脹圈零件線切割工序斷絲現(xiàn)象分析及工藝對策

中航工業(yè)導(dǎo)彈院凱邁機(jī)電公司 （河南洛陽 471003） 劉仁春

1. 脹圈零件加工工藝

如圖1（未注圓角均為R1mm）所示，脹圈零件材質(zhì)為65Mn彈簧鋼，加工工藝安排為：粗車（大端帶夾頭）→淬火（調(diào)質(zhì)硬度為40～45HRC）→精車（車好錐面及小端和孔大端夾頭）→線切割（孔大端夾頭切斷大端留余量0.2mm）→磨工（磨錐面磨大端尺寸50mm）→線切割（切縫寬2mm）→鉗工（去毛刺）。線切割工序加工內(nèi)容是在零件錐外圓母線位置，沿徑向方向切寬為2mm、沿零件軸線截面成C形彈性開縫。零件切縫的作用是在受到軸向力時，徑向方向產(chǎn)生彈性變形，將相配合零件的內(nèi)錐面擠緊，兩配合零件通過徑向彈性變形，相互間產(chǎn)生很大的摩擦力，可將動力傳遞給機(jī)器或（系統(tǒng)）互相連接的下一級負(fù)載。

圖 1

2. 斷絲產(chǎn)生的原因及相關(guān)措施

零件在進(jìn)行線切割工序中，線切割絲經(jīng)常發(fā)生斷絲故障，從而導(dǎo)致廢品的產(chǎn)生，既影響產(chǎn)品質(zhì)量，又增加了操作工人換絲的工作量。斷絲后，零件加工位置需要重新憑人眼觀察對絲，經(jīng)常會出現(xiàn)對絲精度不好，零件加工的尺寸很難保證。嚴(yán)重情況下經(jīng)兩次加工的表面會產(chǎn)生明顯的臺階，這種情況類似車工或銑工對同一加工面分兩次加工，在兩次加工的結(jié)合面上產(chǎn)生的痕跡（稱為接刀痕跡）。脹圈零件加工中，工人反映經(jīng)常會出現(xiàn)這種情況，嚴(yán)重時會造成脹圈零件報廢。

（1）斷絲的原因及改進(jìn)措施。在線切割加工過程中，通常認(rèn)為斷絲是因為電極絲強(qiáng)度低而被拉斷的，其實斷絲的真正原因是韌性不足。

通常采購的合格電極絲抗拉強(qiáng)度為450MPa，但電極絲并不是因為強(qiáng)度低而被拉斷。電火花切割的實質(zhì)是靠放電腐蝕來切割金屬，放電時在電極絲表面形成電腐蝕坑洞，是電極絲在切割時斷絲的根本原因。

從斷裂力學(xué)角度來看，斷裂是在裂紋源擴(kuò)散到一定程度后產(chǎn)生的。放電時，電極絲表面會因放電腐蝕作用形成許多坑洞，電極絲也會同時受到電火花或金屬排屑的沖擊，切割過程中幾個受力最大的小坑洞會因斷裂韌性不足而發(fā)生斷裂。

表1 優(yōu)化前的切削參數(shù)

表2 優(yōu)化后的切削參數(shù)

改進(jìn)措施：檢查線切割機(jī)床的切割絲表面是否有裂紋，可用工具顯微鏡進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)有明顯裂紋則更換新絲。切絲的直徑用百分尺測量，看與原來規(guī)格的新絲直徑相比是否明顯減小。如果發(fā)現(xiàn)絲徑有明顯減小則更換新絲。

（2）機(jī)床的檢查及采取的措施。檢查機(jī)床走絲機(jī)構(gòu)的位置，保持儲絲桶和導(dǎo)絲輪轉(zhuǎn)動靈活。同時，檢查上、下導(dǎo)絲輪是否保持干凈或有腐蝕現(xiàn)象。機(jī)床各傳動部件應(yīng)正常無松動。

采取措施：①定期檢查儲絲桶和上、下導(dǎo)絲輪。②定期清洗上、下導(dǎo)絲輪模塊。

（3）優(yōu)化切削參數(shù)。綜合考慮加工效率，切削參數(shù)兼顧加工質(zhì)量、斷絲故障，對加工電流、脈寬擋位和脈寬幅度3個參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。優(yōu)化前、后的切削參數(shù)分別如表1、表2所示。

（4）及時更換切削液。根據(jù)切削液的實際使用情況，大均80～100h更換新切削液。實際使用中，如果切削液需要更換，反映在加工中的表現(xiàn)為零件切削效率明顯降低。切削液如不及時更換，在機(jī)床的工作過程中易產(chǎn)生將線切割絲拉斷的現(xiàn)象。

