2017-12-22 10:11:01

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低速走丝线切割是利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极,对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件,根据电极丝的运行速度不同,电火花线切割机床通常分为两类:一类是慢走丝(也叫低速走丝电火花线切割机床)电极丝作低速单向运动,表面质量也接近磨削水平。电极丝放电后不再使用,、加工质量较好。

基本信息

  • 中文名

    低速走丝线切割

  • 走丝速度

    0.2m/s

  • 精度

    0.001mm级

  • 特点

    工作平稳、均匀、抖动小

折叠 编辑本段 具体介绍

而且采用先进的电源技术,实现了高速加工,最大生产率可达350mm2/min

由于慢走丝线切割机是采取线电极连续供丝的方式,即线电极在运动过程中完成加工,因此即使线电极发生损耗,也能连续地予以补充,故能提高零件加工精度。慢走丝线切割机所加工的工件表面粗糙度通常可达到Ra=0.8μm及以上,且慢走丝线切割机的圆度误差、直线误差和尺寸误差都较快走丝线切割机好很多,所以在加工高精度零件时,慢走丝线切割机得到了广泛应用。

折叠 1.1加工表面质量日臻完善

(1)纳秒级大峰值电流脉冲电源技术

电火花加工时金属的蚀除分熔化和气化两种。宽脉宽作用时间长,容易造成熔化加工,使工件表面形貌变差,变质层增厚,内应力加大,易产生裂纹。而脉宽小到一定值时,作用时间极短,形成气化加工,可以减小变质层厚度,改善表面质量,减小内应力,避免裂纹产生。

先进的低速走丝电火花线切割机采用的脉冲电源其脉宽仅几十ns,峰值电流在1 000 A以上,形成气化蚀除,不仅加工效率高,而且使表面质量大大提高。

(2)防电解(BS)脉冲电源

低速走丝电火花线切割加工采用水质工作液。水有一定的导电性,即使经过去离子处理,降低电导率,但还有一定的离子数量。当工件接正极,在电场作用下,OH-离子会在工件上不断聚集,造成铁、铝、铜、锌、钛、钨的氧化和腐蚀,并使硬质合金材料中的结合剂-钴成离子状态溶解在水中,形成工件表面的"软化层"。曾采用提高电阻率的措施(由几十千欧?厘米提高到几百千欧?厘米),尽可能降低离子浓度,虽对改善表面质量起了一定的作用,但还是不能有效地彻底解决"软化层"的问题。

防电解电源是解决工件"软化层"的有效技术手段。防电解电源采用交变脉冲,平均电压为零,使在工作液中的OH-离子电极丝与工件之间处于振荡状态,不趋向工件和电极丝,防止工件材料的氧化。

采用防电解电源进行电火花线切割加工,可使表面变质层控制在1μm以下,避免硬质合金材料中钴的析出溶解,保证硬质合金模具的寿命。

测试结果表明,防电解电源加工硬质合金模具寿命已接近机械磨削加工,在接近磨损极限处甚至优于机械磨削加工。

折叠 1.2切割精度日益提高

(1)多次切割技术

多次切割技术是提高低速走丝电火花线切割加工精度及表面质量的根本手段。它是设计制造技术、数控技术、智能化技术、脉冲电源技术、精密传动及控制技术的科学整合。一般是通过一次切割成形,二次切割提高精度,三次以上切割提高表面质量。原来为达到高质量的表面,多次切割的次数需高达7~9次,现在只需3~4 次。

(2)拐角加工技术不断优化完善

由于在切割拐角时电极丝的滞后,会造成角部塌陷。为了提高拐角切割精度,研究人员采取了更多的动态拐角处理策略。如:改变走丝路径;改变加工速度(薄板);自动调节水压;控制加工能量等。

通过采用综合的拐角控制策略,粗加工时角部形状误差减少70%,可一次切割达5靘的配合 精度。

(3)采用提高平直度的技术

高精度精加工回路都是提高平直度的技术,被认为对厚件加工意义重大。

(4)机床结构更加精密

为了保证高精度的加工,采用了许多技术措施来提高主机精度:①控制温度。采用水温冷却装置,使机床内部温度与水温相同,减小了机床的热变形。②采用直线电机。响应度高,精密定位可实现0.1μm当量的控制,进给无振动,无噪音,提高放电频率,保持稳定放电,两次切割Ry5 μm。③采用陶瓷、聚合物人造花岗岩制件,其热惯性比铸铁大25倍,降低温度变化对切割精度的影响。④采用固定工作台、立柱移动结构,提高工作台承重,不受浸水加工和工件重量变化的影响。⑤采用浸入式加工,降低工件热变形。⑥电机伺服,闭环电极丝张力控制。⑦高精度对刀:采用电压调制对刀电源。对刀精度可达±0.005 mm,不损伤工件,不论干湿。

