机械工程师MECHANICALENGINEER快走丝线切割机厚大工件加工影响因素分析谢冬和（湖南汽车工程职业学院机电工程系，湖南株洲412001）摘快走丝线切割机在切割厚大工件时，易出现切割不稳定、短路及断丝等问题，通过在DK7732型快走丝线切割机上要：加工厚大工件试验，从电参数、切削液及运丝系统等方面进行综合分析，提出了加工厚大工件的工艺方法。快走丝线切割机；厚大工件加工；影响因素；研究关键词：中图分类号:TG483.1文献标志码:粤文章编号：员园园圆原圆猿猿猿（圆园员9）09原园124原园3InfluencingFactorsAnalysisonProcessingCuttingThickandLargePartswithHS-WEDMXIEDonghe（DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,HunanAutomotiveEngineeringVocationalCollege,Zhuzhou412001,China）Abstract:HS-WEDMispronetoproblemssuchasunstablecutting,shortcircuitandbrokenwirewhencuttingthickfromtheaspectsofelectricalparameters,cuttingfluidsandwirehandlingsystems.Aprocessforprocessingthickworkpiecesisproposed.Keywords:HS-WEDM;thickworkpieceprocessing;influencingfactors;researchworkpieces.ThroughtheprocessingofthickworkpiecesontheDK7732HS-WEDM,comprehensiveanalysisiscarriedout0引言越难以被冲出，对钼丝的阻尼力越大。钼丝在运行过程中受到的阻尼力与工件厚度及运行速度成正比，因此在切割厚大工件时，张紧的钼丝很快会被拉长而变得松弛，运行中产生较大的抖动，与导电块之间产生细微间隙，此间隙导致钼丝进电不稳，会出现拉切、短路及断丝现象，造成切割效率下降。2切割加工厚大工件时的问题分析根据厚大工件的加工特性，结合快走丝线切割机的切割原理，从下列几个方面对存在的问题进行分析。2.1预置进给速度的设置在切割厚大工件时，钼丝与工件间的接触长度较长，放电点相对于薄工件有所增多，需要的脉冲能量增大，如果仍采用较小的脉冲能量来切割，会因放电能量过小而不能击穿极间工作介质，使切割变得极不稳定，易出现拉切、短路及断丝现象。因此，切割厚大工件时要采取较大的脉冲能量，并适当增大预置进给速度，使一些脉冲处于空闲状态以降低钼丝的抖动，从而提高切割稳定性并避免短路、断丝现象的发生。2.2切削液的影响由于工件厚度尺寸大，切割时切削液难以随钼丝的运行贯穿整个工件，切割中产生的电蚀物不能及时被冲出，黏结成团堵塞放电通道，增大了钼丝的动态运行阻力，并使放电通道不能及时消电离。如果切削液黏度大、流动性差，则其更难以随钼丝的运行进入到工件中心，会使钼丝冷却不均出现短路及断丝，因此要求切削液具有良好的流动性及合适的冲刷力，切割中产生的电蚀物才能及时被冲出，有助于降低钼丝的运行阻力及降低钼丝的拉力，延长钼丝使用寿命。不同切削液状态下的切割情况如表2所示。随着生产技术要求的不断提高，厚度150mm及以上的大型注塑模模芯及厚大直壁异型零件的需求不断增加，工件的厚度尺寸也在不断增大，加工这类零件的工艺方法较多，目前首选还是使用快走丝线切割机加工，但使用快走丝线切割机加工厚度超过150mm的工件时比较困难，在切割过程中会出现拉切、短路及断丝现象，使工件表面质量下降及切割效率明显降低。因此，必须对厚大工件的切割过程进行分析研究，以提高厚大工件切割稳定性及切割质量，减少短路及断丝现象的发生。1切割中存在的问题为了能更好地分析研究厚大工件在切割过程中存在的问题，在同一台DK7732型快走丝线切割机上对比切割了两个外形尺寸相同、厚度尺寸不同的工件，得到了如表1所示的试验数据表1不同厚度工件的切割情况切割速度V/(mm2·min-1)78.4610.53表面粗糙度Ra/滋m2.382.14材料厚度/mm40150钼丝运行情况（运行3h）张紧力无明显变化松弛、短路频繁试验条件：脉宽60滋s；空载电压100V；脉间20滋s；平均加工电流2.5从上述的切割数据及切割情况可以得知：1）电参数相同情况下，单个脉冲能量的电蚀量相同，工件越厚，切割速度越慢。当切割速度明显低于预置进给速度时就会出现拉切现象，尽管工件切割面上的切割条纹较细、粗糙度值低，但工件表面会有明显的拉切痕迹。