改進(jìn)措施：切削液工作時間超過80～100h、切割效率大幅下降時，必須更換新切削液。

（5）工件情況分析。工件在進(jìn)行線切割加工前已進(jìn)行了車工的精加工，工件表面的氧化物（黑皮）已經(jīng)去除，沒有影響切割的雜物。工件經(jīng)熱處理和機(jī)械加工后存在因這兩種因素造成的內(nèi)應(yīng)力。工件的材質(zhì)在入廠前有材料證明合格。另外，入廠前該工件材料公司也做了理化指標(biāo)分析檢測，指標(biāo)滿足65Mn材料GB 1222―84的技術(shù)條件要求。線切割（孔大端夾頭切斷）工序順利完成，未發(fā)生線切割斷絲的故障，說明65Mn材質(zhì)本身合格，不是產(chǎn)生斷絲的主要原因。

3. 防止斷絲的工藝措施

（1）工裝的設(shè)計。根據(jù)脹圈零件加工工藝過程及斷絲原因分析，制作了一套防斷絲工裝（見圖2、圖3）來減少和控制內(nèi)應(yīng)力的突然釋放，保證脹圈線切割工序的正常進(jìn)行。具體做法是：將工件孔中間撐入一端帶球頭的螺桿，使螺桿的球頭和另一端六方頭零件孔壁接觸。工人用兩個扳手同時扳住螺桿的六方頭和球頭，向相反的兩個方向扳動螺桿六方頭和球頭螺母，螺桿上的球頭沿軸線方向上伸長，將零件孔壁徑向撐緊。螺桿此時給脹圈零件施加了預(yù)加撐緊力，這個力用來控制零件切開瞬間內(nèi)應(yīng)力的突然釋放，達(dá)到防止斷絲現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）工藝試驗及切削參數(shù)的優(yōu)化。工裝應(yīng)用后斷絲現(xiàn)象得到了控制。我們發(fā)現(xiàn)脹圈零件寬2mm的切縫尺寸因螺桿撐緊零件力的大小而有區(qū)別。如何控制螺桿撐緊力的大小是控制尺寸2mm的重要因素。螺桿兩端的球頭和六方頭頂緊零件內(nèi)孔壁后，兩扳手扳緊螺母和扳手1、2的軸線相交成60°的交角。經(jīng)過工藝試驗發(fā)現(xiàn)，這個零件裝夾時的工藝規(guī)律結(jié)合優(yōu)化后切削參數(shù)表中的參數(shù)設(shè)置，脹圈零件線切割開縫工序正常進(jìn)行。

圖 2

圖3 防斷絲工裝加工脹圈

4. 結(jié)語

脹圈零件線切割工序斷絲問題的解決，主要有以下幾點需要說明：①脹圈切縫時內(nèi)應(yīng)力釋放是造成斷絲的主要原因。②通過對工件外觀和材質(zhì)、機(jī)床、切割絲及切削液進(jìn)行檢查以及優(yōu)化切削參數(shù)來解決斷絲問題。③通過防止斷絲的工裝（夾具）的應(yīng)用來控制工件切開瞬間內(nèi)應(yīng)力的突然釋放。在工件內(nèi)應(yīng)力釋放的方向上提前放置該工裝，使工件內(nèi)應(yīng)力的釋放最大程度地得到減弱。該工裝的使用使得脹圈線切割開縫工序的斷絲現(xiàn)象大大減少，零件加工質(zhì)量穩(wěn)定可控。

[1] 姚金生，任君. 電火花線切割斷絲原因分析[J]. 裝備制造技術(shù)，2009（10）：13-15.

[2] 施維. 電火花線切割斷絲故障分析及排除方法[J]. 煤礦機(jī)械，2006（1）：27-29.

[3] 林朝平. 線切割斷絲故障原因的分析[J]. 模具制造，2006（6）：41-42.

[4] 耿雷，曹國輝，張文生，等. 電火花線切割加工參數(shù)對加工效率的影響[J] . 黑龍江科技學(xué)院學(xué)報，2008（3）：17-19.

[5] 袁偉. 對線切割斷絲現(xiàn)象的分析和對策[J]. 新技術(shù)新工藝，2014（10）：124-125.

[6] 孟少農(nóng). 機(jī)械加工工藝手冊 第2卷[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996：15-43.

專家點評

文章寫得較好，層次清晰，對斷絲的原因、改進(jìn)措施都做了相關(guān)敘述，提出了比較有價值的解決方案，例如文中切削參數(shù)、工裝等方面的改進(jìn)都寫得較清晰，而且圖文并茂，有助于讀者理解相關(guān)知識。