簡(jiǎn)要分析線(xiàn)切割加工模具的工藝要點(diǎn)

線(xiàn)切割是沖模零件的主要加工方式，然而進(jìn)行合理的工藝分析，正確計算數控編程中電極絲的設計走絲軌跡，關(guān)系到模具的加工精度。通過(guò)穿絲孔的確定與切割路線(xiàn)的優(yōu)化，改善切割工藝，這對于提高切割質(zhì)量和生產(chǎn)效率，是一條行之有效的重要途徑。


實(shí)際軌跡的計算


根據大量的統計數據表明，線(xiàn)切割加工后的實(shí)際尺寸大部分處于公差帶的中位值（或稱(chēng)“中間尺寸”）附近，因此對于沖模零件圖樣中標注公差的尺寸，應采用中位值尺寸作為實(shí)際切割軌跡的編程數據，其計算公式為：中位值尺寸=基本尺寸+（上偏差+下偏差）。


例如：圖樣尺寸外圓半徑R25–0.04，其中位值尺寸為25+（0–0.04）/2=24.98（mm）。


由于線(xiàn)切割放電加工的特點(diǎn)，工件與電極絲之間始終存在放電間隙。因此，切割加工時(shí)，工件的理論輪廓（圖樣）與電極絲的實(shí)際軌跡應保持一定的距離，即電極絲中心軌跡與工件輪廓的垂直距離，稱(chēng)為偏移量f0（或稱(chēng)為補償值）。


f0=R絲+δ電


式中R絲--電極絲半徑


δ電--單邊放電間隙


線(xiàn)切割加工沖模的凸、凹模，應綜合考慮電極絲半徑R絲、單邊放電間隙δ電以及凸、凹模之間的單邊配合間隙δ配，以確定合理的間隙補償值f0。


例如：加工沖孔模（即要求保證工件的沖孔尺寸），以沖孔的凸模為基準，故凸模的間隙補償值為：f凸=R絲+δ電，凹模尺寸應增加δ配。而加工落料模（即要求保證沖下的工件尺寸），以落料的凹模為基準，凹模的間隙補償值f凸=R絲+δ電，凸模的尺寸應增加δ配。見(jiàn)圖1。


偏移量的大小將直接影響線(xiàn)切割的加工精度和表面質(zhì)量。若偏移量過(guò)大，則間隙太大，放電不穩定，影響尺寸精度；偏移量過(guò)小，則間隙太小，會(huì )影響修切余量。修切加工時(shí)的電參數將依次減弱，非電參數也應作相應調整，以提高加工質(zhì)量。

圖1 凸模與凹模的間隙補償值

（a）凸模（b）凹模


根據實(shí)踐經(jīng)驗，線(xiàn)切割加工沖裁模具的配合間隙應比國際上所流行的“大”間隙沖模（《手冊》推薦值）應小些。


因為凸、凹模線(xiàn)切割加工中，工件表面會(huì )形成一層組織脆松的熔化層，電參數越大，表面粗糙度越差，熔化層較厚。且隨著(zhù)模具沖裁次數的增加，這層脆松的表層會(huì )逐漸磨損，使模具的配合間隙逐漸增大，滿(mǎn)足“大”間隙的要求。


穿絲孔的確定


穿絲孔的位置對于加工精度及切割速度關(guān)系甚大。通常，穿絲孔的位置最好選在已知軌跡尺寸的交點(diǎn)處或便于計算的坐標點(diǎn)上，以簡(jiǎn)化編程中有關(guān)坐標尺寸的計算，減少誤差。


當切割帶有封閉型孔的凹模工件時(shí)，穿絲孔應設在型孔的中心，這樣既可準確地加工穿絲孔，又較方便地控制坐標軌跡的計算，但無(wú)用的切入行程較長(cháng)。對于大的型孔切割，穿絲孔可設在靠近加工軌跡的邊角處，以縮短無(wú)用行程。


在切割凸模外形時(shí)，應將穿絲孔選在型面外，最好設在靠近切割起始點(diǎn)處。切割窄槽時(shí)，穿絲孔應設在圖形的最寬處，不允許穿絲孔與切割軌跡發(fā)生相交現象。


此外，在同一塊坯件上切割出兩個(gè)以上工件時(shí)，應設置各自獨立的穿絲孔，不可僅設一個(gè)穿絲孔一次切割出所有工件。切割大型凸模時(shí)，有條件者可沿加工軌跡設置數個(gè)穿絲孔，以便切割中發(fā)生斷絲時(shí)能夠就近重新穿絲，繼續切割。


穿絲孔的直徑大小應適宜，一般為Φ2mm~Φ8mm。若孔徑過(guò)小，既增加鉆孔難度又不方便穿絲；若孔徑太大，則會(huì )增加鉗工工作量。如果要求切割的型孔數較多，孔徑太小，排布較為密集，應采用較小的穿絲孔（Φ0.3mm~Φ0.5mm），以避免各穿絲孔相互打通或發(fā)生干涉現象。


切割路線(xiàn)的優(yōu)化


切割路線(xiàn)的合理與否將關(guān)系到工件變形的大小。因此，優(yōu)化切割路線(xiàn)有利于提高切割質(zhì)量和縮短加工時(shí)間。切割路線(xiàn)的安排應有利于工件在加工過(guò)程中始終與裝夾支撐架保持在同一坐標系內，避免應力變形的影響，并遵循以下原則。


（1）一般情況下，最好將切割起始點(diǎn)安排在靠近夾持端，將工件與其夾持部分分離的切割段安排在切割路線(xiàn)的末端，將暫停點(diǎn)設在靠近坯件夾持端部位。


