双工位分时互补电火花线切割加工工艺分析

双工位分时互补电火花线切割加工工艺分析

苏明

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摘要：针对双工位分时互补电火花线切割加工工艺进行分析，明确该工艺的运行原理，阐述工艺在加工中的实践运用，从而认识到该工艺在复杂零件、高精度零件加工中的优势，提高制造行业加工水平。

关键词：双工位；分时互补；电火花线切割;加工工艺

我国制造行业在不断发展期间，常规形式的机械加工逐渐体现出一些问题，表现在硬质金属与复杂零件等的加工方面。为了解决加工问题，双工位分时互补电火花线切割加工工艺得到应用，一方面代替传统加工中的机械能，另一方面采用高频脉冲电源，达到电蚀加工的目的。所以，下面重点分析双工位分时互补电火花线切割加工工艺。

一、互补电火花线切割加工工艺概述

电火花加工也被称作放电加工，加工作业时工具、工件形成的脉冲性火花放电，凭借放电产生局部与瞬时高温，从而完成金属蚀除。通过火花放电会有腐蚀现象，金属材料在加工期间采用的方法被称作电火花加工，目前已经在我国制作行业得到广泛应用^[1]。互补电火花线切割加工工艺是以电火花加工原理为前提，仅凭借金属丝便可以替换电火花加工需要的工具电极，工作台轨迹运动负责加工工件轮廓形状控制。

加工作业中运用电火花线切割工艺，脉冲电源脉间倍数往往超过1，所以导致比较严重的脉间时间能量消耗现象，建议通过脉间时间输出第二路脉冲，提高脉冲电源产生能量运用合理性。分时互补脉冲电源前级在加工过程中，是以半桥式开关电源为主，输出电压形式为直流可调电压。后级则是利用Stm32单片机，对两只开关管关断操作实施控制，直流电压经过两路斩波之后，输出两路分别存在死区时间，形成脉冲电压也具有互补性。分时互补脉冲电源运行原理如图1所示。

图1 分时互补脉冲电源运行原理图

二、双工位分时互补电火花线切割加工工艺实践应用

运用电火花线切割工艺，机床走丝路径，其特征在于电极丝组成闭合回路内部导轮位置的设置，使回路形成“U”型结构，搭建运丝支架，以此达到提高机床加工工位数量的目的。采用步进电机，针对运丝支架进给的方向、效率进行控制，实施工件切槽加工，因为工作平台完全绝缘，所以两个工位的加工作业可以同步进行，且彼此保持独立。电源正极与加工工件衔接，负极利用导电块与电极丝连接，为加工工艺的应用提供条件^[2]。

为了发挥该工艺的优势，组建检测装置也非常重要，提前测量工件加工槽宽值、电压、电流信号等数值，其中加工槽宽值的测量设备采用激光共聚焦三维显微镜，后两者测量设备以示波器为准。

线切割加工过程中，切槽侧面近似于“U”型，针对槽宽进行分析，在切割槽正面随机的3点组织测量，两个侧面位置分别测量，最后计算平均值，为后续分时脉冲电源加工作业提供数据参考。另外，通过实践发现该工艺的运用还存在一些影响因素，例如电源输出电压、进给速度与脉间倍数等。建议加工作业之前组织实验，为了缩小数据误差，需要重复多次实验，最后选取平均值。数据参数如下：① 工件选择模具钢，厚度为8mm；② 电极丝选择钼丝，直径为0.18mm；③ 切削液以佳润乳化膏为宜，将其与自来水混合，比例为1:40；④ 储丝筒转速控制在15~40Hz之间；⑤ 脉间倍数空至在2~6倍；⑥ 工进速度以1~20μm/s为宜；⑦ 电源频率宜控制在1~50kHz之间；⑧ 输出电压以50~90V为宜^[3]。

随后组织加工作业，发现工艺参数是槽宽的重要影响因素。切槽加工过程中，对比单路脉冲电源、分时脉冲电源的切槽效果，发现分时脉冲电源在双工位槽宽加工过程中具有较强的一致性，并且整体效果优于单路脉冲电源；进给速度方面，要与配合工件蚀除速度配合，才能够在提高加工速度的基础上，保证脉冲电源加工过程的稳定。加工过程中需要注意，电火花线切割在切槽作业中，主要优势是提高加工效率，所以将进给速度控制在20μm/s。

运丝频率增加，切屑与热量排除效果更佳理想，运丝频率控制为35 Hz，采用分时脉冲电源加工工艺，两工位槽宽加工完成之后的一致性得到优化。由此可知，如果脉冲电源频率降低小，单位脉宽值增加的同时，单位时间范围内的放电能量会随之增多，工件去除效率得到提升，但是丝损更加严重，作业过程中断丝率提高，槽宽也会相应加大。因此，分时脉冲电源频率以14 kHz为宜。

如果加工过程中脉间倍数增多，槽宽值降低，脉间倍数占空比也会随之减小，单一脉冲放电能量减少。保证常规放电加工规范基础上，脉间倍数提高，加工作业过程也就更加稳定。结合加工实践经验，发现单路脉冲电源脉间倍数控制为5倍时，放电加工过程中会产生短路现象，降低加工稳定性，因此脉间倍数需要控制在5以下。

电压增加之后，单一脉冲能量也会增加，为击穿工件提供所需能量。但是若电压超过限制，放电加工期间的槽宽值增加。针对单路脉冲电源进行加工，若加工电压不超过70 V，加工环节偶尔出现短路的现象，同步展开两个工位加工作业，若期间出现短路问题，无法准确判断发生短路的工位。所以，要在加工期间重点杜绝短路问题，方可把奥正切槽加工质，建议将电压控制在80V。如果采用分时脉冲电源进行加工，那么加工电压只需调整到70V便可完成加工作业，期间还可以降低槽宽值，为双工位加工槽宽赋予一致性的特点。

三、结语

综上所述，在制造加工过程中，运用双工位分时互补电火花线切割加工工艺，有利于提高切割加工效率与速度，可以在难度较高、要求严格的零件加工中运用，满足切割加工规范要求的同时，通过双工位加工缩短作业时间，优化设置加工参数，保证槽宽一致性，明确最佳加工参数，解决传统加工方式存在的弊端。

参考文献：

[1]王文昭,邱明波,刘志东,张明,邵程杰.电火花线切割大电流条件下电参数对加工性能的影响[J].电加工与模具,2020(02):29-33.

[2]王蕾,郭鲁荻,戴恩成.基于灰色关联分析法的GH4169合金电火花线切割加工参数优化[J].航空精密制造技术,2020,56(02):31-34.

[3]张凌,张爱武,于永生,孔祥权,李兆峰.电火花数控线切割加工方法和表面粗糙度对刀圈冲击功的影响[J].凿岩机械气动工具,2020(01):20-22.