電火花線切割加工概述電火花切割原理

1、 電火花線切割加工概述 電火花線切割機(jī)（wire cut electrical discharge machining 簡稱 wedm） ，屬電加工范疇，是由前蘇聯(lián)拉扎 林科夫婦研究開關(guān)觸點(diǎn)受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工 方法。線切割機(jī)也于 1960 年發(fā)明于前蘇聯(lián)，我國是第一個(gè)用于工業(yè)生產(chǎn)的國家 1、電火花線切割加工原理 在電火花線切割加工中，利于移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線（銅絲或鉬絲）作一個(gè)電極，工件作另一個(gè)電極，并按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，通過不斷的火花放電對工件進(jìn)行放電蝕除，以切割出成型的各種二維、三維表面。及也就

2、是自由正離子和電子在場中積累，很快形成一個(gè)被電離的導(dǎo)電通道。在這個(gè)階段，兩板間形成電流。導(dǎo)致粒子間發(fā)生無數(shù)次碰撞，形成一個(gè)等離子區(qū)，并很快升高到8000 到 12000 度的高溫，在兩導(dǎo)體表面瞬間熔化一些材料，同時(shí)，由于電極和電介液的汽化，形成一個(gè)氣泡，并且它的壓力規(guī)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(nèi)向爆炸，產(chǎn)生的動(dòng)力把溶化的物質(zhì)拋出彈坑，然后被腐蝕的材料在電介液中重新凝結(jié)成小的球體，并被電介液排走。然后通過 nc 控制的監(jiān)測和管控，伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行，使這種放電現(xiàn)象均勻一致，從而達(dá)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(chǎn)品。圖 1 電火花線切割加工示意圖1-貯

3、絲筒 2-電極絲 3-絲架 4-導(dǎo)輪 5-脈沖電源 6-工作臺 7-工作液箱 2、電火花線切割加工的特點(diǎn) 電火花線切割加工的過程的工藝和機(jī)理與電火花穿孔成型加工既有共同性，又有特殊性。 電火花線切割加工與電火花穿孔成型加工的共同點(diǎn) 兩者在加工原理、工作機(jī)理、工藝、適應(yīng)材料等方面相同，具體表現(xiàn)為： （1）線切割加工的電壓、電流波形與電火花加工的基本相似。單個(gè)脈沖也有多種形式的放電形態(tài)，如開路、短路、正?；鸹ǚ烹姷取?（2）線切割加工的加工機(jī)理、生產(chǎn)率、表面粗糙度等工藝規(guī)律，材料的可加工性等也都與電火花加工的基本相似，可以加工硬質(zhì)合金等一切導(dǎo)電材料。 電火花線切割加工與電火花穿孔成型加工的不同點(diǎn)

4、兩者在加工極性、工作液、放電狀態(tài)、接觸方式、電極形式、電極絲的加工特點(diǎn)、工具損耗等方面有不同處，具體表現(xiàn)為：（1）以 0.030.35mm 的金屬絲作為工具電極，不需要制造特定形狀的電極因而省掉了成型的工具電極，大大降低了成型工具電極的設(shè)計(jì)和制造費(fèi)用。用簡單的工具電極，靠數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的切割軌跡，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，加工周期短，這不僅對新產(chǎn)品的試制很有意義，對大批量生產(chǎn)也增加了快速性和柔性。（2）雖然加工的對象主要是平面形狀，但是除了有金屬絲直徑?jīng)Q定的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)彎的最小直徑r（金屬線半徑+放電間隙）這樣的限制外，任何復(fù)雜的形狀都可以加工。無論被加工工件的硬度如何，只要是導(dǎo)體或半導(dǎo)體的材料都能實(shí)現(xiàn)

5、加工。（3）輪廓加工所需的加工余量少，能有效節(jié)約貴重的材料。由于電極絲比較細(xì)，可以加工微細(xì)異形孔、窄縫和復(fù)雜形狀的工件。又由于切縫很窄，且只對工件材料進(jìn)行“套料”加工，實(shí)際金屬去除量很少，因此材料的利用率很高，這對加工、節(jié)約貴重金屬有著重要意義。（4）可忽略電極絲損耗，加工精度高。高速走絲線切割采用低損耗脈沖電源；低速走絲線切割采用單向連續(xù)供絲，在加工區(qū)總是保持新電極絲加工。由于采用移動(dòng)的長電極絲進(jìn)行加工，使單位長度電極絲的損耗較少，從而對加工精度的影響比較小，特別在低速走絲線切割加工時(shí)，電極絲一次性使用，電極絲損耗對加工精度的影響更小。正是電火花線切割加工有許多突出的長處，因而在國內(nèi)、外發(fā)展

