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        線切割原理介紹及工業安全

        線切割加工機發展史
        20世紀中期, 蘇聯拉扎林科夫婦研究開關觸點受火花放電腐蝕損壞的現象和原因時﹐發現電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化﹑氧化而被腐蝕掉﹐從而開創和發明了電火花加工方法, 線切割放電機也于1960年發明于蘇聯。當時以投影器觀看輪廓面前后左右手動進給工作臺面加工﹐其實認為加工速度雖慢﹐卻可加工傳統機械不易加工的微細形狀。代表的實用例子是化織噴嘴的異形孔加工。當時使用之加工液用礦物質性油(燈油)。絕緣性高﹐極間距離小﹐加工速度低于現在械械﹐實用性受限。
        將之NC化﹐在脫離子水(接近蒸餾水)中加工的機種首先由瑞士放電加工機械制造廠在1969年巴黎工作母機展覽會中展出﹐改進加工速度﹐確立無人運轉狀況的安全性。但NC紙帶的制成卻很費事﹐若不用大型計算機自動程序設計﹐對使用者是很大的負擔。在廉價的自動程序設計裝置(Automatic Programed Tools APT)出現前﹐普及甚緩。
        日本制造廠開發用小型計算機自動程序設計的線切割放電加工機廉價﹐加速普及。線切割放電加工的加工形狀為二次元輪廓。自動程序裝置廣用簡易形APT(APT語言比正式機型容易)﹐簡易形APT的出現為線切割放電機發展的重要因素
        線切割放電加工基本原理
        線切割放電加工以銅線作為工具電極﹐在銅線與銅﹑鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60~300V的脈沖電壓﹐并保持5~50um間隙﹐間隙中充滿煤油﹑純水等絕緣介質﹐使電極與被加工物之間發生火花放電﹐并彼此被消耗﹑腐蝕.在工件表面上電蝕出無數的小坑﹐通過NC控制的監測和管控﹐伺服機構執行﹐使這種放電現象均勻一致﹐從而達到加工物被加工﹐使之成為合乎要求之尺寸大小及形狀精度的產品.
        電火花加工的物理原理如下﹕
        為了在2個電極之間產生電火花﹐這2個電極之間的電壓必須高于間隙(電極-工件之間)擊穿電壓取決于﹕
        1) 電極和工件之間的距離﹔
        2) 電介液的絕緣能力(水質比電阻)﹔


        3) 間隙的污染狀況(腐蝕廢物)。
        放電首先在電場最強的點發生﹐這是個復雜的過程;自由正離子和電子在場中積累﹐很快形成一個被電離的導電通道;在這個階段﹐兩板間形成電流。導致粒子間發生無數次碰撞﹐形成一個等離子區﹐并很快升高到8000到12000度的高溫﹐在兩導體表面瞬間熔化一些材料﹐同時﹐由于電極和電介液的汽化﹐形成一個氣泡﹐并且它的壓力規則上升直到非常高;然后電流中斷﹐溫度突然降低﹐引起氣泡內向爆炸﹐產生的動力把溶化的物質拋出彈坑﹐然后被腐蝕的材料在電介液中重新凝結成小的球體﹐并被電介液排走;對于電極及工件腐蝕對不對稱的問題﹐主要取決于電極熱傳導性﹐材料的熔點,持續時間以及放電密度﹐發生在電極上稱作損耗﹐發生在工件上稱作去除材料.
        工 業 安 全
        為了確保操作者和機床在最佳安全條件下﹐及同一廠內人員的健康和具備舒適的工作環境﹐使機器設備長時間保持原有加工性能及精準度﹐ 延長使用壽命﹐必須遵守線切割放電加工的安全規則。
        一﹑環境﹕
        環境的選擇與線切割放電加工設備及其操作人員有直接的關系﹐環境選擇的好壞有以下影響﹕其一﹑損壞設備性能及精度﹐使其機床壽命縮短﹔其二﹑影響工件加工精度﹐造成品質不良﹔其三﹑對操作者的安全及身體健康也有所危害。故而﹐在環境場所的選擇請參考以下事項﹕
        1.滿足線切割機床所要求的空間尺寸﹔
        2.選擇能承受機床重量的場所﹔
        3.選擇沒有振動和沖擊傳入的場所。
        線切割放電機床是高精度加工設備﹐如果所放置的地方有振動和沖擊﹐將會對機臺造成嚴重的損傷﹐從而嚴重影響其加工精度﹐縮短其使用壽命﹐甚至導致機器報廢。
        4.選擇沒有粉塵的場所﹐避免流眾多的通道旁邊﹔
        (1) 線切割放電機器之本身特性﹐其空氣中有灰塵存在﹐將會使機器的絲桿受到嚴重磨損﹐從而影響使用壽命﹔
        (2) 線切割放電機器屬于計算機控制﹐計算機所使用的磁盤對空氣中灰塵的要求相當嚴格的﹐當磁盤內有灰塵進入時﹐磁盤就會被損壞﹐同時也損壞硬盤﹔
        (3) 線切割放電機本身發出大量熱﹐所以電器柜內需要經常換氣﹐若空氣中灰塵太多﹐則會在換氣過程中附積到各個電器組件上﹐造成電器組件散熱不良﹐從而導致電路板被燒壞掉。因此﹐機臺防塵網要經常清潔。
        5.選擇溫度變化小的場所﹐避免陽光通過窗戶和頂窗玻璃直射及靠近熱流的地方
        (1)高精密零件加工之產品需要在恒定的溫度下進行﹐一般為室溫20C﹔
        (2)由于線切割放電機器本身工作時產生相當大的熱量﹐如果溫度變化太大,則會對機器使用壽命造成嚴重影響。
        6.選擇屏蔽屋﹕因線切割放電加工過程屬于電弧放電過程﹐在電弧放電過程中會產生強烈的電磁波﹐從而對人體健康造成傷害﹐同時會影響到周圍的環境.
