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PCD 成型刀具單向走絲線切割加工工藝

時間:2020年08月25日 分類:科學(xué)技術(shù)論文 次數(shù):

摘要: 從 PCD 刀具材料、主要放電參數(shù)選擇、切割工藝及放電銅絲等方面研究影響單向走絲線切割 PCD 刀具 的相關(guān)因素,從而選擇合適的刀具刃口光潔度、輪廓精度、加工效率和圓跳動量。 關(guān)鍵詞: PCD 成型刀具; 單向走線工藝; 放電參數(shù) 1 引言 PCD 成型刀具廣泛

  摘要: 從 PCD 刀具材料、主要放電參數(shù)選擇、切割工藝及放電銅絲等方面研究影響單向走絲線切割 PCD 刀具 的相關(guān)因素,從而選擇合適的刀具刃口光潔度、輪廓精度、加工效率和圓跳動量。

  關(guān)鍵詞: PCD 成型刀具; 單向走線工藝; 放電參數(shù)

模具制造

  1 引言

  PCD 成型刀具廣泛應(yīng)用于有色金屬及非金屬 材料的加工,選擇合適的刀具設(shè)計參數(shù)和較高的刃 口光潔度可以發(fā)揮良好的加工效果,獲得較高的表 面光潔度和生產(chǎn)加工效率。單向走線加工工藝是目 前 PCD 刀具成型加工的主要手段之一,對其加工工 藝的研究尤為重要。

  單向走線是利用連續(xù)移動的細金屬絲脈沖火花 放電產(chǎn)生高溫,蝕除金屬、切割工件的數(shù)控機床。其 原理是利用電極線與工件的小間隙,不斷地放電蝕 除金屬離子。單向走線線切割機采取電極線連續(xù)供 絲模式,電極線在運動過程中即可完成切割。本文 主要從影響 PCD 刀具單向走線工藝的主要因素( 刀具材料、主要放電參數(shù)、切割工藝和放電銅絲四個方 面) 來進行探討。

  2 PCD 成型刀具單向走線工藝因素

  2. 1 PCD 刀具材料放電

  在 PCD 電火花放電過程中,金剛 石顆粒本身不導(dǎo)電,而是通過其粘接劑 Co 放電來 實現(xiàn)腐蝕去除。放電機理包括兩方面: 脈沖能量弱 時,局部的金剛石顆粒被碳化、熔化; 脈沖能量強時, 主要以局部高溫使帶電黏結(jié)劑熔化、粘接劑因汽化 而去除,金剛石顆粒脫落。 在單向走線加工過程中,不同牌號的材料放電 效果不同。根據(jù)現(xiàn)有條件,在發(fā)那科 A400 單向走 線機床進行試驗,采用相同的經(jīng)驗放電參數(shù)。

  制作 4 種不同材料牌號的刀具進行相同切割試驗,并采 取切 1 修 3 的方式進行加工,從而研究切割光潔度和放電效率等。BT005,BT010,BT025,BT030 分別 指 BT 公司不同顆粒度的 PCD 復(fù)合片,粒度逐漸增 大。隨著 PCD 粒度的增大,切割效率 降低,刃口光潔度越來越差。進一步證明隨著 PCD 粒度的增大,粘接劑的致密性越來越差,使導(dǎo)電性逐 步降低,放電效率更慢; 隨著 PCD 粒度的增大,金剛 石顆粒在放電過程中脫落的缺口也逐漸增大,導(dǎo)致 刃口光潔度降低。

  2. 2 主要放電參數(shù)選擇

  在單向走線放電加工中,影響放電的主要參數(shù) 包括控制電流、加工電壓、放電脈寬時間、放電脈間 時間和伺服電壓等。放電脈寬時間、控制電流和加 工電壓主要影響放電能量的強弱。放電能量增強, PCD 材料的去除率升高,但會使刀具刃口質(zhì)量降 低,工件表面加工質(zhì)量下降。放電脈寬時間和伺服 電壓增大可以提高加工刀具的精度,但會降低加工 效率。

  為獲得良好的切割效果,采用發(fā)那科 A400 設(shè) 備進行多次切割試驗,分別得出不同 PCD 型號的電 加工參數(shù)。針對導(dǎo)電性能較好的 005, 010 PCD 材料,采用切 1 修 2 的方式進行切割; 針對導(dǎo)電性能較差的 025,030 刀片采用切 1 修 3 的方 案。根據(jù)該設(shè)備內(nèi)部參數(shù),當(dāng) PM 不同時,各加工參 數(shù)值代表的含義不同。

  2. 3 確定切割工藝

  ( 1) 多次切割技術(shù)

