào)機(jī)輸總第76期2002年第3期西部探礦工程WEST-HINAEXPLORATIONENGINEERINGseriesNo.76May2002出端用導(dǎo)線短路;打開脈沖電源總開關(guān),使其處在調(diào)機(jī)位置;調(diào)節(jié)脈沖電源間隔,并觀察脈沖電源上電流表的電流值,應(yīng)與脈沖電源短路值一致。檢查完畢,轉(zhuǎn)換調(diào)試開關(guān),關(guān)斷總電源,拆掉調(diào)機(jī)輸出端導(dǎo)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(diào)試開關(guān)處于工作狀態(tài),否則容易造成斷絲。脈沖寬度的調(diào)整,脈沖寬度越寬,單個(gè)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(yīng)選用小脈沖,這樣單個(gè)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(diǎn),這樣就應(yīng)根據(jù)不同工件的不同要求,按照上述特點(diǎn)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(dāng)加大脈沖間隔時(shí)間,這樣一方面是給排削有充裕的時(shí)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(dāng)選用5us窄脈沖進(jìn)行精加工時(shí),為了保證加工穩(wěn)定性,如果工件厚度大時(shí)投入的功放管應(yīng)多一些,因?yàn)楣Ψ殴茌^少時(shí),單個(gè)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(shí),也可以投入較多的功放管子進(jìn)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(dāng)引起的過電流,不要在帶負(fù)載的情況下切換脈沖開關(guān),再加工中切換,應(yīng)在運(yùn)絲電機(jī)換向停脈沖時(shí)進(jìn)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(diào)整給進(jìn)速度,給進(jìn)速度根據(jù)工件厚度、在開機(jī)前調(diào)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(shí)要特別注意工作也不可進(jìn)入機(jī)床電器。切割中出現(xiàn)短路現(xiàn)象,(無火花、無進(jìn)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(jī),以免出現(xiàn)加工痕跡。為提高加工經(jīng)驗(yàn)及維修水平,應(yīng)將每次出現(xiàn)的問題和解決方法詳細(xì)記錄。幾種問題的正確處理,臨時(shí)停機(jī)片刻,假若一程序尚未切割完畢,需要暫時(shí)停機(jī)片刻。可先關(guān)閉控制器面板上的高頻開關(guān),然后關(guān)閉機(jī)床控制面板上的高頻開關(guān),水泵即走絲電機(jī)開關(guān)。但不要關(guān)閉控制器電源,以保持剩下待切程序開機(jī)后繼續(xù)切割。對于較長時(shí)間停電、停車,除按上述方法停機(jī)外,控制器具有停電保持功能,長時(shí)間保持為加工完的程序不消失。此時(shí)應(yīng)記下停機(jī)時(shí)的狀態(tài):加工的程序段,X、Y、J、G、Z值以及間隙補(bǔ)償值。突然斷絲,可按上述方法停機(jī),并利用回原點(diǎn)方法回到起始點(diǎn)重新穿絲。如果所剩切割部分較少,可進(jìn)行倒割,并在切割完畢時(shí),即時(shí)關(guān)閉高頻電源開關(guān),以免損傷工件表面。對于需要重新更換鉬絲時(shí),要特別注意檢查斷絲與新絲的直徑之差,若相差太大,則應(yīng)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(guān)打開一至二個(gè),移動拖板使鉬絲與垂直度校正器滿滿地靠近,碰出火花,調(diào)整位置,直到鉬絲靠近校正器時(shí),垂直度校正器上下能同時(shí)碰出火花為宜。調(diào)整時(shí),須在鉬絲張緊狀態(tài)下進(jìn)行。在調(diào)整X方向的垂直度時(shí),只要松開緊固在下絲臂后端的兩個(gè)M10螺釘,前后移動下線架即可調(diào)整好垂直度。然后,重新鎖緊。Y方向的垂直度調(diào)整,應(yīng)先松開固定導(dǎo)輪銅套兩只M4螺釘,將導(dǎo)輪銅套兩端蓋旋出少許,左右移動導(dǎo)輪銅套調(diào)到合適位置即可。調(diào)整后旋緊左右端蓋,擰緊定位螺釘。這是導(dǎo)輪應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活,不應(yīng)有卡現(xiàn)象,也不應(yīng)出現(xiàn)導(dǎo)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(dāng)導(dǎo)電塊及擋絲棒長期使用已出現(xiàn)凹痕時(shí),應(yīng)及時(shí)調(diào)整至新的位置再可使用,如果無法調(diào)整,應(yīng)及時(shí)更換,否則會出現(xiàn)接觸不良或斷鉬絲的現(xiàn)象。鉬絲和導(dǎo)電液的選擇也應(yīng)嚴(yán)格遵守金剛石復(fù)合片切割工藝。

4 復(fù)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(jī)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(chǎn)生原因:進(jìn)給不穩(wěn),開始切入速度太快或電流太大;切割時(shí),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(dǎo)輪及軸承已磨損或?qū)л嗇S向及徑向跳動大,造成抖絲厲害;線架尾部擋絲棒沒有調(diào)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(yīng)稍慢一些,若是工件的材料厚薄,逐漸調(diào)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(shí)可調(diào)整導(dǎo)輪位置,是鉬絲完全落入導(dǎo)輪中間槽內(nèi));如果繃緊鉬絲、調(diào)整導(dǎo)輪位置效果不明顯,則應(yīng)更換導(dǎo)輪或軸承(一般3~6個(gè)月更換一次);檢查鉬絲在擋絲棒位置是否接觸或靠向里側(cè);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(chǎn)生原因:貯絲筒換向時(shí)斷絲的主要原因是,貯絲筒換向時(shí)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(dāng);工作液使用不當(dāng),太稀或太臟,以及工作液流量太小;導(dǎo)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(zhì)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(zhì)均勻,并經(jīng)適當(dāng)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(diào)整導(dǎo)電塊或擋絲棒位置,必要時(shí)可更換導(dǎo)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(dǎo)輪不轉(zhuǎn)或不靈活,鉬絲與導(dǎo)輪造成滑動磨擦而把鉬絲拉斷。應(yīng)重新調(diào)整導(dǎo)輪,電極絲受傷后,也會引起加工過程中的斷絲,緊絲時(shí),一定要用緊絲輪緊絲,不可用不恰當(dāng)?shù)墓ぞ?。在工件接近切割完時(shí)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(shí)跌落撞斷電極絲,一般可在快切割完時(shí)用磁鐵吸住工件,防止跌落撞斷電極絲?？者\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)斷絲,主要可檢查鉬絲是否在導(dǎo)輪槽內(nèi),鉬絲排列有無疊絲現(xiàn)象,可檢查貯絲筒轉(zhuǎn)動是否靈活,還可檢查導(dǎo)電塊擋絲棒是否已割出溝痕。