摘要: 從 PCD 刀具材料、主要放電參數(shù)選擇、切割工藝及放電銅絲等方面研究影響單向走絲線切割 PCD 刀具 的相關(guān)因素，從而選擇合適的刀具刃口光潔度、輪廓精度、加工效率和圓跳動(dòng)量。

　　關(guān)鍵詞: PCD 成型刀具; 單向走線工藝; 放電參數(shù)

　　1 引言

　　PCD 成型刀具廣泛應(yīng)用于有色金屬及非金屬 材料的加工，選擇合適的刀具設(shè)計(jì)參數(shù)和較高的刃 口光潔度可以發(fā)揮良好的加工效果，獲得較高的表 面光潔度和生產(chǎn)加工效率。單向走線加工工藝是目 前 PCD 刀具成型加工的主要手段之一，對(duì)其加工工 藝的研究尤為重要。

　　單向走線是利用連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬絲脈沖火花 放電產(chǎn)生高溫，蝕除金屬、切割工件的數(shù)控機(jī)床。其 原理是利用電極線與工件的小間隙，不斷地放電蝕 除金屬離子。單向走線線切割機(jī)采取電極線連續(xù)供 絲模式，電極線在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中即可完成切割。本文 主要從影響 PCD 刀具單向走線工藝的主要因素( 刀具材料、主要放電參數(shù)、切割工藝和放電銅絲四個(gè)方 面) 來(lái)進(jìn)行探討。

　　2 PCD 成型刀具單向走線工藝因素

　　2. 1 PCD 刀具材料放電

　　在 PCD 電火花放電過(guò)程中，金剛 石顆粒本身不導(dǎo)電，而是通過(guò)其粘接劑 Co 放電來(lái) 實(shí)現(xiàn)腐蝕去除。放電機(jī)理包括兩方面: 脈沖能量弱 時(shí)，局部的金剛石顆粒被碳化、熔化; 脈沖能量強(qiáng)時(shí)， 主要以局部高溫使帶電黏結(jié)劑熔化、粘接劑因汽化 而去除，金剛石顆粒脫落。 在單向走線加工過(guò)程中，不同牌號(hào)的材料放電 效果不同。根據(jù)現(xiàn)有條件，在發(fā)那科 A400 單向走 線機(jī)床進(jìn)行試驗(yàn)，采用相同的經(jīng)驗(yàn)放電參數(shù)。

　　制作 4 種不同材料牌號(hào)的刀具進(jìn)行相同切割試驗(yàn)，并采 取切 1 修 3 的方式進(jìn)行加工，從而研究切割光潔度和放電效率等。BT005，BT010，BT025，BT030 分別 指 BT 公司不同顆粒度的 PCD 復(fù)合片，粒度逐漸增 大。隨著 PCD 粒度的增大，切割效率 降低，刃口光潔度越來(lái)越差。進(jìn)一步證明隨著 PCD 粒度的增大，粘接劑的致密性越來(lái)越差，使導(dǎo)電性逐 步降低，放電效率更慢; 隨著 PCD 粒度的增大，金剛 石顆粒在放電過(guò)程中脫落的缺口也逐漸增大，導(dǎo)致 刃口光潔度降低。

　　2. 2 主要放電參數(shù)選擇

　　在單向走線放電加工中，影響放電的主要參數(shù) 包括控制電流、加工電壓、放電脈寬時(shí)間、放電脈間 時(shí)間和伺服電壓等。放電脈寬時(shí)間、控制電流和加 工電壓主要影響放電能量的強(qiáng)弱。放電能量增強(qiáng)， PCD 材料的去除率升高，但會(huì)使刀具刃口質(zhì)量降 低，工件表面加工質(zhì)量下降。放電脈寬時(shí)間和伺服 電壓增大可以提高加工刀具的精度，但會(huì)降低加工 效率。

　　為獲得良好的切割效果，采用發(fā)那科 A400 設(shè) 備進(jìn)行多次切割試驗(yàn)，分別得出不同 PCD 型號(hào)的電 加工參數(shù)。針對(duì)導(dǎo)電性能較好的 005， 010 PCD 材料，采用切 1 修 2 的方式進(jìn)行切割; 針對(duì)導(dǎo)電性能較差的 025，030 刀片采用切 1 修 3 的方 案。根據(jù)該設(shè)備內(nèi)部參數(shù)，當(dāng) PM 不同時(shí)，各加工參 數(shù)值代表的含義不同。