  多次切割技術(shù)是提高慢速走絲線切割精度和加 工質(zhì)量的主要工藝。一般通過一次放電成形,二次 放電提高精度,三次以上放電提高表面粗糙度。制作 4 把 BT030 型號的 PCD 刀具,該材料導(dǎo)電 性較差,采取 4 次切割成型工藝,進行 4 次加工試 驗。每把刀具加工選取相同的經(jīng)驗放電參數(shù)與相同 的切割總量,但每把刀具的加工量不同,每次加工量 分別用 A1,A2,A3,A4 表示。由于刀具有焊接誤差 的影響,因此在保證 4 把刀具尺寸相同的情況下,其 總加工余量可能有細微差別。

  同時,由于機床可以 設(shè)置第 2、3、4 次的加工量,第 1 次加工量不精確。 經(jīng)過 4 次試驗,觀察不同加工量對切割的影響。通過分析以上數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),在相同加工參數(shù) 和刀片材料的情況下,不同的加工余量對切削速度 的影響不大; 隨著切割余量的不斷增大,切割粗糙度 不斷增大。對于此牌號的 PCD 刀具,達到的最佳切 割粗糙度僅為 Ra0. 4μm。

  ( 2) 刀具刃口成型

  刀具刃口成型是 PCD 成型刀具最重要的工序,能實現(xiàn)帶 A 軸單向走線機床的多軸聯(lián)動 加工。在發(fā)那科 A400 電加工機床進行試驗,通過 測量刃口不同點的分度,使刀具加工時刃口各點更 接近實際分度點,從而保證刀具刃口輪廓精度和圓 跳動。通過形狀導(dǎo)入、輸入刀具角度參數(shù)、程序編程和分度測量可以生成加工程序。通過 在 線 監(jiān) 測,刀具外圓刃口的全跳動在 0. 008mm 以內(nèi)。在 ZOLLER 儀器上監(jiān)測刀具狀態(tài), 刀具的輪廓精度達到 0. 015mm,滿足設(shè)計要求。

  2. 4 電極絲的選擇

  電極絲的熱物理性能是影響加工效率的主要因 素之一。在切割工件放電時會產(chǎn)生大量的熱量,如 果熱量損耗在電極絲上,電極絲會因高溫而斷裂。 同時,電極絲應(yīng)具有低熔點和高氣化壓力的特點,由 于低熔點的鋅對改善電極絲放電性作用明顯,所以 在黃銅絲外再加一層鋅,就產(chǎn)生了鍍鋅電極絲。為 比較普通黃銅絲與鍍鋅銅絲在切割 PCD 刀具時的 影響,選取 BT010 材料型號的 PCD 刀具在相同放電 條件及工藝下進行切割試驗。可以看出,鍍鋅銅絲切割 PCD 刀具速度較高, 加工工件表面質(zhì)量較好,加工精度較高。但鍍鋅銅 絲價格相對普通銅絲更貴,需結(jié)合實際生產(chǎn)加工效 率,考慮是否采用鍍鋅銅絲。

  機械制造論文投稿刊物:《模具制造》(月刊)2001年創(chuàng)刊,主要面對廣大模具企業(yè)的讀者,文章主要來自各企業(yè)一線技術(shù)人員,以實踐為主,經(jīng)驗介紹,我社有專人負責(zé)約稿,并給予較高稿酬,邀請了全國本行業(yè)的專家作為本刊編委會,定期開會討論辦刊過程,由于本刊實用性較強,對工廠企業(yè)很有幫助,因而訂閱量不斷增長。目前,本刊的發(fā)行量在行業(yè)內(nèi)居前列。

  3 結(jié)語

  ( 1) PCD 刀具材料的粒度越小,放電效率越高, 單向走線切割的光潔度越好。 ( 2) 不同粒度的 PCD 刀片宜采取不同的加工參 數(shù),達到切割效率和光潔度的要求。 ( 3) PCD 刀具宜采取多次切割的工藝,在相同 加工參數(shù)的情況下,隨著切割余量的減小,不斷優(yōu)化 切割光潔度。 ( 4) 帶 A 軸的 5 軸聯(lián)動單向走線機床可以保證 該類成型 PCD 刀具的刃口成型、圓跳動量及刃口質(zhì) 量。 ( 5) 在切割 PCD 刀具時,鍍鋅銅絲比普通黃銅 具絲有更高的切割效率、更優(yōu)的切割質(zhì)量及精度,但 成本更高。

  參考文獻

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  [3]孟憲旗,李海濤. 慢走絲電火花加工表面質(zhì)量的改善與 提高[J]. 模具制造,2018,18( 1) : 63 - 66.

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  作者:楊輝全,劉華,劉松,蒲明,唐正文