        7.選擇通風條件好﹐寬敞的廠房﹐以便操作者和機床能在最好的環境下工作.
        二﹑搬運﹕
        1.搬運方式的選擇﹕線切割放電加工機設備搬運用叉車式和滾輪式﹐特殊情況下時選用吊式移動﹔
        2.搬運前的鎖定﹕在搬運之前﹐必須用專用隨機固定件將床臺和各軸鎖定。以防止在搬運中造成設備損壞,從而影響機臺精度甚至使設備報廢。
        三﹑操作安全﹕
        為不使機床及人員受到損壞及危害,在操作線切割加工設備時需注意以下事項。
        1.只有經過此類機器設備培訓的人員才能獲準使用該機器設備。
        2.為了避免加工液及電柜過熱﹐冷卻系統必須處于連續工作狀態﹔
        3.為了避免直接接觸到通電的電線﹐必須關閉機臺防護門﹔
        4.不允許2人同時操作同一機臺﹐在運行畫面操作時﹐應盡量將熒屏亮度降低﹐并選擇斜視觀察畫面﹐從而減少熒屏輻射給眼睛帶來的傷害﹔
        5.加工者應熟練掌握操作面板各按鍵的具體功能及使用中的狀態﹐在機臺的操作過程中靈活運用﹐熟知畫面的轉換﹐特別是幾個重要的畫面(如準備畫面﹐觀察畫面)所具有的功能﹐避免在加工中因不熟悉操作面板而造成各種異常﹐另因各按鍵(特別是常用鍵)的高密集使用容易受損﹐所以在操作面板時﹐表面應附一層塑料紙作保護﹐以延長操作面板之使用壽命﹔
        6.同操作面板一樣﹐加工者也應熟知遙控器的具體使用方法﹐遙控器之按鍵外表應有一層塑料紙作保護﹐另外﹐遙控器之所以可以脫離操作板遠距離 操作﹐是利用一根電線作傳導﹐所以遙控器的保護還應包括對電線的保護。在使用過程中不可大力拉動電線﹐以免遙控器失靈﹐電線列的部分應圈起放置﹐使用后﹐一定要放回原處掛好﹔
        7.在機床或機頭移動時﹐絕不可將手可手指置于機頭和工作物之間﹐經防因指令輸錯或方向鍵按錯﹐造成安全事故﹔
        8.加工平臺的保護﹕在加工工件時﹐應注意裝夾方式是否會傷到加工平臺﹐在機臺使用時應吹干平臺﹐長期不使用時應上防銹油加以保護機床﹔
        9.在工件的架設過程中﹐應注意切割中是否會撞到上下機頭﹐對于有小孔的加工應采用特殊加工工藝﹐避免因廢料無法取出而造成卡料﹐影響機床精度﹔
        10.工件的裝夾以方便和穩固為原則﹐在架設工件時壓緊力以工件不被水沖動為原則﹐以免造成螺釘滑絲而無法卸除﹔
        11.在日常的工作中﹐經常會遇到使用一般架模方法而無法加工之工件﹐在這時就必須使用特殊的裝夾治具﹕
        (1)小型工件--壓板無法架設時可慮使用正角器或麥石進行加工﹔
        (2)如遇大斜度類工件--無法傾斜加工時﹐應采用正弦臺或斜度墊塊輔助傾斜的加工方法進行加工﹔
        (3)多件加工時--可考慮采用正角器或麥石進行重迭加工
        (4)在治具的使用過程中﹐應保證治具不受到損傷.(如:為方便架模而在切割中傷到治具等動作都是不可行的)
        12.加工時應特別注意設備:電壓表之電壓是否在規定的標準范圍內﹔
        13.加工中不能直接用手觸摸工作物及銅線﹐落料時應注意料頭卡機頭的現象﹐料頭較難取出時要小心設備和手指不受到傷害﹔
        14.在清洗加工物時﹐會用到草酸清洗液﹐在使用時應采用毛刷洗凈加工物,而不應用雙手直接接觸草酸清洗工作物﹐從而減少草酸對手的腐蝕﹐切勿將草酸弄入眼睛﹐若有弄入應立即用清水清洗﹔