(5)细丝切割

为了进行小圆角、窄缝、窄槽及微细零件的微精加工,各制造企业都花大力气进行细丝切割技术的研究。目前世界主要电加工机的制造企业都可以采用0.02~0.03 mm的电极丝进行切割。

折叠 1.3加工效率明显提高

(1)最高加工效率

由于ns级大峰值电流脉冲电源技术及检测、控制、抗干扰技术的发展,低速走丝电火花线切割机的加工效率也在不断提高。苏州三光机床使用标准电极丝时,加工效率为 350 m㎡/min。

(2)较大厚度工件的加工效率

日本三菱电机公司FA-V系列机床在切割300 mm厚的工件时,加工效率可达170 m㎡/min。这是很有实际意义的技术提升。

(3)厚度变化工件的加工效率

自动检测加工件的厚度,自动调整加工参数,防止断丝,达到该状态的最高加工效率。

(4)双丝自动交换技术

瑞士公司推出的ROBOFIL 2030S1-TW机床能采用0.20~0.02 mm的电极丝自动进行双丝切换加工。采用粗丝进行第一次切割,一般丝径为0.25 mm,以提高加工效率,并可无芯切割;然后采用细丝进行修整,一般采用0.10 mm的细丝,切割出小圆角,并可提高精度。总体可节省30%~50%的切割时间。

(5)快速自动穿丝技术

日本公司称自动穿丝时间<15 s;日本公司称穿丝时间为13 s.日本三菱电机公司,当板厚为50 mm 时,穿丝时间为10 s,切丝、穿丝总时间为25 s。

折叠 编辑本段 生产情况

折叠 2.1瑞士、日本制造的切割机

(1)顶级低速走丝电火花线切割机

这种低速走丝电火花线切割机代表了目前的最高水平,如瑞士公司的千系列机床、日本公司的PA系列超高精度机床、日本公司的UPJ-2超精密机床等。这类机床的 最大特点是加工精度很高,在±0.002 mm以内,表面粗糙度Ra<0.2μm,一般都能使用<0.03 mm的电极丝进行微精加工,主机大都具有热平衡系统,一些机床采用在油中进行切割加工。瑞士公司的双丝机床也属于这个档次。这个档次的中型机床每台售价一般在200万元以上。

(2)高档低速走丝电火花线切割机

这档机床除了采用无电阻防电解电源外,一般均带有自动穿丝装置,能采用0.10 mm的电极 丝进行切割,精度在±0.003 mm左右。最高加工效率能达500 m㎡/min的超高速机也属于这个档次,如公司的240CC、440CC机,日本公司的FA-V超高速高性能机等。这个档次的中型机床每台售价在100万元以上。

(3)中档低速走丝电火花线切割机

为了抢占中国市场,日本、瑞士的电加工机床制造企业推出了这档机床,价格一般在50~80万元/台。

这档机床的配置和性能满足了用户采用低速走丝电火花线切割加工的基本要求。一般都采用无电阻、防电解电源,具有水浸式加工、锥度切割功能。实用的最高加工效率为120~150 m㎡/min ,最佳表面粗糙度达Ra<0.5μm,切割精度可达±0.005mm,一般都采用0.15 mm以上的铜丝进行切割。这档机床一般都具备自动穿丝功能,可供用户选配。

上述3个档次的低速走丝电火花线切割机也可称为高档机、标准机、入门机。

折叠 2.2台湾制造的低速走丝电火花线切割机

台湾的低速走丝电火花线切割机起步虽然较晚,但这几年来发展迅速。其关键的一个举措就是由若干家电加工机床制造企业共同出资,在有关部门一定限度的支持下,由台湾工业技术 研究院投入大量的人力、物力做关键技术的开发。经过10多年的攻关,在控制系统及电源等关键技术上取得了突破。

台湾各企业制造的低速走丝电火花线切割机目前应属中档机的范围,销售价一般在50~60万元/台。这些机床一般都采用无电阻防电解电源具有锥度切割、浸入式加工等功能,庆鸿、徕通两家公司已掌握自动穿丝技术。

台湾低速走丝电火花线切割机的最高加工效率在200 mm2/min左右,实用加工效率为100~ 120 m㎡/min,切割表面粗糙度为Ra 0.5~0.8μm。一般认为台湾机的切割精度应在±0.005 mm左右。

