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          中走絲電火花線切割一次切割參數的研究

          來源:澤冠 發布日期:2017-03-23 16:14:04 瀏覽量:1540

          隨著國內加工制造業對加工精度和表面質量要求的不斷提高,脫胎于高速走絲線切割的“中走絲”線切割機床正不斷地呈現在世人的眼前。但加工精度和表面質量較差的問題使之始終難以真正進入高精加工領域,其中切割速度及表面粗糙度是其比較關鍵的因素,因此對于影響其因子的研究非常重要。本文針對以上問題進行的工藝實驗,確定出第一次切割的較優參數組合,對于很多一次切割就能完成的加工,提供了很好的參數依據,對于多次線切割加工的第一次切割同樣提供參數依據。

          1實驗方案

          在實際放電加工過程中,加工工藝的好壞不僅僅是一個因素影響的結果,更是各因素共同作用的表現。故此,通過對線切割各主要影響因素的正交試驗,優化出較優的一次切割方案。本次試驗采用的試驗方法是正交試驗法,通過不同因素不同水平的變量控制,得出不同因素對對切割速度Vwi和表面粗糙度Ra的影響。通過多目標優化分析處理,確定最優的一次切割工藝參數組合。在完成第一次切割工藝參數的優化選擇之后,進行多次的線切割試驗,檢測其實際加工能力。

          2切割實驗

          2.1切割材料及設備

          本次試驗材料為電加工磨具常用的材料Cr12,試驗機床是模擬相關試驗條件的M332“中走絲”機床,主要測量設備有TR210時代TIME粗糙度儀、濃度檢測儀、數顯千分尺。

          正交試驗的設計。本次試驗主要因子有5個,分別是工件厚度H、走絲速度Vs、短路峰值電流Is、脈寬ti、占空比ψ,試驗指標有2個,分別是切割速度Vwi和表面粗糙度Ra。根據試驗因子數為5,各因子水平數也為5,選用正交試驗表L25(56),第6列留用于顯著性評價時的誤差估計。單次切割正交試驗因子水平設定如表1所示。所選用的正交試驗表L25(56)如表2所示。

          表1一次切割正交因子水平設定

          水平

          A:工件厚度
          H/mm

          B:走絲速
          Vs/(m/s)

          C:短路峰值電流
          Is/A

          D:脈寬
          ti/μs

          E:占空比

          ψ

          1

          20

          2.2(3H)

          22.5

          10

          1:4

          2

          30

          4.4(4H)

          30

          20

          1:5

          3

          40

          6.6(5H)

          37.5

          30

          1:6

          4

          50

          8.8(6H)

          45

          40

          1:7

          5

          60

          11(7H)

          52.5

          50

          1:8

          2.2切割實驗數據記錄及分析

          2.2.1試驗數據記錄中走絲線切割機床上所模擬進行的單次切割正交試驗所得樣件如圖1所示,單個樣件切割面積為:周長(38mm)×工件厚度H。

          測量結果記錄如表3所示,表中Ra以每個樣件測量上中下3處粗糙度值中的最大粗糙度值計算,表中工件各方向尺寸偏差△X=X-X',△Y=Y-Y'。其中X、Y為工件實際輪廓,X'、Y'為工件目標輪廓。在機床本身精度不變的情況下,為確保加工精度,根據試驗結果,一次切割不同參數設置組合的電極絲軌跡單邊偏移量應改設為0.01+(△X+△Y)/4。

          圖1 試驗所得樣件

          表2一次切割L25(56)  試驗表

          試驗號

          A

          B

          C

          D

          E

          G

          1

          1

          1

          1

          1

          1

          1

          2

          1

          2

          2

          2

          2

          2

          3

          1

          3

          3

          3

          3

          3

          4

          1

          4

          4

          4

          4

          4

          5

          1

          5

          5

          5

          5

          5

          6

          2

          1

          2

          3

          4

          5

          7

          2

          2

          3

          4

          5

          1

          8

          2

          3

          4

          5

          1

          2

          9

          2

          4

          5

          1

          2

          3

          10

          2

          5

          1

          2

          3

          4

          11

          3

          1

          3

          5

          2

          4

          12

          3

          2

          4

          1

          3

          5

          13

          3

          3

          5

          2

          4

          1

          14

          3

          4

          1

          3

          5

          2

          15

          3

          5

          2

          4

          1

          3

          16

          4

          1

          4

          2

          5

          3

          17

          4

          2

          5

          3

          1

          4

          18

          4

          3

          1

          4

          2

          5

          19

          4

          4

          2

          5

          3

          1

          20

          4

          5

          3

          1

          4

          2

          21

          5

          1

          5

          4

          3

          2

          22

          5

          2

          1

          5

          4

          3

          23

          5

          3

          2

          1

          5

          4

          24

          5

          4

          3

          2

          1

          5

          25

          5

          5

          4

          3

          2

          1

          表3實驗結果記錄及評分表

          序號

          X軸
          mm

          △X
          mm

          Y軸
          mm

          △Y
          mm

          表面粗糙度
          Ra/μm

          切割速度
          Vwi/(mm2/min)

