Типичные проблемы и методы их решения при резке алюминиевых деталей на станках с ЧПУ.

При обработке алюминиевых деталей на станках с ЧПУ часто возникают проблемы, связанные с сильным износом, коротким замыканием, обрывом проволоки, деформацией дорожки и повреждением заготовки, в результате чего некоторые изделия сразу же отбраковываются. На основе многолетнего опыта автор обобщает ключевые технические проблемы в практике обработки.
Во-первых, проблема легкого обрыва проволоки при резке алюминиевых деталей.
Причина, по которой алюминиевый кусок, вырезанный проволокой, легко ломается.
При резке алюминиевой проволоки, поскольку материал мягкий, удаление стружки затруднено, а при высоких температурах алюминий легко образует твердую пленку, в результате чего большое количество алюминиевого оксида или алюминиевых отходов легко прилипает к молибденовой проволоке, и молибденовая проволока, соприкасаясь с подающим блоком, быстро образует канавки. Мягкий алюминий и твердый абразив смешиваются, заполняя канавки, и при попадании внутрь канавки раздавливаются, что приводит к отрыву проволоки.
2 решения
Проблема защемления молибденовой проволоки в подающем блоке возникает при регулировке положения подающего блока в раме для проволоки, что предотвращает износ подающего блока, приводящий к снижению эффективности, многократной резке поверхности, ухудшению качества материала и браку проволоки.
При толщине обрабатываемого материала более 40 мм, обычно обработка занимает 3-4 часа после небольшого поворота подающего блока на один угол, как показано на рисунке 1b. Первое направление вращения показано на рисунке 1a, обработка занимает 8 часов, а затем вращение происходит в направлении, показанном на рисунке 1b. Таким образом, после каждого вращения в течение 8 часов производится корректировка положения подающего блока для снижения вероятности обрыва проволоки. Практический опыт показывает, что этот метод значительно снижает себестоимость обработки и повышает экономическую эффективность. Следует отметить, что толщина подающего блока и напряжение электродной проволоки обычно составляют 0,5-1 мм. Когда на одной поверхности образуются канавки, подающий блок поворачивается на 90 градусов и так далее, пока не будут вырезаны канавки на всех четырех сторонах. Затем, вблизи линии отбора проб на боковой площадке, можно установить прокладку толщиной 1-2 мм и отрегулировать положение подающего блока влево, что эквивалентно изготовлению нового подающего блока и позволяет сэкономить на производственных затратах.
Например: толщина каждого алюминиевого листа составляет 2 мм, всего обрабатывается 8 листов одновременно, около 8 часов уходит на регулировку контактной поверхности подающего блока, ежедневная обработка занимает 8 часов, до шестого дня происходит обрыв проволоки. Затем используется микрометрическая молибденовая проволока диаметром всего 0,125 мм (исходный диаметр молибденовой проволоки составляет 0,18 мм). Значительная регулировка положения подающего блока позволяет избежать проблемы обрыва проволоки в подающем блоке.

Разумеется, следует отметить, что при относительно высоких требованиях к точности размеров заготовки необходимо своевременно измерять диаметр молибденовой проволоки и корректировать величину компенсации для обеспечения требуемой точности размеров.

Во-вторых, деформация заготовки.
1. Причины деформации заготовки
В процессе изготовления заготовки, механической обработки, термообработки, неравномерного нагрева, внутренних сил и деформации происходит трансформация структуры заготовки, например, в результате возникновения остаточных напряжений. В течение определенного периода времени без внешнего воздействия распределение напряжений относительно сбалансировано. Однако в процессе электроэрозионной обработки (WEDM), поскольку материал заготовки подвергается большому количеству резов, распределение напряжений также может изменяться, и с течением времени оно постепенно стремится к балансу, что приводит к деформации заготовки. Это явление деформации более выражено для деталей из алюминиевых сплавов.
2 решения
(1) Процесс резки перед обработкой напряженных участков сначала подвергается термообработке для устранения внутренних напряжений, чтобы предотвратить большие деформации напряжения и стабилизировать размеры деталей. Конечно, разные материалы и методы обработки разные.