2）在快走丝线切割加工中，钼丝运行速度越快，受到的阻力越大；工件厚度尺寸越厚，工件中心区域的电蚀物A；工作液：12%乳化液水剂切削液；丝速25m/s；跟踪：8；材料Cr12。124圆园员9年第9期网址：www.jxgcs.com电邮：hrbengineer@163.com机械工程师MECHANICALENGINEER表2不同切削液时的切割状况切削液种类蒸馏水乳化液乳化油切割速度V/表面粗糙度(mm2·min-1)Ra/滋m11.52.5810.67.63.142.38钼丝切割状况钼丝被拉长但未断丝钼丝被拉长但未断丝短路及断丝被拉长，出现拉切、断。在切割厚大工件时钼丝受到的阻尼力较大，极易松弛及抖动幅度增大，出现切割不稳定，因此为保证钼丝在切割时始终保持一定的张紧力，使钼丝能够紧贴在导电块及导轮上，可在图2所示位置加一个钼丝张紧装置。加装的钼丝张紧装置如图3所示，它依靠弹簧力的作用使钼丝在运行中始终保持一定的张紧力，并使钼丝能够始终紧贴在导电块及导轮上，钼丝进电可靠，切割变得更加可靠。34567891011储丝筒接负极硬质合金块下导轮座储丝筒排丝轮导电块接正极接负极导电块工件下导轮座上导轮座试验条件：脉宽60滋s；空载电压100V；脉间20滋s；平均加工电流2.5A；丝速从表2中的数据得知，用蒸馏水及乳化液作切削液进行切割时的速度较快，用乳化油最慢，其原因是蒸馏水及乳化液的黏度低，流动性及跟随性都较好，切割中产生的电蚀物能及时被冲走，保证了放电通道的及时消电离。从表2中还可得知，采用乳化油切割时的切割面质量要好些，原因是乳化油的介电性好，能够使放电通道内的放电均布且每个放电点上的脉冲能量均匀，形成的放电坑大小基本一致，而蒸馏水及乳化液的介电性相比较差，放电通道内的放电点均匀性差。2.3电参数的影响切割厚大工件时钼丝上的放电点要比切割薄件时多，需要较多的脉冲能量才能保证具有良好的切割效率，而增大脉冲能量的措施主要靠增大峰值电流、脉宽来实现，但在增大脉冲能量的同时会产生一些不利因素，在选取时应根据具体情况综合考虑。1）增大脉宽即增加脉冲的作用时间，单个脉冲能量25m/s；工件厚度150mm；跟踪：8；材料Cr12；切割时间2h。图1原钼丝受电示意图排丝轮导轮上导轮座接正极工件图2加装张紧装置示意图弹簧还可吸收钼丝在运行中产生的低频大幅度抖动，使2增大，切割速度加快、温度上升也快，会造成表面粗糙、淬硬层增厚，工件内应力增大，影响切割件精度；减小脉宽即缩短脉冲作用时间，脉冲能量降低，切割速度慢，淬硬层薄、内应力小，切割精度好，但易出现汽化切割且切割效率低。2）峰值电流大，脉冲能量也大，对切割厚大工件有峰值电流小，脉冲能量也小，切割中如果能量过小，达不到切割要求，放电通道难以形成，会产生短路频发现象。2.4钼丝运行速度的影响慢走丝线切割机加工时整个工件都浸泡在切削液中，切削液能顺利进入工件的中心部位，切割中产生的电蚀物随钼丝的运行及时排出。而快走丝线切割机加工时，工件安装在工作台上，切削液从上下两个喷嘴中螺旋喷出，并随钼丝的运行进入工件中心区域带出电蚀物，钼丝速度快、携带工作液的能力强，但速度快，产生的惯性力大，越容易被拉长，因此在切割厚大工件时，应根据工艺要求、切削液及电参数情况，合理地选择钼丝的运行速度，保证切割的稳定进行。2.5增加钼丝张紧装置DK7732型快走丝线切割机采用钼丝在导电块上无1图3钼丝自动张紧器利，但电流过大会使钼丝过热而烧断，切割稳定性下降；1援紧固螺母2援垫片3援弹簧4援导轨5援导轮固定架6援导电柱7援滑套8援固定板9援导轨固定套10援螺孔11援螺杆2.6试验测试按照上述方法在DK7732型快走丝线切割机上加装钼丝张紧装置，并进行厚大工件的切割对比试验，得到如表3所示的数据。从线切割机的运行情况来看，由于张紧装置的作用，钼丝始终紧贴在导电块及导轮上，运行中的抖动幅度得到了有效控制，钼丝进电可靠，改进后的快走丝线切割机在切厚大工件时性能有了较大提高，工件的切割质量也有了明显提高。试件效果图如图4及图5所示。束滑行的方式受电(如图1所示)，由于没有专门的张紧机构(慢走丝有专门的张紧机构)，增加钼丝的张紧力主要靠绕丝时的预紧力及在切割一段时间后停机对钼丝的收紧来实现。因受钼丝直径限制，绕丝时的预紧力不能太大，否则会降低钼丝的抗拉力，在往复惯性力的作用下会崩图4改进前表面质量图5改进后表面质量（下转第130页）网址：www.jxgcs.com电邮：hrbengineer@163.com圆园员9年第9期125机械工程师MECHANICALENGINEER过局部细化网格的方法，弥补智能网格划分方法的不足。最后通过多次尝试，找到网格质量和计算精度之间的契合点，即模型进行了较为合理的网格划分，同时又控制了[7]