6、都較快，已獲得了廣泛的應(yīng)用。（5）電極與工件之間存在著“疏松接觸”式輕壓放電現(xiàn)象。近年來的研究結(jié)果表明，當(dāng)柔性電極絲與工件接近到通常認(rèn)為 的放電間隙時(shí)，并不發(fā)生火花放電，甚至當(dāng)電極絲已經(jīng)接觸到工件，從顯微鏡中已經(jīng)看不到間隙時(shí)，也常?？床坏交鸹āＶ挥挟?dāng)工件將電極絲頂彎，偏移一定距離（幾微米到幾十微米）時(shí)，才發(fā)生正常的火花放電。及每進(jìn)給 1 微米，放電間隙并不減小 1 微米，而是鉬絲增加一點(diǎn)張力，向工件增加一點(diǎn)側(cè)向壓力，只有電極絲和工件之間保持一定的輕微接觸壓力，才形成火花放電。因此可以認(rèn)為，在電極絲和工件之間存在著某中電化學(xué)產(chǎn)生的絕緣薄膜介質(zhì)，當(dāng)電極絲被頂彎所造成的壓力和電極絲相對工件的移動(dòng)摩擦

7、使這種介質(zhì)減薄到可被擊穿的程度，才發(fā)生火花放電。放電發(fā)生之后產(chǎn)生的爆炸力可能使電極絲局部振動(dòng)而脫離接觸，但宏觀上仍是輕壓放電。（6）采用乳化液或去離子水的工作液，不必?fù)?dān)心發(fā)生火災(zāi)，可實(shí)現(xiàn)晝夜無人看守連續(xù)加工。采用水或水基工作液，不會引燃起火，容易實(shí)現(xiàn)安全無人運(yùn)轉(zhuǎn)。但由于工作液的電阻率遠(yuǎn)比煤油小，因而在開路狀態(tài)下，仍有明顯的電解電流。電解效應(yīng)有益改善加工表面的粗糙度。（7）一般沒有穩(wěn)定的電弧放電狀態(tài)。因而電極絲與工件始終有相對運(yùn)動(dòng)，尤其是高速走絲電火花線切割加工時(shí)更是如此，因此線切割加工的間隙狀態(tài)可以認(rèn)為是由正?；鸹ǚ烹?、開路和短路這三種狀態(tài)組成的。但往往在單個(gè)脈沖內(nèi)有多種放電狀態(tài)，有“微開路”

8、 、 “微短路”現(xiàn)象。（8）任何復(fù)雜形狀的零件，只要能編制加工程序就可以進(jìn)行加工，因而很適合小批量零件和試制品的生產(chǎn)加工，加工周期短，應(yīng)用靈活。（9）依靠微型計(jì)算機(jī)控制電極絲軌跡和間隙補(bǔ)償功能，同時(shí)加工凹、凸兩種模具時(shí)，間隙可任意調(diào)節(jié)。采用四軸聯(lián)動(dòng)，可加工上、下面異型體，形狀扭曲曲面體，變錐度和球形體等零件。（10）電極工具是直徑較小的細(xì)絲，故脈沖寬度、平均電流等不能太大，加工工藝參數(shù)的范圍較小，屬中、精正極性電火花加工，工件常接脈沖電源正極。3、電火花線切割加工的分類 電火花線切割機(jī)按走絲速度可分為高速往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)（reciprocating type high speed wir

9、e cut electrical discharge machining 俗稱“快走絲”）、低速單向走絲電火花線切割機(jī)（ low speed one-way walk wire cut electrical discharge machining 俗稱“慢走絲”）和立式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)（ vertical wire electrical discharge machining machine tool with rotation wire）三類。又可按工作臺形式分成單立柱十字工作臺型和雙立柱型（俗稱 龍門型）。 往往復(fù)復(fù)走走絲絲電電火火花花線線切切割割機(jī)機(jī)床床往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)訂的走絲