(2) Метод обработки внешнего контура обычно не позволяет вырезать отверстие для проволоки с боковой стороны заготовки, как показано на рисунке 2а. Этот метод очень легко ломается, поскольку после снятия напряжения в заготовке происходит деформация, что приводит к снижению точности обработки. Чтобы избежать и уменьшить деформацию при производстве, можно использовать метод обработки с вырезанием отверстия для проволоки, сохраняя грубый контур закрытого отверстия, как показано на рисунке 2B, что позволяет минимизировать напряжение и деформацию в процессе обработки.
(a) внешний разрез (b) обработка отверстия для провода
(3) При использовании метода двух резов для обеспечения точности обработки деталей, лучше всего использовать метод двух резов.
Как показано на рисунке 3, хвостовая часть пули имеет V-образный железный зажим на одном конце диаметром 8 мм, а другой конец подвешен. После обычной обработки и микрометрического измерения размер обрабатываемого участка вблизи V-образного зажима составляет 2,00 мм, а размер обрабатываемого участка на другом конце — всего 1,86 мм. Это процесс онлайн-резки, поскольку резка материала заготовки изменяет распределение напряжений при деформации заготовки.
Усовершенствованный метод обработки заключается в увеличении толщины на первом промежуточном этапе обработки с 2 мм до 2,4 мм, с оставлением запаса в 0,2 мм на первой стороне резки (при черновой обработке молибденовой проволоки диаметром 0,18 мм для ускорения процесса). Сначала, после разрушения исходной заготовки путем восстановления внутреннего равновесия напряжений, производится вторая обработка, в ходе которой измеряется деталь размером 1,99 мм для проверки требуемого размера.
Во-третьих, при резке алюминиевых деталей легко возникает короткое замыкание и деформация дорожки реза.
1. Анализ причин проблемы
В повседневной работе резка заготовок большой толщины затруднена из-за ограничений условий электроэрозионной обработки: толщина заготовки должна быть в пределах определенного диапазона, подача охлаждающей жидкости в заготовку недостаточна, образование зазоров из продуктов электроэрозионной обработки обычно не исключается, обработка нестабильна, а отсутствие тока может привести к короткому замыканию разряда. В процессе резки алюминия в таких условиях вероятность возникновения подобных явлений возрастает.
Обычно станки для резки, сходящие с конвейера, оснащены функцией защиты от короткого замыкания. При возникновении короткого замыкания станина станка немедленно останавливается и остается неподвижной в ожидании обработки. Однако при обработке алюминия, который является мягким и легким материалом, стружка образуется с трудом. Иногда после разряда короткого замыкания в зоне обработки станок перемещается в подающий блок, где происходит искровой разряд. Хотя между заготовкой и проволочным электродом происходит короткое замыкание, состояние разряда станка остается нормальным. Поэтому станок не замыкается между заготовкой и проволочным электродом, и защита от короткого замыкания не срабатывает. В этом случае станок продолжает работать в соответствии с обычными процедурами резки. Обработка заготовки с помощью молибденовой проволоки в мягкой канавке станка не позволяет получить заготовку нормальной формы и размера, что приводит к деформации режущей дорожки и, как следствие, к браку заготовки. Как показано на рисунке 4, на первых двух этапах обработки происходит деформация режущей дорожки и брак заготовки.
2 способа решения
(1) Первый способ заключается в оптимизации параметров процесса в соответствии с различными параметрами резки проволоки различной толщины. В результате многочисленных экспериментов было установлено, что при обработке алюминиевых сплавов целесообразно уменьшить ширину импульса, поскольку уменьшение ширины импульса снижает энергию одиночного импульса, уменьшает размер следа разряда, а также уменьшает размер и количество частиц оксида алюминия и износ блока подачи. Увеличение интервала между импульсами способствует удалению стружки, уменьшает прилипание проволоки, повышает стабильность резки и улучшает шероховатость поверхности заготовки. Если интервал между импульсами слишком мал, нельзя исключить образование продуктов разряда, а слишком большой интервал разряда препятствует ионизации, что делает обработку нестабильной и легко приводит к обрыву проволоки или деформации следа резки.