网格的数量。4）施加电压。分析模型上断面与此处的等位线垂直，取第二类边界条件。电缆连接外壳和电缆终端连接导体的表面取第一类边界条件，电缆终端连接导体侧施加1050kV的电压，电缆连接外壳侧施加0kV的电压。电场仿真计算结果如图4所示，最大场强为20.6kV/mm，小于判据25.8kV/mm，且有一定的安全裕度。5结语本文结合国家电网公司的科技项目研究《GIS组合电器设备高压电缆快速连接研究》，以220kV气体绝缘金属封闭开关设备的电缆连接装置的30毅角转弯为例，提出了一种新型电缆连接方案。该方案满足了相关标准的规图4电场分布图定，同时降低了土建建设成本和施工难度，降低了安装施工和运行维护难度。（上接第125页）对比项改进前改进后该方案将指导110kV、220kVGIS变电站的设计和现场施工，同时也将指导厂家生产气体绝缘金属封闭开关设备用高压电缆快速连接装置，可推广应用于电力企业。[参考文献][1]CableConnectionsforGas-InsulatedSwitchgearforRatedVoltagesof72,5kVandAbove-Fluid-TypeCable-Terminations:IEC/TS60859-1999[S].电力工程电缆设计规范:GB50217-2007[S].北京:人民邮电出版社,2013:379-394.出版社,2014:147-247.231.高压、超高压交联聚乙烯绝缘电力电缆选用手册[Z].Metal-EnclosedFilledandExtrudedInsulationCables-Fluid-FilledandDry[2][3][4][5][6][7]黄志新,刘成柱.ANSYSWORKBENCH14.0超级学习手册[M].任朝军.UGNX8.5中文版机械设计从零开始[M].北京:电子工业黎斌.SF6高压电器设计[M].北京:机械工业出版社,2003:229-徐建源,路璐,林莘.1100kVGIS隔离开关的电场数值计算与分析[J].高电压技术，2008,34(10):2102-2106.（责任编辑张立明）作者简介：李世彪（1990—），男，本科，工程师，从事气体绝缘金属封闭开关设备的研究和设计工作。收稿日期：2019-01-14表3改进前后情况对比钼丝情况钼丝松弛、短路、断丝未松动[参考文献][1]曹凤国.电火花加工技术[M].北京:化学工业出版社,2004.制造技术与机床,2006(3):66-69.[2]牟联常.数控快走丝电火花线切割加工工艺方法研究[J].[3]谢冬和.DK7732型快走丝电火花线切割机加工工艺的改[4]高慧.快走丝线切割加工中断丝问题的分析及处理[J].北京工业职业技术学院学报,2008,7(2):44-47.（责任编辑马忠臣）作者简介：谢冬和（1964—），男，高级工程师，主要从事机械制造方面的教学工作。收稿日期：2019-04-03进[J].制造技术与机床,2016(6):108-110.钼丝稳定性导电块处情况钼丝接触状况稳定性较差稳定性好有火花放电无接触不稳定接触稳定可靠试验条件：脉宽60滋s；空载电压100V；脉间20滋s；平均加工电流2.5A；丝速253结论通过对DK7732型快走丝线切割机的运丝系统进行适当改进，再根据工件情况及工艺要求，在切割时选择合适的电参数、切削液及较低的钼丝运行速度，能够完成厚大工件的切割加工，切割过程运行稳定，切割出的工件质量能够满足工艺要求。（上接第127页）3）辊道。该企业棒m/s；工件厚度150mm；跟踪：8；材料Cr12。设备占用率高等问题，提出三种自动上料方案，通过比较分析，选择顶杆式上料机构作为最终方案，并对其关键的料架、顶杆机构、辊道等结构进行详细设计。目前，该方案已得到工厂的初步认可，该方案的实施可以降低该企业龙门吊床等设备的使用率，提高上料的效率和自动化程度，并降低工人的劳动强度，下一步将按照该方案实施具体改造。[参考文献][1][2]王雷,李明,杨成刚,等.工业送料机构设计、建模与PLC控制[J].重庆理工大学学报（自然科学版）,2015,29(7)：24-28.佚名.自动上料装置中的各种机构[DB/OL].[2018-08-27].https://wenku.baidu.com/view/0f22beb7f021dd36a32d7375a417866fb84ac05e.html.（责任编辑张立明）料切割机配置有相应的自动进料辊道，长度约4.3m，能够实现部分棒料的自动进给。但目前图9顶杆该企业使用的棒料长度基本都在7m以上，最长的可以达到9m，其长度远远大于辊道的长度，因此，棒料被放上辊道后，难以保证其自动进给。所以，延长进给辊道图10顶杆架的长度，并在原有辊道的后面均匀地加上3~5组进给轮，以保证棒料的稳定运输。3结语本文针对某金具生产企业上料过程中加工效率低、作者简介：蒲娟(1986—)，女，硕士，讲师，研究方向为计算机辅助创新设计。收稿日期：2019-01-21130圆园员9年第9期网址：www.jxgcs.com电邮：hrbengineer@163.com