锚杆钻头金刚石复合片的切割

1 金刚石复合片电火花线切加工问题的提出

1997年我们在原有的我国第一代电火花线切割机床苏州长风厂1977年生产的分立元件晶体管CK)1型程控线切机床进行金刚石复合片的切割加工试验,由于这台机床生产的年代很早,当时的控制技术还很不成熟,加之晶体管分立元件手工焊接点有多,高频脉冲电源脉冲电压只有0~60V.DC,功放管只有四组功率太小,传统的机床电器等原因,复合片的切割试验工作很困难,不是切不动就是机床出故障。为此,1998年对CK)1型程控线切割机床的控制器、高频脉冲电源、驱动器、机床电器部分进行了改造。将原来的晶体管控制器改为单扳机控制器、高频脉冲电源改成加工电压为50~80V.DC,功放管增加到5只VMOS高性能功率管提高了功率、脉冲高度和宽度、驱动器和机床电器也进行彻底改造。改造后的CK)1型线切割机床,虽然机床功能很强,机床本身故障率降低了,利用率提高了很多。但是,金刚石复合片的切割加工仍存在切割加工困难、加工效率很低等问题。为了尽快地解决金刚石复合片的切割加工问题,我们走访了国内电火花加工的有关单位。2001年,我们选具有一般现行线切割机床的基本功能。质量好、控制系统可靠,价格合适,售后服务好、企业信誉好的DK77)32型产品。

2 对电火花线切割机床的改造

改造目标是,以提高切割电压;高频脉冲电源的功率、脉冲宽度、幅度、脉冲占空比调节来对付金刚石层导电率低的切割困难。平面度垂直度移动直线度为0.01mm,贮丝筒的原跳动0.005mm。发生断丝短路等事故停车报警并要有声音和灯光提示。改造适合切割金刚石复合片的工装夹具和高频电源、高频加工电压可在60~120V选择,最大加工电流10A,脉冲宽度和脉冲幅度及脉冲间隙占空比调节范围要更大,便于选择合适的切割加工工艺。修改程序能够任意在程序中设定切割中空走的速度。导轮、导电块、挡丝杆必改进。将控制器改造成运行速度快,稳定可靠,操作方便的电脑控制器,YH电火花线切割编程控制一体化系统。切割加工中的实际切割速度和空走速度在程序可分别任意设定,将高频脉冲电源的加工电压改成在60~120V任意可以选择,最大加工电流提高到10A,脉冲宽度在1~180us和脉冲间隙在1~400us及占空比在(1B1)~(1B18)任意可选择。对机床电气电路,水泵控制电路、运丝电路及运丝正反转自动换向电器、换向时自动关断脉冲加工电路、停机制动电路、断丝停车电路、无人自动值班电路等功能进行了彻底的改进。其中运丝正反转换向电路应采用最新技术最先进的晶闸管电路实现无触点、无火花的柔体转向,达到安全可靠,运行噪声小等优点。工装夹具改成由一层至五层、有定位、安装方便、两边任意调节组合的新型工装,精度高、操作方便。导轮由原来的钢导轮改为宝石导轮,导轮架由原来的塑料内套改为铜套,导电块和挡丝棒由原来的普通合金改成耐磨的W2型合金,使用寿命提高了6倍。断丝、故障报警有声音和光的提示,便于故障及时处理。改造后的电火花线切割机床,达到了设计要求,运行正常良好,机床功能很强,故障率很低,操作简单方便,运行机械噪音小,生产效率提高了很多,达到设计目标,可以满足切割加工金刚石复合片超硬材料的要求。

