摘要: 從 PCD 刀具材料、主要放電參數選擇、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、加工效率和圓跳動量。

　　關鍵詞: PCD 成型刀具; 單向走線工藝; 放電參數

　　1 引言

　　PCD 成型刀具廣泛應用于有色金屬及非金屬 材料的加工，選擇合適的刀具設計參數和較高的刃 口光潔度可以發揮良好的加工效果，獲得較高的表 面光潔度和生產加工效率。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，對其加工工 藝的研究尤為重要。

　　單向走線是利用連續移動的細金屬絲脈沖火花 放電產生高溫，蝕除金屬、切割工件的數控機床。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。單向走線線切割機采取電極線連續供 絲模式，電極線在運動過程中即可完成切割。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、切割工藝和放電銅絲四個方 面) 來進行探討。

　　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 電火花放電過程中，金剛 石顆粒本身不導電，而是通過其粘接劑 Co 放電來 實現腐蝕去除。放電機理包括兩方面: 脈沖能量弱 時，局部的金剛石顆粒被碳化、熔化; 脈沖能量強時， 主要以局部高溫使帶電黏結劑熔化、粘接劑因汽化 而去除，金剛石顆粒脫落。 在單向走線加工過程中，不同牌號的材料放電 效果不同。根據現有條件，在發那科 A400 單向走 線機床進行試驗，采用相同的經驗放電參數。

　　制作 4 種不同材料牌號的刀具進行相同切割試驗，并采 取切 1 修 3 的方式進行加工，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，刃口光潔度越來越差。進一步證明隨著 PCD 粒度的增大，粘接劑的致密性越來越差，使導電性逐 步降低，放電效率更慢; 隨著 PCD 粒度的增大，金剛 石顆粒在放電過程中脫落的缺口也逐漸增大，導致 刃口光潔度降低。

　　2. 2 主要放電參數選擇

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

　　為獲得良好的切割效果，采用發那科 A400 設 備進行多次切割試驗，分別得出不同 PCD 型號的電 加工參數。針對導電性能較好的 005， 010 PCD 材料，采用切 1 修 2 的方式進行切割; 針對導電性能較差的 025，030 刀片采用切 1 修 3 的方 案。根據該設備內部參數，當 PM 不同時，各加工參 數值代表的含義不同。

　　2. 3 確定切割工藝

　　( 1) 多次切割技術

　　多次切割技術是提高慢速走絲線切割精度和加 工質量的主要工藝。一般通過一次放電成形，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 型號的 PCD 刀具，該材料導電 性較差，采取 4 次切割成型工藝，進行 4 次加工試 驗。每把刀具加工選取相同的經驗放電參數與相同 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微差別。

　　同時，由于機床可以 設置第 2、3、4 次的加工量，第 1 次加工量不精確。 經過 4 次試驗，觀察不同加工量對切割的影響。通過分析以上數據可以發現，在相同加工參數 和刀片材料的情況下，不同的加工余量對切削速度 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。對于此牌號的 PCD 刀具，達到的最佳切 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，能實現帶 A 軸單向走線機床的多軸聯動 加工。在發那科 A400 電加工機床進行試驗，通過 測量刃口不同點的分度，使刀具加工時刃口各點更 接近實際分度點，從而保證刀具刃口輪廓精度和圓 跳動。通過形狀導入、輸入刀具角度參數、程序編程和分度測量可以生成加工程序。通過 在 線 監 測，刀具外圓刃口的全跳動在 0. 008mm 以內。在 ZOLLER 儀器上監測刀具狀態， 刀具的輪廓精度達到 0. 015mm，滿足設計要求。

　　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。在切割工件放電時會產生大量的熱量，如 果熱量損耗在電極絲上，電極絲會因高溫而斷裂。 同時，電極絲應具有低熔點和高氣化壓力的特點，由 于低熔點的鋅對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 刀具時的 影響，選取 BT010 材料型號的 PCD 刀具在相同放電 條件及工藝下進行切割試驗。可以看出，鍍鋅銅絲切割 PCD 刀具速度較高， 加工工件表面質量較好，加工精度較高。但鍍鋅銅 絲價格相對普通銅絲更貴，需結合實際生產加工效 率，考慮是否采用鍍鋅銅絲。

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　　3 結語

　　( 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，達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 加工參數的情況下，隨著切割余量的減小，不斷優化 切割光潔度。 ( 4) 帶 A 軸的 5 軸聯動單向走線機床可以保證 該類成型 PCD 刀具的刃口成型、圓跳動量及刃口質 量。 ( 5) 在切割 PCD 刀具時，鍍鋅銅絲比普通黃銅 具絲有更高的切割效率、更優的切割質量及精度，但 成本更高。

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　　作者：楊輝全，劉華，劉松，蒲明，唐正文