CN201102114Y - 高速走丝电火花线切割大厚度加工电极丝 - Google Patents

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张永俊
万自尧
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Abstract

本实用新型公开了一种高速走丝电火花线切割大厚度加工电极丝，该电极丝在普通钼丝的外接圆周上开若干个凹槽，凹槽对称均匀分布在外接圆周上，凹槽的形状是由槽内夹角及内切圆直径构成；该电极丝能提高切割工件材料的厚度，提高切割超大厚度工件的稳定性，提高切割超大厚度工件的效率；使用该电极丝切割超大厚度工件，切割速度将会达到现有水平的5～10倍，切割工件的超大厚度水平将会进一步提高，使用该电极丝，切割工件厚度提高到1000mm以上。

Description

高速走丝电火花线切割大厚度加工电极丝
技术领域
本实用新型涉及一种高速走丝电火花线切割大厚度加工电极丝.
背景技术
电火花加工(Electro Spark Erosion)又称放电加工(Electro Discharge Machining)和电蚀加工(Electroerosion Machining)，在日本称为放电加工，在前苏联称为电蚀加工。它是利用两极间脉冲放电时产生的电腐蚀现象，对材料进行加工的方法。在学术上它属于电物理加工范畴。电火花加工技术是特种加工技术中最重要的部分之一。而电火花线切割技术是电火花加工技术重要成员之一。其原理是利用两极间脉冲放电时产生的腐蚀现象，按照一定的轨迹对材料进行加工。传统的机械加工方式通过机床部件的相对运动，用比工件材料硬的刀具去切除工件上多余的部分，而得到成品零件。而线切割技术不同，其是用软的工具去加工硬的材料，具有“以柔克刚”的效果。
现有加工较大厚度工件的切割方式主要有：激光切割、火焰切割、等离子切割、线锯切割、磨料射流切割、电火花线切割。激光切割和等离子切割只能加工厚度在30mm左右的钢板；火焰切割和线锯切割也分别只能加工厚度在300mm左右的钢板和石材；磨料射流切割一般只能切割30mm以下的不锈钢，相比之下，电火花线切割在切割超大厚度方面有很大的优势，据相关文献表明，快走丝线切割机床最大切割厚度在800mm左右，是其它加工方式难于媲美的。
随着社会的需要，厚度在200mm以上的模具以及超大厚度直壁异形零件大量出现，如许多大型注塑模的模芯、注塑模分型面，过去都是采用切削方式进行加工，不但浪费大量的模具钢和加工工时，而且凸、凹模之间的配合间隙也很难保证。如采用电火花线切割的方式替代传统的切削方式加工，就可以从根本上改变这种状况。但是，目前无论是国产高速走丝线切割机，还是国外低速走丝线切割机，一般只能适应加工厚度在200mm以下的工件。当工件厚度超过200mm时，加工稳定性下降，使得加工难于顺利进行。这是因为在线切割加工时，电蚀产物首先抛入极间的工作液中，然后由工作液带出切缝，工作液经过切缝期间脉冲电源要产生多次放电，前几次放电产生的电蚀产物必然要影响以后的放电过程。因此，工作液必须具有一定的容纳性，即是工作液中电蚀产物的浓度低于一定值时，工作液能够保持其介电性，以便容纳尚未及时排出的电蚀产物，使稳定性免遭破坏。当工作液中电蚀产物的浓度大于一定值以后，过程的稳定性就会遭到破坏，使加工无法进行。因此，在研究线切割加工速度时，不仅要考虑熔融金属从电极表面抛出，而且还必须考虑电蚀产物从间隙中及时排除。电蚀产物的排除，除了加速电蚀产物在工作液中的扩散外，还需要保持切缝中工作液有一定的流量。随着工件厚度的增加，进入切缝中的工作液迅速减少，造成切缝中电蚀产物难于排除。
可见，把电蚀产物从狭小的切缝中排除，增加切缝中工作液的流量，降低切缝工作液中杂质的浓度，提高切缝中工作液的排水量，直接关系到超大厚度工件材料能否稳定切割、切割效率能否提高。据有关学者研究分析，用流体力学方法分析切缝中工作液状况，得出切缝中工作液状况与切缝宽度、切缝长度、电极丝的丝速以及工作液的粘度、工作液成分有关。当工件厚度大于200mm，电极丝运动产生的剪切流动是工作液在切缝中流动的主要因素。而增加剪切流动流量的方法有两个：一个是增大电极丝的运动速度，另一个是改变切缝的几何尺寸。现在快走丝线切割机床的走丝速度已达10m/s以上，进一步提高走丝速度有一定的困难。这是因为：(1)走丝速度的提高必然会引起电极丝振动增大，这对提高加工精度是不利的；(2)提高走丝速度必然要增加滚丝筒的尺寸，否则换向的时间在总时间中所占比重过大，反而降低加工速度，而增加滚丝筒的尺寸是比较困难的。由此可见，只能采取改变切缝尺寸的办法，以增大切缝，实现超大厚度工件的稳定高效切割。而通过巧妙地设计电极丝的形状和改变电极丝的尺寸，则可以有效地解决这个难题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种高速走丝电火花线切割大厚度加工电极丝，目的是①提高切割工件材料的厚度；②提高切割超大厚度工件的稳定性；③提高切割超大厚度工件的效率。