折叠 编辑本段 状况分析

苏州公司的低速走丝电火花线切割机高速发展,每年都以大于30%的幅度增长,占有国内低速走丝电火花线切割机市场的相当份额。

台湾低速走丝电火花线切割机近3年每年达到20%~30%的增长率,业内人士认为是近10年来台湾机械制造业的最大奇迹。

低速走丝电火花线切割机的增长速度相当快,如果依此种势头发展,估计未来5年中国大陆的低速走丝电火花线切割机市场可达3 000~4 500台/年,相当于高速走丝电火花线切割机总量的10%,但二者的销售额却可以相当,甚至低速走丝机的销售额会超过高速走丝机。

低速走丝电火花线切割机的高速发展,除了与中国经济的快速增长密不可分之外,还有其特定的因素:

(1)低速走丝电火花线切割机优异的加工性能具有不可替代性,目前找不到别的加工技术可以与之竞争。

(2)低速走丝电火花线切割机主要应用领域是模具和航天航空制造业。我国目前模具制造企业有2万余家,近年来模具制造业的年增长率都在20%左右,是我国GDP增长率的3倍。我国的航天航空制造业的高速发展也是有目共睹,国家的投资力度很大。

(3)在过去相当长的一段时间里,许多企业不把低速走丝电火花线切割加工作为精密模具的最终加工手段,往往在模具型腔用低速走丝切割后,再用各种磨削的手段进行最终加工,这主要是由于当时低速走丝电火花线切割技术在加工表面质量、加工精度等方面还不能满足精密、长寿命模具的制造要求。但近年来,低速走丝电火花线切割加工技术发展迅速,各方面的加工性能指标都得到了明显的改善和提高,已被越来越广泛地作为最终加工手段,"以割代磨"的趋势越来越明显。

(4)我国的高速走丝电火花线切割机据估计年产量已超过4万台,但由于模具制造精度及表面质量要求的不断提高,高速走丝线切割机已不能适应精密模具的制造要求,其市场必定会让出一块给低速走丝电火花线切割机。

折叠 3.3市场竞争日趋激烈

瑞士、日本的电加工设备制造企业对中国大陆的低速走丝电火花线切割机市场是志在必得,大多已在中国完成了制造、营销甚至包括研发方面的本土化,他们还有明显的技术及资金优势。利用他们的品牌,同档产品销售价高于国产机及台湾机20%~30%,用户也是可以接受的。

台湾低速走丝电火花线切割机是强有力的竞争对手,他们已在各方面做好了准备,极有可能会再上演一幕与电火花成形机类似的大举进军大陆市场的话剧。目前已有庆鸿、亚特、徕通、健升、乔懋、美溪、秀丰、健晟等厂商能投入批量生产,估计未来5年,台湾低速走丝电火花线切割机的年产量能达2000台,可占世界市场的25%以上。

在台湾低速走丝电火花线切割机的强力挤压下,估计中档机的价格在未来2~3年内可能下降20%~30%,即每台销售价在30~40万元是完全可能的。

折叠 3.4行业前景

低速走丝电火花线切割机的技术含量高、市场前景好,可以获得较高的回报,是电加工行业各个厂家的"必争之地"、"战略高地"。也可以说,谁掌握了低速走丝电火花线切割机的技术,谁就获得了下一步企业发展壮大的机遇。

低速走丝电火花线切割机也很有可能是电加工行业最后一块也是最大的一块蛋糕。面对瑞士、日本、台湾品牌的强力竞争,国产低速走丝电火花线切割机的前景的确是危机重重。

好在中档机方面,我们还有苏州三光科技这么一个"王牌",但是三光低速走丝线切割机如何在技术上得以进一步提升,如何进一步控制成本,如何进一步做好用户的服务,这也可能是三光人面临的一个关口。

低速走丝线切割电极丝以铜线作为工具电极,一般以低于0.2m/s的速度作单向运动,在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60到300V的脉冲电压,并保持5到50μm间隙,间隙中充满脱离子水(接近蒸馏水)等绝缘介质,使电极与被加工物之间发生火花放电,并彼此被消耗、腐蚀,在工件表面上电蚀出无数的小坑,通过NC控制的监测和管控,伺服机构执行,使这种放电现象均匀一致,从而达到加工物被加工,使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。

低速走丝线切割机目前精度可达0.001mm级,表面质量也接近磨削水平。电极丝放电后不再使用,而且采用无电阻防电解电源,低速走丝线切割机一般均带有自动穿丝和恒张力装置。

低速走丝线切割机工作平稳、均匀、抖动小、加工精度高、表面质量好,但不宜加工大厚度工件。由于机床结构精密,技术含量高,机床价格高,因此低速走丝线切割机使用成本也高。

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