3 金刚石复合片电火花线切割加工工艺小结

在几年的金刚石复合片超硬材料切割加工研究中,在线切割机床的改造中,在金刚石复合片切割加工工艺探讨中,在金刚石复合片切割加工试验中,我们总结出如下经验。脉冲电源的调整方法,在切割加工前先调试脉冲电源,步骤如下:选择合适的脉冲宽度并选择适当数量的功放管;把调机输总第76期2002年第3期西部探矿工程WEST-HINAEXPLORATIONENGINEERINGseriesNo.76May2002出端用导线短路;打开脉冲电源总开关,使其处在调机位置;调节脉冲电源间隔,并观察脉冲电源上电流表的电流值,应与脉冲电源短路值一致。检查完毕,转换调试开关,关断总电源,拆掉调机输出端导线。脉冲电源的短路电流检查可用功放管的短路电流与典型值是否相符,在正常切割加工过程中,调试开关处于工作状态,否则容易造成断丝。脉冲宽度的调整,脉冲宽度越宽,单个脉冲的能量就越大,切割效率也越高,由于放电间隔较大,所以加工稳定,但表面光洁度就差,若要表面光洁度好则应选用小脉冲,这样单个脉冲的能量就小,但由于放电间隔小,加工稳定性就差一点,这样就应根据不同工件的不同要求,按照上述特点选择合适的脉冲宽度。脉冲间隔的选择,由于厚度大的工件排削困难,因此就需要适当加大脉冲间隔时间,这样一方面是给排削有充裕的时间,另一方面少生成一些电蚀物,防止断丝,使得加工较稳定,一般脉冲宽度与工件厚度成正比。功放管的选择,功放管是并联使用的,功放管数选择得越多,加工电源就越大,加工效率也高一些,但在同一脉冲宽度下,加工电源越大表面粗造也就越差。当选用5us窄脉冲进行精加工时,为了保证加工稳定性,如果工件厚度大时投入的功放管应多一些,因为功放管较少时,单个脉冲的能量较小,这样就容易发生短路,无法稳定加工,如果只要求高速而表面粗造度要求不高时,也可以投入较多的功放管子进行加工。如果要提高加工精度,一定要有稳定的放电间隙。为了避免由于操作不当引起的过电流,不要在带负载的情况下切换脉冲开关,再加工中切换,应在运丝电机换向停脉冲时进行。加工中必须注意,对于没有把握的程序和工件尺寸,可用薄板先试割。合理调整给进速度,给进速度根据工件厚度、在开机前调好,视电流表稳定为止。工作液一定要畅通,否则会引起短路或断丝,同时要特别注意工作也不可进入机床电器。切割中出现短路现象,(无火花、无进给切割)可用短路自动回退排除。切割过程中尽量避免操作停机,以免出现加工痕迹。为提高加工经验及维修水平,应将每次出现的问题和解决方法详细记录。几种问题的正确处理,临时停机片刻,假若一程序尚未切割完毕,需要暂时停机片刻。可先关闭控制器面板上的高频开关,然后关闭机床控制面板上的高频开关,水泵即走丝电机开关。但不要关闭控制器电源,以保持剩下待切程序开机后继续切割。对于较长时间停电、停车,除按上述方法停机外,控制器具有停电保持功能,长时间保持为加工完的程序不消失。此时应记下停机时的状态:加工的程序段,X、Y、J、G、Z值以及间隙补偿值。突然断丝,可按上述方法停机,并利用回原点方法回到起始点重新穿丝。如果所剩切割部分较少,可进行倒割,并在切割完毕时,即时关闭高频电源开关,以免损伤工件表面。对于需要重新更换钼丝时,要特别注意检查断丝与新丝的直径之差,若相差太大,则应考虑重新编程序,以保证加工精度。否则原有的垂直度将被破坏,造成工件的破坏。钼丝相对工作台的垂直度,其测量方法主要有两种,一种是光缝测量法,即在灯光下目测钼丝与垂直度校正器之间的光缝大小,以光缝上下均匀且基本看不见为好。第二种是火花法,即打开高频电源(功放开关打开一至二个,移动拖板使钼丝与垂直度校正器满满地靠近,碰出火花,调整位置,直到钼丝靠近校正器时,垂直度校正器上下能同时碰出火花为宜。调整时,须在钼丝张紧状态下进行。在调整X方向的垂直度时,只要松开紧固在下丝臂后端的两个M10螺钉,前后移动下线架即可调整好垂直度。然后,重新锁紧。Y方向的垂直度调整,应先松开固定导轮铜套两只M4螺钉,将导轮铜套两端盖旋出少许,左右移动导轮铜套调到合适位置即可。调整后旋紧左右端盖,拧紧定位螺钉。这是导轮应转动灵活,不应有卡现象,也不应出现导轮的轴向串动(允许0.002mm)、径向串动(允许.005mm),否则抖丝厉害,加工超差,甚至断丝。当导电块及挡丝棒长期使用已出现凹痕时,应及时调整至新的位置再可使用,如果无法调整,应及时更换,否则会出现接触不良或断钼丝的现象。钼丝和导电液的选择也应严格遵守金刚石复合片切割工艺。