本实用新型的高速走丝电火花线切割大厚度加工电极丝。如图1所示，是在普通钼丝的外接圆周上开n个凹槽，凹槽的数目可以为3、4、5、6个，n个凹槽根据一定的角度C均匀分布在外接圆上，凹槽的形状A可以是如图1所示形状，亦可以是半圆或者是半椭圆等形状，内切圆直径d由槽的深度H和外圆直径D所决定，角度C、外直径D和内直径d的范围如表1所示。槽的深度H由电极丝从刚开始使用到自然损耗引起断丝，半径所减少的数值所决定，一般槽的深度H≤0.10mm。本实用新型的电极丝主要分为两种类型，一种是直线形，其轴向如图2所示；另外一种是螺旋形，其轴向为螺旋形状，如图3所示。其主要的共同特征在于通过凹槽加大切缝的放电间隙，使得工作液能自由地进入狭小的切缝，顺利把放电蚀除产物排除切缝，从而保证超大厚度工件加工的顺利进行。
本实用新型的有益效果是在切割大厚度工件以至超大厚度工件时，使用本实用新型的电极丝，改变了切缝的尺寸，提高了切割的稳定性和切割效率。其预期效果是大大高于目前线切割超大厚度工件的切割水平。目前，切割500mm以上的工件时，切割速度一般只有5～20mm2/min，而用本实用新型的电极丝切割超大厚度工件，切割速度将会达到现有水平的5～10倍。切割工件的超大厚度水平将会进一步提高，目前，据有关文献资料，现有的最大厚度切割记录水平为800mm左右，使用本实用新型的电极丝，将把切割工件厚度提高到1000mm以上。
附图说明
图1是本实用新型的电极丝径向截面结构示意图。
图2是本实用新型的直线形电极丝立体示意图。
图3是本实用新型的螺旋形电极丝立体示意图。
具体实施方式
根据说明书附图以下具体说明：
表1
    序号     符号     名称     数值
    1     D     外接圆直径     φ0.15～0.50mm
    2     d     内切圆直径     φ0.12～0.40mm
    3     C     槽内夹角     10°～60°
    4     n     槽片数     3～6
    5     A     槽形     均匀分布在圆上
说明：用粗实线所包的范围为本实用新型的电极丝的横截面形状。在外接圆周上开n个凹槽，凹槽的数目可以为3、4、5、6个，n个凹槽根据一定的角度C均匀分布在外接圆上，凹槽的形状A可以是如图1所示形状，亦可以是半圆或者是半椭圆等形状，内切圆直径d由槽的深度H和外圆直径D所决定，角度C、外直径D和内直径d的范围如表1所示。一般槽的深度H≤0.10mm，由电极丝从刚开始使用到自然损耗引起断丝所决定。
电极丝的制作，首先需要制作出相应的金刚石拉丝模具，然后通过热拉冷拉的方式制作而成。此工艺对拉丝模具的要求较高，制作不规则的微小拉丝模具是一个高难度技术的过程。
本实用新型的电极丝，通过凹槽加大了切缝的放电间隙，使得工作液能自由地进入狭小的切缝，顺利把放电蚀除产物排除出切缝，从而保证超大厚度工件加工的顺利进行。在切割大厚度工件和超大厚度工件时，需注意几点，第一，电极丝配套使用的导轮，则需要做一定的调整，使得电极丝在导轮槽里面平稳的通过。第二，使用此电极丝时候，对过滤装置要求比较高，工作液的纯净度需要控制在一定范围之内，才不至于堵塞狭小的切缝。第三，要求调节比较大的电参数进行切割加工。

Claims (7)

1. 一种高速走丝电火花线切割大厚度加工电极丝，其特征在于：在普通钼丝的外接圆周上开若干个凹槽，凹槽对称均匀分布在外接圆周上，凹槽的径向形状是由槽内夹角及内切圆直径构成。
2. 根据权利要求1所述的电极丝，其特征在于：上述槽内夹角是10°～60°。
3. 根据权利要求1所述的电极丝，其特征在于：上述外接圆直径是φ0.15～0.50mm。
4. 根据权利要求1所述的电极丝，其特征在于：上述内切圆直径是φ0.12～0.40mm，内切圆直径由槽的深度和外接圆直径所确定，槽的深度≤0.10mm。
5. 根据权利要求1所述的电极丝，其特征在于：上述外接圆周上开3～6个凹槽。
6. 根据权利要求1所述的电极丝，其特征在于：上述凹槽的径向形状可以是半圆或者是半椭圆形状。
7. 根据权利要求1至6所述的电极丝，其特征在于：上述制成的电极丝分为两种类型；一种是直线形，凹槽轴向为直线形；另外一种是螺旋形，凹槽轴向为螺旋形状。
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