        15.線割機臺操作人員加工后應注意勤洗手﹐特別在用餐前應洗凈雙手﹐避免雜質較多的加工液攝入危害身體﹔
        16.在電源柜內部或機床的電器件上進行各種維修和檢測時﹐總開關必須設置于OFF位置﹐并設立標示牌(維修中勿開電源)﹔
        17.維修和檢測時﹐必須遵守安全指示﹐任何維修工作之前必須查閱手冊中相應章節﹔
        18.只有當控制柜切斷電源后﹐才能觸摸電子組件﹔
        19.拿組件時只能抓住把手﹐不要接觸到印刷電路板的鍍金線﹔
        21.應注意設備易損耗件的及時更換﹐以保持精度。
        四﹑安全裝置
        A﹑機器設備安全裝備之介紹﹕
        1. 蜂鳴器的設置(可在發生停止或異常時自動報警)﹔
        2. 屏幕保護的設置(可在畫面長時間不使用時﹐屏幕自動關閉減少輻射)﹔
        3. 緊急制動鍵的設置(可在發生突發異常時緊急制動)﹔
        4. 散熱風扇的安裝(主要負責主機箱的通風散熱)﹔
        B﹑安全裝備操作使用方法﹕
        1. 蜂嗚器的使用﹐蜂嗚器的使用只有兩種狀態:當功能選擇為“ON”時﹐蜂嗚器會對出現的異常自動報警;當功能選擇為“OFF”時﹐蜂嗚器不起作用。蜂嗚器主要起提示用﹐當機臺暫停時﹐提醒加工者將機臺繼續加工處理﹔
        2. 屏幕保護的使用﹕沙迪克機型屏幕保護的設置﹐可利用參數的修改進行﹐選擇是否啟用屏幕保護﹐并可設置啟用時間﹐如無使用時將之關閉即可﹔
        3. 緊急制動按鈕的使用﹕當機臺出現突發異常﹐加工者無法立刻想出正確的解決方法時﹐可按此鍵將機臺制動﹔4. 散熱風扇在主電源打開的情況下便會啟用﹔
        五﹑急救逃生﹕
        1. 火災發生﹕火災發生時﹐應及出正確的消防處理﹐并立即上報主管﹐撥打火警“119”電話時 (必須有接到高級主管命令) ﹐要講清著火單位名稱詳細地址﹐著火物質﹐火情大小及報警人的姓名與電話號碼﹐并積極參與撲救初期火災﹐防止火勢蔓延﹐當火勢難以控制時﹐就要鎮定情緒﹐設法逃生。當被煙包圍時﹐要用濕毛巾捂住口鼻﹐低姿勢行走匍匐穿出現場﹐當逃生通道被煙火封住﹐可用濕棉被等披在身上彎腰沖過火場。當逃生通道被堵死時﹐可通過陽臺排水管等處逃生﹐或在固定的物體上拴繩子﹐順繩子逃離火場﹐如果上述措施行不通﹐則應退回室內﹐關閉通往火區的門窗﹐并向窗外澆水延緩火勢蔓延﹐同時向窗外發出求救信號﹐總之﹐在任何情況下﹐都不要放棄救生的希望﹔
        2. 當發現有人觸電后﹐應迅速展開急救工作﹐動作迅速。方法準確最為關鍵。無論在何時何地發現危重病人或意外事故﹐都可撥打“120”電話﹐請求急救中心進行急救。首先應迅速切斷電源﹐若電源開關距離較遠﹐可用絕緣物體拉開觸電者身上的電線﹐或用帶絕緣柄的工具切斷電源﹐切勿用金屬材料或潮濕物體作救護工具﹐更不可接觸觸電者身體﹐以防自己觸電。當觸電者脫離電源后﹐應根據其具體情況﹐迅速對癥狀救治。對傷勢不重﹐神志清醒者﹐應使其安靜休息一小時﹐再送往醫院觀察﹔對傷勢較重﹐也失去知覺﹐但心臟跳動和呼吸還存在﹐應使其舒適﹐安靜地平臥﹐并速請醫生診治或送往醫院﹐對傷勢嚴重﹐呼吸停止或心臟跳動停止﹐或二者都已停止﹐應立即施行人工呼吸及胸外擠壓﹐并速送醫院診治。

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