　　2. 3 確定切割工藝

　　( 1) 多次切割技術(shù)

　　多次切割技術(shù)是提高慢速走絲線切割精度和加 工質(zhì)量的主要工藝。一般通過(guò)一次放電成形，二次 放電提高精度，三次以上放電提高表面粗糙度。制作 4 把 BT030 型號(hào)的 PCD 刀具，該材料導(dǎo)電 性較差，采取 4 次切割成型工藝，進(jìn)行 4 次加工試 驗(yàn)。每把刀具加工選取相同的經(jīng)驗(yàn)放電參數(shù)與相同 的切割總量，但每把刀具的加工量不同，每次加工量 分別用 A1，A2，A3，A4 表示。由于刀具有焊接誤差 的影響，因此在保證 4 把刀具尺寸相同的情況下，其 總加工余量可能有細(xì)微差別。

　　同時(shí)，由于機(jī)床可以 設(shè)置第 2、3、4 次的加工量，第 1 次加工量不精確。 經(jīng)過(guò) 4 次試驗(yàn)，觀察不同加工量對(duì)切割的影響。通過(guò)分析以上數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在相同加工參數(shù) 和刀片材料的情況下，不同的加工余量對(duì)切削速度 的影響不大; 隨著切割余量的不斷增大，切割粗糙度 不斷增大。對(duì)于此牌號(hào)的 PCD 刀具，達(dá)到的最佳切 割粗糙度僅為 Ra0. 4μm。

　　( 2) 刀具刃口成型

　　刀具刃口成型是 PCD 成型刀具最重要的工序，能實(shí)現(xiàn)帶 A 軸單向走線機(jī)床的多軸聯(lián)動(dòng) 加工。在發(fā)那科 A400 電加工機(jī)床進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò) 測(cè)量刃口不同點(diǎn)的分度，使刀具加工時(shí)刃口各點(diǎn)更 接近實(shí)際分度點(diǎn)，從而保證刀具刃口輪廓精度和圓 跳動(dòng)。通過(guò)形狀導(dǎo)入、輸入刀具角度參數(shù)、程序編程和分度測(cè)量可以生成加工程序。通過(guò) 在 線 監(jiān) 測(cè)，刀具外圓刃口的全跳動(dòng)在 0. 008mm 以?xún)?nèi)。在 ZOLLER 儀器上監(jiān)測(cè)刀具狀態(tài)， 刀具的輪廓精度達(dá)到 0. 015mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

　　2. 4 電極絲的選擇

　　電極絲的熱物理性能是影響加工效率的主要因 素之一。在切割工件放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如 果熱量損耗在電極絲上，電極絲會(huì)因高溫而斷裂。 同時(shí)，電極絲應(yīng)具有低熔點(diǎn)和高氣化壓力的特點(diǎn)，由 于低熔點(diǎn)的鋅對(duì)改善電極絲放電性作用明顯，所以 在黃銅絲外再加一層鋅，就產(chǎn)生了鍍鋅電極絲。為 比較普通黃銅絲與鍍鋅銅絲在切割 PCD 刀具時(shí)的 影響，選取 BT010 材料型號(hào)的 PCD 刀具在相同放電 條件及工藝下進(jìn)行切割試驗(yàn)。可以看出，鍍鋅銅絲切割 PCD 刀具速度較高， 加工工件表面質(zhì)量較好，加工精度較高。但鍍鋅銅 絲價(jià)格相對(duì)普通銅絲更貴，需結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)加工效 率，考慮是否采用鍍鋅銅絲。

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　　3 結(jié)語(yǔ)

　　( 1) PCD 刀具材料的粒度越小，放電效率越高， 單向走線切割的光潔度越好。 ( 2) 不同粒度的 PCD 刀片宜采取不同的加工參 數(shù)，達(dá)到切割效率和光潔度的要求。 ( 3) PCD 刀具宜采取多次切割的工藝，在相同 加工參數(shù)的情況下，隨著切割余量的減小，不斷優(yōu)化 切割光潔度。 ( 4) 帶 A 軸的 5 軸聯(lián)動(dòng)單向走線機(jī)床可以保證 該類(lèi)成型 PCD 刀具的刃口成型、圓跳動(dòng)量及刃口質(zhì) 量。 ( 5) 在切割 PCD 刀具時(shí)，鍍鋅銅絲比普通黃銅 具絲有更高的切割效率、更優(yōu)的切割質(zhì)量及精度，但 成本更高。

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　　作者：楊輝全，劉華，劉松，蒲明，唐正文