          加權綜合得分
          W

          1

          5.010

          +0.011(痕)

          14.018

          +0.019

          2.636

          26.435

          -0.105

          5.012

          14.020

          5.020

          14.028

          2

          5.025

          +0.022

          14.022

          +0.022

          3.201

          50.566

          -0.028

          5.022

          14.020

          5.020

          14.025

          3

          5.018

          +0.019

          14.019

          +0.019

          3.751

          67.979

          0.014

          5.020

          14.019

          5.018

          14.019

          4

          5.016

          +0.017

          14.024

          +0.024

          4.368

          74.730

          -0.007

          5.018

          14.024

          5.016

          14.024

          5

          5.031

          +0.030

          14.022

          +0.022

          5.073

          79.748

          -0.046

          5.029

          14.022

          5.031

          14.022

          6

          5.018

          +0.019

          14.018

          +0.018

          3.378

          35.382

          -0.126

          5.021

          14.019

          5.019

          14.018

          7

          5.011

          +0.010

          14.014

          +0.019

          4.052

          54.105

          -0.089

          5.012

          14.024

          5.008

          14.019

          8

          5.018

          +0.019(痕)

          14.014

          +0.012

          4.630

          112.871

          0.174

          5.018

          14.011

          5.020

          14.010

          9

          5.004

          +0.007

          14.008

          +0.007

          3.275

          76.510

          0.105

          5.006

          14.008

          5.010

          14.006

          10

          5.006

          +0.007

          14.000

          0.000

          4.023

          46.117

          -0.129

          5.007

          14.000

          5.009

          14.000

          11

          5.002

          +0.006

          14.010

          +0.010

          3.533

          49.239

          -0.066

          5.007

          14.010

          5.009

          14.011

          12

          4.990

          -0.005

          14.000

          -0.001

          2.837

          47.919

          -0.008

          5.000

          14.000

          4.995

          13.998

          13

          5.000

          0.000

          14.007

          +0.007

          3.817

          69.725

          0.018

          5.002

          14.010

          4.999

          14.004

           

          序號

          X軸/

          mm

          △X/

          mm

          Y軸/

          mm

          △Y/

          mm

          表面粗

          糙度

          Ra/μm

          切割速度

          2

          Vwi/(mm

          /min)

          加權綜合

          得分W

          14

          4.983

          -0.014

          14.001

          +0.001

          3.331

          32.224

          -0.139

          4.990

          14.003

          4.985

          13.998

          15

          5.000

          0.000

          13.997

          +0.002

          3.797

          79.456

          0.072

          5.000

          14.002

          5.000

          14.008

          16

          嚴重黑痕,舍去

          3.132

          42.382

          -0.065

          17

          極易斷絲

          4.125

          97.212<,/P>

          0.137

          18

          5.012

          +0.012

          14.002

          +0.001

          3.462

          49.777

          -0.057

          5.012

          14.000

          5.012

          14.000

          19

          5.008

          +0.008

          14.000

          0.000

          4.174

          63

          .503

          -0.049

          5.008

          14.000

          5.008

          14.000

          20

          5.005

          14.000

          0.000

          2.768

          49.803

          0.009

           

          5.004

          14.000

          5.004

          14.000

          21

          極易斷絲

          4.035

          75.321

          0.91

          0.027

          22

          4.979

          -0.016

          13.998

          +0.005

          3.495

          33.529

          -0.147

          4.991

          14.012

          4.982

          14.005

          23

          4.974

          -0.021

          14.008

          +0.009

          3.029

          32.948

          -0.107

          4.983

          14.012

          4.979

          14.007

          24

          4.978

          -0.019

          13.997

          -0.003

          3.570

          91.566

          0.158

          4.985

          14.005

          4.980

          13.990

          25

          4.982

          -0.013

          14.002

          +0.003

          3.978

          100.352

          0.167

          4.992

          14.005

          4.988

          14.001

          2.2.2數據分析

          我們對本次的數據采用方差分析法,單次切割正交試驗切割速度及表面粗糙度Ra的方差分析如表4所示。表中n表示各因素自由度,S表示各因素的偏差平方和,F表示各因素偏差平方和與誤差平方和之比。由表4的顯著性分析可知,對于切割速度而言,A~E這5個影響因子的影響大小順序為C>E>B>D>A;對于表面粗糙度Ra而言,A~E這5個影響因子的影響大小順序為D>C>B>A>E。

