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高速電火花線切割機床存在的問題及其分析

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  采用普通矩形波脈沖電源時,放電間隙較窄,在5A大能量加工時發生加工不穩定現象,短路和電弧放電的脈沖增多,此時雖平均加工電流增大,電火花線切割機床但有效的放電脈沖並沒有增加,因此在這種情況下切割電流繼續增加,加工速度基本不變,但斷絲的幾率會增加。如要保持穩定加工的狀態,繼續增加電流,增加脈沖的擊穿幾率,還可提高切割效率。
  對于高速電火花線切割,電極絲的損耗也是一項重要的指標,要降低電極絲的損耗首先必須減少放電過程中離子對電極絲的轟擊作用,並盡量減少電極絲對放電能量的吸收,這就需電極絲表面能快速汽化,使電極絲表面在得到冷卻的同時把熱能釋放回放電通道內,形成汽化壓力,從而提高對蝕除産物的排除能力,因此只有保持極間均勻冷卻作用才可使工作介質在電極絲表面形成一層吸附膜,以減緩正離子對電極絲有轟擊作用,同時通過工作介質自身的揮發帶走大量的熱量,以降低電極絲的損耗並提高其耐用度。
  對于不能保證極間均勻冷卻的切割情況,電極絲在通過放電間隙的同時,也是蝕除産物將電極絲表層附著的膜抹幹的過程,當切割工件較厚時,電極絲在工件出口處的相當長距離內將處于基本無工作介質保護膜狀態,且是在冷卻條件極爲惡劣的條件下進行放電,這樣的電極絲的損耗自然就會增加,同時斷絲的幾率也會大大增大。如放電間隙加大,在同樣能量切割時其絲損耗會較低,且同時還可維持較高切割效率的原因。
  高速电火花線切割技术存在的问题首先是切割效率偏低,其次切割表面存在黑白交叉条纹也影响加工表面宏观质量的一个重要问题。
  電火花線切割穩定加工的前提是首先必須保證在切割過程中不頻繁斷絲。斷絲的幾率是隨放電能量和切割厚度的增加而加大,即與電極絲在放電通道內所受到離子轟擊、冷卻狀態及停留時間密切相關。切割的效率和表面粗糙度也與極間冷卻與消電離並恢複絕緣狀態有關。目前普遍使用含有機械油5%左右的乳化液作爲工作的介質,切割完畢後出現兩個現象:
  一、是工件是粘附在基體上的,一般需要用力甚至敲擊才可以使其與基體脫離;
  二、是工件表面覆蓋著膠粘的甚至是粉末狀的蝕除産物,需要煤油才能刷洗幹淨。這主要是放電通道內10000?C以上的高溫,是乳化液分解生成膠體狀或顆粒狀的物質所致。這些物質粘附在切縫內,並主要在切縫的出口堆積,嚴重影響電蝕産物的排出,並阻擋了新鮮工作液介質進入切縫。由于兩級間不能維持不斷更新工作介質,從而直接影響正常放電的延續,甚至是在混有大量膠體物質的間隙內進行放電並産生電弧放電,從而使工件和電極絲表面得不到及時冷卻,絕緣狀態不正常,造成正常放電比例降低,切割速度降低,工件表面燒傷,換向條紋嚴重等一系列問題,同時損失電極絲的耐用度,嚴重時引起燒絲。
  由于使用乳化液会导致蚀除产物在切缝出口部位堆积,在存在大量蚀除产物且冷却不充分的条件下产生的放电,将导致炭黑物质反粘在工件表面并可能引起工件表面烧伤,产生黑白交叉条纹,因此切割表面的黑白交叉条纹一般出现在运丝的出口处,颜色是由工件内部向外逐渐变深,且由于重力的作用,在上下喷液基本对称时,电极丝自下向上运丝时由于蚀除产物的排出能力比电极丝由上向下运丝时弱,工件上部的条纹会比下部的条纹颜色深且长。乳化液的洗涤能力越差,切割表面的条纹就会越明显;因此高速走丝線切割切割时产生黑白交叉条纹的根本原因仍是工作介质的洗涤性能的问题。目前人们只能通过增大乳化液的浓度、添加一些洗涤性物质和增大脉间来改善切缝内的冷却和洗涤状态,减弱条纹的颜色。
  因此必須選用在放電過程中盡量不生成粘稠狀高分子化合物的非油或少油性工作液,以保證切縫內工作介質的均勻與流動,才能達到改善放電狀態的目的。
  我司经过长期试验证明,当选用洗涤性良好的水溶性線切割液后,切割完毕工件自动落下,切割表面只有一层薄膜状物质,没有换向条纹,证明其极间呈现均匀冷却状况。在此冷却条件下,可采用较大的放电能量(平均切割电流4~5A)进行持续稳定的切割,切割效率超过150mm2/min。比且切割表面较光滑、平整,表面残存的金属液滴也较少。从典型的放电波形观察,使用洗涤能力较差的乳化液时,由于极间充满导电的胶体或颗粒物质,采集到的放电波形基本没有击穿延时,较多比例有脉冲在起始时即呈现短路状态,且放电过程中电压跳动较大,说明放电过程中间隙状态不稳定,而在使用水溶性工作液条件下,放电波形呈现出间隙放电的典型特征——放电击穿延时现象,且间隙时的洗涤条件愈好(如切割厚度较小时),放电击穿延时的比例就愈高,放电电压的波动也较小,说明极间区域存在较均匀的工作介质,从而体现出间隙放电的特征。
  在使用水溶性工作液後,由于切縫內可得到均勻的冷卻,切縫內工作介質在電極絲的帶動下貫穿流動,因此換向條紋可很淡甚至消除。
  采用水溶性工作液改善了极间的洗涤状态后,还可通过脉冲电源的改进增大放电间隙,从而进一步改善电火花線切割机床极间的洗涤状态,以适合采用更高切割能量进行高效率切割的需求。

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