Скорость подачи, заданная в схеме, меньше фактической скорости коррозии заготовки, состояние обработки разомкнуто, а скорость резания низкая. Поскольку температура плавления и температура испарения алюминиевого сплава низкие, количество энергии разряда увеличивается, а разрядный зазор большой. Из-за разрядного зазора импульсное напряжение не может своевременно пробиться между жидкой средой, что значительно снижает коэффициент использования импульса. В то же время слишком большое расстояние между электродами приводит к увеличению амплитуды, процесс становится нестабильным и даже может привести к обрыву проволоки. Когда скорость подачи превышает фактическую заданную возможную скорость эрозии (так называемая скорость подачи), то в процессе обработки легко возникает короткое замыкание, фактическая скорость подачи и резания также снижается, но это не приводит к устранению электрической эрозии алюминия, обрыву проволоки и короткому замыканию. Поэтому необходима разумная регулировка частоты подачи для достижения лучшего состояния обработки. Вся схема управления частотой подачи имеет множество регулировочных элементов, большинство из которых установлены в шкафу управления станка и, как правило, не должны изменяться. На панели управления установлен регулятор, позволяющий регулировать положение регулятора в соответствии с конкретными условиями, обеспечивая минимальные показания амперметра, вольтметра и дрожание сигнала молибденовой проволоки, а также оптимальную обработку данных.
Например, при обработке толстых заготовок, как правило, на начальном этапе (5 мм), из-за вибрации электродной проволоки и высокой концентрации охлаждающей жидкости, следует увеличить энергию одиночного импульса, а также интервал между импульсами, как минимум, до соотношения ширины импульса и интервала между импульсами (1:8). Это необходимо для обеспечения достаточного интервала времени, исключающего электрическую эрозию, при одновременном снижении тока обработки, обычно ниже 2 А. Когда обработка стабилизируется, следует соответственно уменьшить интервал между импульсами, увеличить ток обработки примерно до 3 А, а напряжение — примерно до 75 В. Среднее значение разряда молибденовой проволоки не увеличивается, способность к образованию искрового разряда возрастает, а взрывная сила искры усиливается. Поэтому электрические параметры следует выбирать с учетом необходимости увеличения значения параметра, иначе это приведет к нестабильности обработки и снижению качества обрабатываемых деталей.
Требование к скорости резания и шероховатости поверхности являются двумя технологическими показателями, поэтому для удовлетворения требований к шероховатости поверхности необходимо стремиться к высокой скорости резания.
(2) Если толщина заготовки слишком мала, то разрядный зазор не подходит, иначе возникнет короткое замыкание, разряд не способствует охлаждению и коррозии материала; слишком большой разрядный зазор повлияет на шероховатость поверхности и скорость обработки. При резке толстых заготовок следует использовать молибденовую проволоку большего диаметра и большую ширину импульса, чтобы увеличить разрядный зазор, повысить эффективность удаления стружки и улучшить стабильность резки.
(3) Поддерживать чистоту охлаждающей жидкости и своевременно заменять ее новой, удалять примеси и рефлюксную охлаждающую жидкость из охлаждающей жидкости с помощью фильтра, затем на выходе охлаждающей жидкости наносить слой губчатой ​​адсорбционной охлаждающей жидкости, что дает очень хороший эффект. Для улучшения способности к удалению стружки можно предотвратить образование стружек, добавляя в охлаждающую жидкость моющее средство и мыльный блок, что улучшает качество промывки, повышает эффективность удаления стружки и улучшает условия ее удаления. Одновременно своевременно регулировать положение вращающегося подающего блока или заменять подающий блок новым, всегда очищать стружку на подающем элементе, и поддерживать хорошее контактное состояние между подающим блоком и молибденовой проволокой, предотвращая возникновение явления удаления стружки, что эффективно предотвращает деформацию, вызванную повреждением заготовки в результате резания.
Четвертый, заключение
Анализ практической работы линии резки при обработке алюминия выявил легкое образование частиц оксида алюминия, что приводит к снижению проводимости, износу подающего блока, обрыву проволоки и короткому замыканию, серьезно влияя на качество и эффективность обработки. В целом, были выявлены проблемы и предложены решения. Эти методы и меры являются практичными и осуществимыми, оказывая значительное влияние на улучшение качества проволочной резки, снижение обрыва проволоки, короткого замыкания и деформации режущей дорожки алюминиевых деталей.