10、速度為612 m/s，是我國獨(dú)創(chuàng)的機(jī)種。自 1970 年 9 月由第三機(jī)械工業(yè)部所屬國營長風(fēng)機(jī)械總廠研制成功“數(shù)字程序自動(dòng)控制線切割機(jī)床 ”，為該類機(jī)床國內(nèi)首創(chuàng)。 1972 年第三機(jī)械工業(yè)部對工廠生產(chǎn)的 ckx 數(shù)控線切割機(jī)床進(jìn)行技術(shù)鑒定，認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到當(dāng)時(shí)國內(nèi)先進(jìn)水平。 1973 年按照第三機(jī)械工業(yè)部的決定，編號為ckx 1的數(shù)控線切割機(jī)床開始投入批量生產(chǎn)。 1981 年 9 月成功研制出具有錐度切割功能的 dk3220 型的坐標(biāo)數(shù)控機(jī)，產(chǎn)品的最大特點(diǎn)是具有1.5 度錐度切割功能。完成了線切割機(jī)床的重大技術(shù)改進(jìn)。隨著大錐度切割技術(shù)逐步完善，變錐度、上下異形的切割加工也取得了很大的進(jìn)步。大厚度切

11、割技術(shù)的突破，橫剖面及縱剖面精度有了較大提高，加工厚度可超過1000mm 以上。使往復(fù)走絲線切割機(jī)床更具有一定的優(yōu)勢。同時(shí)滿足了國內(nèi)外客戶的需求。這類機(jī)床的數(shù)量正以較快的速度增長，由原來年產(chǎn)量23 千臺上升到年產(chǎn)量數(shù)萬臺，目前全國往復(fù)走絲線切割機(jī)床的存量已達(dá)20 余萬臺，應(yīng)用于各類中低檔模具制造和特殊零件加工，成為我國數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用最廣泛的機(jī)種之一。但由于往復(fù)走絲線切割機(jī)床不能對電極絲實(shí)施恒 張力控制，故電極絲抖動(dòng)大，在加工過程中易斷絲。由于電級絲是往復(fù)使用，所以會造成電極絲損耗，加工精度和表面質(zhì)量降低。 低低速速單單向向走走絲絲電電火火花花線線切切割割機(jī)機(jī)低速走絲線切割機(jī)電極絲以銅線作為工具

12、電極，一般以低于0.2m/s 的速度作單向運(yùn)動(dòng)，在銅線與銅、鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60300v 的脈沖電壓，并保持 550um 間隙，間隙中充滿脫離子水 (接近蒸餾水)等絕緣介質(zhì)，使電極與被加工物之間發(fā)生火花放電，并彼此被消耗、腐蝕，在工件表面上電蝕出無數(shù)的小坑，通過nc 控制的監(jiān)測和管控，伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行，使這種放電現(xiàn)象均勻一致，從而達(dá)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(chǎn)品。目前精度可達(dá)0.001mm 級，表面質(zhì)量也接近磨削水平。電極絲放電后不再使用，而且采用無電阻防電解電源，一般均帶有自動(dòng)穿絲和恒 張力裝置。工作平穩(wěn)、均勻、抖動(dòng)小、加工精度高、表面質(zhì)量好，但不宜

13、加工大厚度工件。由于機(jī)床結(jié)構(gòu)精密，技術(shù)含量高，機(jī)床價(jià)格高，因此使用成本也高。 單向走絲電火花線切割機(jī)床早期只有國外公司的獨(dú)有機(jī)種臺灣的低速走絲電火花線切割機(jī)起步雖然較晚，但這幾年來發(fā)展迅速。其關(guān)鍵的一個(gè)舉措就是由若干家電加工機(jī)床制造企業(yè)共同出資，在有關(guān)部門一定限度的支持下，由臺灣工業(yè)技術(shù)研究院投入大量的人力、物力做關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)。經(jīng)過10 多年的攻關(guān)，在控制系統(tǒng)及電源等關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破。臺灣各企業(yè)制造的低速走絲電火花線切割機(jī)目前應(yīng)屬中檔機(jī)的范圍，近3 年每年達(dá)到20%30%的增長率，估計(jì)未來 5 年，臺灣低速走絲電火花線切割機(jī)的年產(chǎn)量能達(dá) 2000 臺，可占世界市場的 25%以上。低速走絲

