线切割原理介绍及工业安全

wildman

　　20世纪中期,苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时﹐发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化﹑氧化而被腐蚀掉﹐从而开创和发明了电火花加工方法,线切割放电机也于1960年发明于苏联。当时以投影器观看轮廓面前后左右手动进给工作台面加工﹐其实认为加工速度虽慢﹐却可加工传统机械不易加工的微细形状。代表的实用例子是化织喷嘴的异形孔加工。当时使用之加工液用矿物质性油(灯油)。绝缘性高﹐极间距离小﹐加工速度低于现在械械﹐实用性受限。
　　将之NC化﹐在脱离子水(接近蒸馏水)中加工的机种首先由瑞士放电加工机械制造厂在1969年巴黎工作母机展览会中展出﹐改进加工速度﹐确立无人运转状况的安全性。但NC纸带的制成却很费事﹐若不用大型计算机自动程序设计﹐对使用者是很大的负担。在廉价的自动程序设计装置(Automatic Programed Tools APT)出现前﹐普及甚缓。
　　日本制造厂开发用小型计算机自动程序设计的线切割放电加工机廉价﹐加速普及。线切割放电加工的加工形状为二次元轮廓。自动程序装置广用简易形APT(APT语言比正式机型容易)﹐简易形APT的出现为线切割放电机发展的重要因素
　　线切割放电加工基本原理
, V4 X6 P) n+ e; f1 }+ z3 F0 H" M　　线切割放电加工以铜线作为工具电极﹐在铜线与铜﹑钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60~300V的脉冲电压﹐并保持5~50um间隙﹐间隙中充满煤油﹑纯水等绝缘介质﹐使电极与被加工物之间发生火花放电﹐并彼此被消耗﹑腐蚀.在工件表面上电蚀出无数的小坑﹐通过NC控制的监测和管控﹐伺服机构执行﹐使这种放电现象均匀一致﹐从而达到加工物被加工﹐使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品.
( \. p* P7 L, F2 M/ c　　电火花加工的物理原理如下﹕
　　为了在2个电极之间产生电火花﹐这2个电极之间的电压必须高于间隙(电极-工件之间)击穿电压取决于﹕
　　1)电极和工件之间的距离﹔
7 z3 ~+ y- j$ b5 R　　2)电介液的绝缘能力(水质比电阻)﹔
0 A4 h' ?7 R7 S$ P+ C& A- C　　3)间隙的污染状况(腐蚀废物)。
' b* e% D4 t) y　　放电首先在电场最强的点发生﹐这是个复杂的过程；自由正离子和电子在场中积累﹐很快形成一个被电离的导电通道；在这个阶段﹐两板间形成电流。导致粒子间发生无数次碰撞﹐形成一个等离子区﹐并很快升高到8000到12000度的高温﹐在两导体表面瞬间熔化一些材料﹐同时﹐由于电极和电介液的汽化﹐形成一个气泡﹐并且它的压力规则上升直到非常高；然后电流中断﹐温度突然降低﹐引起气泡内向爆炸﹐产生的动力把溶化的物质抛出弹坑﹐然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体﹐并被电介液排走；对于电极及工件腐蚀对不对称的问题﹐主要取决于电极热传导性﹐材料的熔点,持续时间以及放电密度﹐发生在电极上称作损耗﹐发生在工件上称作去除材料.