（2）切割路線(xiàn)的起始點(diǎn)應選擇在工件表面較為平坦、對工作性能影響較小的部位。對于精度要求較高的工件，最好將切割起始點(diǎn)取在坯件上預制的穿絲孔中，不可從坯件外部直接切入，以免引起工件切開(kāi)處發(fā)生變形。


（3）為減小工件變形，切割路線(xiàn)與坯件外形應保持一定的距離，一般不小于5mm。


線(xiàn)切割加工中對于一些具體工藝要求，應重點(diǎn)關(guān)注切割路線(xiàn)的優(yōu)化。


（1）二次（或多次）切割法對于一些形狀復雜、壁厚或截面變化大的凹模型腔零件，為減小變形，保證加工精度，宜采用二次切割法。通常，精度要求高的部位留2mm~3mm余量先進(jìn)行粗切割，待工件釋放較多變形后，再進(jìn)行精切割至要求尺寸。


若為了進(jìn)一步提高切割精度，在精切割之前，留0.20mm~0.30mm余量進(jìn)行半精切割，即為3次切割法，第1次為粗切割，第2次為半精切割，第3次為精切割。這是提高模具線(xiàn)切割加工精度的有效方法。


（2）尖角切割法當要求工件切割成“尖角”（或稱(chēng)“清角”）時(shí)，可采用方法一，在原路線(xiàn)上增加一小段超切路程，如圖2所示的A0-A1段，使電極絲切割的最大滯后點(diǎn)達到程序A0點(diǎn)，然后再前進(jìn)到附加點(diǎn)A1，并返回至A0點(diǎn)，接著(zhù)再執行原程序，便可切割出尖角。


也可采用圖3所示的方法二的切割路線(xiàn)，在尖角處增加一段過(guò)切的小正方形或小三角形路線(xiàn)作為附加程序，這樣便可保證切割出棱邊清晰的尖角。

圖2 尖角切割方法

圖3 尖角切割方法二

（3）拐角的割法線(xiàn)切割放電加工過(guò)程中，由于放電的反作用力造成電極絲的實(shí)際位置比機床X、Y坐標軸移動(dòng)位置滯后，從而造成拐角精度較差。


電極絲的滯后移動(dòng)則會(huì )造成工件的外圓弧加工過(guò)虧，而內圓弧加工不足，致使工件拐角處精度下降。為此，對于工件精度要求高的拐角處，應自動(dòng)調慢X、Y軸的驅動(dòng)速度，使電極絲的實(shí)際移動(dòng)速度與X、Y軸同步。也就是，加工精度要求越高，拐角處的驅動(dòng)速度應越慢。


（4）小圓角切割法若發(fā)現圖樣要求的內圓角半徑小于切割時(shí)的偏移量，將會(huì )造成圓角處“根切”現象。為此，應明確圖樣輪廓中最小圓角必須大于最后一遍修切的偏移量，否則應選擇直徑更細的電極絲。


在主切割加工及初修切割加工中，可根據各遍加工時(shí)不同的偏移量，設置不同的內圓角半徑，即對于同段輪廓編制不同的內圓角半徑子程序，子程序中的內圓角半徑應大于此遍切割的偏移量，這樣就可切割出很小的圓角，并獲取較好的圓角切割質(zhì)量。


切割前工件的準備


為了減少切割過(guò)程中模具的變形及提高加工質(zhì)量，切割前凸凹模零件應滿(mǎn)足以下要求：


（1）工件上、下兩平面的平行度誤差應小于0.05mm。


（2）工件應加工一對正交立面，作為定位、校驗與測量基準。


（3）模具切割應采用封閉式切割，以降低切割溫度，減小變形。


（4）切割工件的四周邊料留量應為模具厚度的1/4為宜，一般邊緣留量不小于5mm。


（5）為減小模具變形，并正確選擇加工方法和嚴格執行熱處理規范，對于精度要求高的模具，最好進(jìn)行兩次回火處理。


（6）工件淬火前應將所有銷(xiāo)孔、螺釘孔加工成形。


（7）模具熱處理后，穿絲孔內應去除氧化皮與雜質(zhì)，防止導電性能降低而引起斷絲故障。


（8）線(xiàn)切割前，工件表面應去除氧化皮和銹跡，并進(jìn)行消磁處理。


結語(yǔ)


編程完成后、正式切割加工之前，應對編制的程序進(jìn)行檢查與驗證，確定其正確性。


線(xiàn)切割機床的數控系統均提供程序驗證的方法，常用的方法有：


畫(huà)圖檢驗法主要用于驗證程序中是否存在錯誤語(yǔ)法及是否符合圖樣加工輪廓；空行程檢驗法可檢驗程序的實(shí)際加工情況，檢查加工中是否存在碰撞或干涉現象，以及機床行程是否滿(mǎn)足加工要求等；動(dòng)態(tài)模擬加工檢驗法通過(guò)模擬動(dòng)態(tài)加工實(shí)況，對程序及加工軌跡路線(xiàn)進(jìn)行全面驗證。


通常，可按編制的程序全部運行一遍，觀(guān)察圖形是否“回零”。


對于一些尺寸精度要求高、凸、凹模配合間隙小的沖模，可先用薄板料試切割，檢查有關(guān)尺寸精度與配合間隙，如發(fā)現不符要求處，應及時(shí)修正程序，直至驗證合格后，方可正式切割加工。


正式切割結束后，不可急于拆下工件，應檢查起始與終結坐標點(diǎn)是否一致，如發(fā)現有問(wèn)題，應及時(shí)采取“補救”措施。


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