          表4單次切割正交試驗切割速度及表面粗糙度Ra方差分析表

          因素

           

          A

          B

          C

          D

          E

          G

          Vwi

          n

          5-1=4

          5-1=4

          5-1=4

          5-1=4

          5-1=4

          5-1=4

          S

          405.982

          2219.518

          5685.768

          1501.533

          3077.158

          97.343

          F

          4.171

          22.801

          58.410

          15.425

          31.612

           

          Ra

          S

          0.613

          0.996

          1.452

          4.653

          0.306

          0.314

          F

          1.953

          3.173

          4.623

          14.818

          0.974

           

          從F分布上側分位數值表查可得F0.10(4,4)=4.11,F0.05(4,4)=6.39。以顯著性水平0.10來判斷,對于切割速度,5個因素對切割速度都有顯著性影響;對于表面粗糙度Ra,短路峰值電流及脈寬有顯著性影響。以顯著性水平0.05來判斷,對切割速度有顯著性影響的因素是短路峰值電流、占空比、走絲速度、脈寬;對表面粗糙度Ra有顯著性影響的因素則只有脈寬。

          由此可見,方差顯著性分析的結果和直觀分析法中的極差分析的結果是一致的。即有以下結果。

          (1)對切割速度的影響從大到小順序為短路峰值電流Is、占空比ψ、走絲速度Vs、脈寬ti、工件厚度H;對表面粗糙度的影響從大到小順序為脈寬ti、短路峰值電流Is、走絲速度Vs、工件厚度H、占空比ψ。

          (2)5個因素對切割速度都有顯著性影響,其中工件厚度的F值非常接近顯著與非顯著的臨界值,且比其余4個因素小很多,故相對而言,工件厚度可作為次要影響因素考慮;短路峰值電流及脈寬對于表面粗糙度Ra的影響最顯著,走絲速度次之,工件厚度和占空比影響十分有限。

          綜合以上分析方法,針對不同加工方案實現Ra3.2μm工藝要求,所得的一次切割優化參數組合如表5所示。

          表5一次切割加工參數優化結果表

          加工方案

          B:走絲速度
          VS/(m/s)

          C:短路峰值
          電流Is/A

          D:脈寬
          ti/μs

          E:占空比
          ψ

          一次切割

          6.6

          37.5

          10

          1:7

          3優化方案的實驗驗證

          在相同試驗條件下進行加工工藝優化方案的驗證,分別加工3個樣件,一次切割所得工藝情況如表6所示。

          可知,一次切割實現表面質量等級Ra3.2μm的加工平均切割速度為50.58mm2/min,表面粗糙度Ra的較優情況,說明了優化方向的正確性。同時加工過程中放電狀態較為穩定,連續4h正常加工不斷絲。

          表6優化方案驗證結果

          加工方案

          切割速度
          Vwi/(mm2/min)

          平均速度
          (mm2/min)

          表面粗糙度
          Ra/μm

          平均表面粗糙度
          Ra/μm

          一次切割

          (Ra3.2μm)

          51.30

          50.58

          2.94

           

          48.12

          2.78

          2.79

          52.32

          2.65

           

          4結語

          (1)進行了“中走絲”一次切割的單因素試驗及多因素正交試驗,二者試驗結果相互印證,分析得出工件厚度H、走絲速度Vs、短路峰值電流Is、脈寬ti、占空比ψ這五個重要因素對切割速度Vwi和表面粗糙度Ra的具體影響規律。同時優化出一次切割獲得表面質量等級Ra3.2μm切割較優參數組合。

          (2)一次切割完成表面質量等級Ra3.2μm要求的電參數組合:走絲速度Vs為6.6m/s,短路峰值電流Is為37.5A,脈寬ti為10μs,占空比ψ為1:7,平均切割速度達50.28mm2/min,表面粗糙度Ra達到2.79μm。

          (3)一次切割時,在走絲速度一定的情況下,為追求較優的加工效率,同時考慮保證一定的表面質量,在確保電極絲損耗較小的前提下,應采用較大的短路峰值電流和占空比。

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