　　工业安全
　　为了确保操作者和机床在最佳安全条件下﹐及同一厂内人员的健康和具备舒适的工作环境﹐使机器设备长时间保持原有加工性能及精准度﹐延长使用寿命﹐必须遵守线切割放电加工的安全规则。
　　一﹑环境﹕
　　环境的选择与线切割放电加工设备及其操作人员有直接的关系﹐环境选择的好坏有以下影响﹕其一﹑损坏设备性能及精度﹐使其机床寿命缩短﹔其二﹑影响工件加工精度﹐造成品质不良﹔其三﹑对操作者的安全及身体健康也有所危害。故而﹐在环境场所的选择请参考以下事项﹕
　　1.满足线切割机床所要求的空间尺寸﹔
. J3 @* H+ q, W' J& r+ `' I% _　　2.选择能承受机床重量的场所﹔
9 B& C( S  o6 L6 m5 X0 K　　3.选择没有振动和冲击传入的场所。
　　线切割放电机床是高精度加工设备﹐如果所放置的地方有振动和冲击﹐将会对机台造成严重的损伤﹐从而严重影响其加工精度﹐缩短其使用寿命﹐甚至导致机器报废。
　　4.选择没有粉尘的场所﹐避免流众多的通道旁边﹔
　　(1)线切割放电机器之本身特性﹐其空气中有灰尘存在﹐将会使机器的丝杆受到严重磨损﹐从而影响使用寿命﹔
, y' @+ z4 ^/ o- A　　(2)线切割放电机器属于计算机控制﹐计算机所使用的磁盘对空气中灰尘的要求相当严格的﹐当磁盘内有灰尘进入时﹐磁盘就会被损坏﹐同时也损坏硬盘﹔
* g9 G- K$ d5 x. Q* D# \9 g& d! ^　　(3)线切割放电机本身发出大量热﹐所以电器柜内需要经常换气﹐若空气中灰尘太多﹐则会在换气过程中附积到各个电器组件上﹐造成电器组件散热不良﹐从而导致电路板被烧坏掉。因此﹐机台防尘网要经常清洁。
　　5.选择温度变化小的场所﹐避免阳光通过窗户和顶窗玻璃直射及靠近热流的地方
　　(1)高精密零件加工之产品需要在恒定的温度下进行﹐一般为室温20C﹔
, `$ \8 x9 l3 k0 B, F+ O, R( Y  Q　　(2)由于线切割放电机器本身工作时产生相当大的热量﹐如果温度变化太大,则会对机器使用寿命造成严重影响。
　　6.选择屏蔽屋﹕因线切割放电加工过程属于电弧放电过程﹐在电弧放电过程中会产生强烈的电磁波﹐从而对人体健康造成伤害﹐同时会影响到周围的环境.
　　7.选择通风条件好﹐宽敞的厂房﹐以便操作者和机床能在最好的环境下工作.
　　二﹑搬运﹕
+ ]! x% q. w2 y　　1.搬运方式的选择﹕线切割放电加工机设备搬运用叉车式和滚轮式﹐特殊情况下时选用吊式移动﹔
　　2.搬运前的锁定﹕在搬运之前﹐必须用专用随机固定件将床台和各轴锁定。以防止在搬运中造成设备损坏，从而影响机台精度甚至使设备报废。
　　三﹑操作安全﹕
　　为不使机床及人员受到损坏及危害，在操作线切割加工设备时需注意以下事项。
　　1.只有经过此类机器设备培训的人员才能获准使用该机器设备。
! H& H$ E7 h) X% ]4 a. b: ?0 X: U　　2.为了避免加工液及电柜过热﹐冷却系统必须处于连续工作状态﹔
　　3.为了避免直接接触到通电的电线﹐必须关闭机台防护门﹔
　　4.不允许2人同时操作同一机台﹐在运行画面操作时﹐应尽量将荧屏亮度降低﹐并选择斜视观察画面﹐从而减少荧屏辐射给眼睛带来的伤害﹔
4 x* U$ W- y& ~. R! R　　5.加工者应熟练掌握操作面板各按键的具体功能及使用中的状态﹐在机台的操作过程中灵活运用﹐熟知画面的转换﹐特别是几个重要的画面(如准备画面﹐观察画面)所具有的功能﹐避免在加工中因不熟悉操作面板而造成各种异常﹐另因各按键(特别是常用键)的高密集使用容易受损﹐所以在操作面板时﹐表面应附一层塑料纸作保护﹐以延长操作面板之使用寿命﹔
　　6.同操作面板一样﹐加工者也应熟知遥控器的具体使用方法﹐遥控器之按键外表应有一层塑料纸作保护﹐另外﹐遥控器之所以可以脱离操作板远距离操作﹐是利用一根电线作传导﹐所以遥控器的保护还应包括对电线的保护。在使用过程中不可大力拉动电线﹐以免遥控器失灵﹐电线列的部分应圈起放置﹐使用后﹐一定要放回原处挂好﹔