4 复合片切割加工中常见故障及排除方法

断丝故障分析及排除方法,断丝故障是线切割机床常见故障之一,造成这种故障的因素较多,现分析如下。刚开始切割工件即断丝,产生原因:进给不稳,开始切入速度太快或电流太大;切割时,工作液没有正常喷出;钼丝在贮丝筒上绕丝松紧不一致,造成局部抖丝厉害;导轮及轴承已磨损或导轮轴向及径向跳动大,造成抖丝厉害;线架尾部挡丝棒没有调整好,挡丝位置不合适造成叠丝;工件表面有毛刺,氧化皮或锐边。排除措施:刚开始切入,速度应稍慢一些,若是工件的材料厚薄,逐渐调整速度至合适位置;排除工作液没有正常喷出的故障;尽量绷紧钼丝,使之消除抖动现象(必要时可调整导轮位置,是钼丝完全落入导轮中间槽内);如果绷紧钼丝、调整导轮位置效果不明显,则应更换导轮或轴承(一般3~6个月更换一次);检查钼丝在挡丝棒位置是否接触或靠向里侧;去处工件表面的毛刺,氧化皮和锐边等。在切割过程中突然断丝,产生原因:贮丝筒换向时断丝的主要原因是,贮丝筒换向时没有切断高频电源,致使钼丝烧断;工件材料热处理不均匀,造成工件变形,夹断钼丝;脉冲电源电参数选择不当;工作液使用不当,太稀或太脏,以及工作液流量太小;导电块或挡丝棒与钼丝接触不好,或已被钼丝割成凹痕,造成卡丝;钼丝质量不好或已霉变发脆。排除措施:排除贮丝筒换向不切断高频脉冲电源的故障;工件材料要求材质均匀,并经适当热处理,是切割是不易变形,且切割效率高,不易断丝;合理选择脉冲电参数;经常保持工业的清洁,合理配置工作液;调整导电块或挡丝棒位置,必要时可更换导轮或挡丝棒;更换钼丝,切割较厚工件要使用较粗的钼丝加工。其它一些断丝故障:导轮不转或不灵活,钼丝与导轮造成滑动磨擦而把钼丝拉断。应重新调整导轮,电极丝受伤后,也会引起加工过程中的断丝,紧丝时,一定要用紧丝轮紧丝,不可用不恰当的工具。在工件接近切割完时断丝,这种现象往往是工件材料变形,将电极丝夹断,并在断丝前会出现短路。主要解决办法是选择正确的切割路线和材料,从而最大限度的减少变形。工件切割完时跌落撞断电极丝,一般可在快切割完时用磁铁吸住工件,防止跌落撞断电极丝。空运转时断丝,主要可检查钼丝是否在导轮槽内,钼丝排列有无叠丝现象,可检查贮丝筒转动是否灵活,还可检查导电块挡丝棒是否已割出沟痕。