　　7.在机床或机头移动时﹐绝不可将手可手指置于机头和工作物之间﹐经防因指令输错或方向键按错﹐造成安全事故﹔
! ]+ H; ~5 Q5 t# g9 b! l2 Y& u6 r　　8.加工平台的保护﹕在加工工件时﹐应注意装夹方式是否会伤到加工平台﹐在机台使用时应吹干平台﹐长期不使用时应上防锈油加以保护机床﹔
　　9.在工件的架设过程中﹐应注意切割中是否会撞到上下机头﹐对于有小孔的加工应采用特殊加工工艺﹐避免因废料无法取出而造成卡料﹐影响机床精度﹔
- l5 }3 a3 e  W　　10.工件的装夹以方便和稳固为原则﹐在架设工件时压紧力以工件不被水冲动为原则﹐以免造成螺钉滑丝而无法卸除﹔
　　11.在日常的工作中﹐经常会遇到使用一般架模方法而无法加工之工件﹐在这时就必须使用特殊的装夹治具﹕
　　(1)小型工件--压板无法架设时可虑使用正角器或麦石进行加工﹔
) W9 X- a% q- M7 ]& w# B　　(2)如遇大斜度类工件--无法倾斜加工时﹐应采用正弦台或斜度垫块辅助倾斜的加工方法进行加工﹔
　　(3)多件加工时--可考虑采用正角器或麦石进行重迭加工
, q3 b9 l4 o7 m& E* a- X6 n7 U　　(4)在治具的使用过程中﹐应保证治具不受到损伤.(如:为方便架模而在切割中伤到治具等动作都是不可行的)
　　12.加工时应特别注意设备:电压表之电压是否在规定的标准范围内﹔
　　13.加工中不能直接用手触摸工作物及铜线﹐落料时应注意料头卡机头的现象﹐料头较难取出时要小心设备和手指不受到伤害﹔
　　14.在清洗加工物时﹐会用到草酸清洗液﹐在使用时应采用毛刷洗净加工物,而不应用双手直接接触草酸清洗工作物﹐从而减少草酸对手的腐蚀﹐切勿将草酸弄入眼睛﹐若有弄入应立即用清水清洗﹔
　　15.线割机台操作人员加工后应注意勤洗手﹐特别在用餐前应洗净双手﹐避免杂质较多的加工液摄入危害身体﹔
　　16.在电源柜内部或机床的电器件上进行各种维修和检测时﹐总开关必须设置于OFF位置﹐并设立标示牌(维修中勿开电源)﹔
　　17.维修和检测时﹐必须遵守安全指示﹐任何维修工作之前必须查阅手册中相应章节﹔
  ^/ p* `6 u: T　　18.只有当控制柜切断电源后﹐才能触摸电子组件﹔
　　19.拿组件时只能抓住把手﹐不要接触到印刷电路板的镀金线﹔
　　21.应注意设备易损耗件的及时更换﹐以保持精度。
　　四﹑安全装置
　　A﹑机器设备安全装备之介绍﹕
　　1.蜂鸣器的设置(可在发生停止或异常时自动报警)﹔
5 B4 k/ K) |* [% u7 v7 v　　2.屏幕保护的设置(可在画面长时间不使用时﹐屏幕自动关闭减少辐射)﹔
6 Z0 E0 h- m  T% y　　3.紧急制动键的设置(可在发生突发异常时紧急制动)﹔
, h4 |  ?9 C0 j! X+ f* |5 X0 J/ }　　4.散热风扇的安装(主要负责主机箱的通风散热)﹔
: Z7 `: @& L) r6 I　　B﹑安全装备操作使用方法﹕
　　1.蜂呜器的使用﹐蜂呜器的使用只有两种状态：当功能选择为“ON”时﹐蜂呜器会对出现的异常自动报警；当功能选择为“OFF”时﹐蜂呜器不起作用。蜂呜器主要起提示用﹐当机台暂停时﹐提醒加工者将机台继续加工处理﹔
　　2.屏幕保护的使用﹕沙迪克机型屏幕保护的设置﹐可利用参数的修改进行﹐选择是否启用屏幕保护﹐并可设置启用时间﹐如无使用时将之关闭即可﹔
2 a' X$ Z6 J0 M' c: g1 d/ v　　3.紧急制动按钮的使用﹕当机台出现突发异常﹐加工者无法立刻想出正确的解决方法时﹐可按此键将机台制动﹔4.散热风扇在主电源打开的情况下便会启用﹔是完全可行的。目前这种方法已经在我公司开发的大功率发射管及各种类型的开关管的模具中采用,并取得了满意的效果。【MechNet】
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