14、電火花線切割機(jī)的技術(shù)含量高、市場前景好，可以獲得較高的回報(bào)，是電加工行業(yè)各個(gè)廠家的“必爭之地”、“戰(zhàn)略高地”。也可以說，誰掌握了低速走絲電火花線切割機(jī)的技術(shù)，誰就獲得了下一步企業(yè)發(fā)展壯大的機(jī)遇。為了搶占中國市場，日本、臺灣的電加工機(jī)床制造企業(yè)在 中國大陸設(shè)廠生產(chǎn)這類機(jī)床。我國的科技工作者在科技部專項(xiàng)基金的支持下，投入了較大的研發(fā)力量，已完成新一代低速走絲電火花線切割機(jī)的研發(fā)，取得了重大突破，目前已擁有了具有自主知識產(chǎn)權(quán) 的產(chǎn)品，并占領(lǐng)了一定的市場份額，其性能指標(biāo)可達(dá)中檔機(jī)水平。目前還有一些國內(nèi)企業(yè)則希望通過與臺灣相關(guān)企業(yè)的合作，來發(fā)展低速走絲電火花線切割加工 技術(shù)。 立立式式自自旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)電電火

15、火花花線線切切割割機(jī)機(jī) 立式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)（臥式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)）。立式回轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)的特點(diǎn)與傳統(tǒng)的高速走絲和低速走絲電火花線切割加工均有不同，首先是電極絲的運(yùn)動(dòng)方式比傳統(tǒng)兩種的電火花線切割加工多了一個(gè)電極絲的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；其次，電極絲走絲速度介于高速走絲和低速走絲直接，速度為 12m/s。由于加工過程中電極絲增加了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以立式回旋電火花線切割機(jī)與其他類型線切割機(jī)相比，最大的區(qū)別在于走絲系統(tǒng)。立式回轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)的走絲系統(tǒng)由走絲端和放絲端兩套結(jié)構(gòu)完全相同的兩端做為走絲結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了電極絲的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和低速走絲的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。兩套主軸頭之間的區(qū)域?yàn)橛行Ъ庸^(qū)域。除走絲系統(tǒng)外，機(jī)床其

16、他組成部分與高速走絲線切割 機(jī)相同。 與單向低速走絲電火花線切割機(jī)床相比，往復(fù)高速走絲電火花線切割機(jī)床在平均生產(chǎn)率、切割精度及表面粗糙度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上還存在較大差距。針對這些差距，本世紀(jì)初，國內(nèi)有數(shù)家高速往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了在高速走絲機(jī)上的多次切割加工（該類機(jī)床被俗稱為“中走絲” medium speed wire cut electrical discharge machining）。所謂“中走絲”并非指走絲速度介于高速與低速之間，而是復(fù)合走絲線切割機(jī)床，其走絲原理是在粗加工時(shí)采用 8-12m/s 高速走絲，精加工時(shí)采用 1-3m/s 低速走絲，這樣工作相對平穩(wěn)、抖動(dòng)小，并

17、通過多次切割減少材料變形及鉬絲損耗帶來的誤差，使加工質(zhì)量也相對提高，加工質(zhì)量可介于高速走絲機(jī)與低速走絲機(jī)之間。因而可以說，用戶所說的 “中走絲”，實(shí)際上是往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)借鑒了一些低速走絲機(jī)的加工工藝技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了無條紋切割和多次切割。經(jīng)過幾年的發(fā)展，國內(nèi)幾乎所有生產(chǎn)高速走絲電火花線切割機(jī)床的廠家都在生產(chǎn)及銷售中走絲，但最終表明不是所有的往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)都能進(jìn)行多次切割，或者說不是所有的往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)采用多次切割技術(shù)后都能獲得好的工藝效果。多次切割是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)，它涉及到機(jī)床的數(shù)控精度、脈沖電源、工藝數(shù)據(jù)庫、走絲系統(tǒng)、工作液及大量的工藝問題，并不是簡單地在高速走絲機(jī)上加

18、上一套運(yùn)絲變頻調(diào)速系統(tǒng) 即可實(shí)現(xiàn)的，只有那些制造精度高，并在諸方面創(chuàng)造了多次切割條件的往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)才能進(jìn)行多次切割和無條紋切割，并獲得顯著的工藝效果。因此我們的生產(chǎn)企業(yè)必須充分注意到這個(gè)問題，一定要按系統(tǒng)工程來做，真正把這一技術(shù)用好，把這一產(chǎn)品做好。如目前已有一些企業(yè)為進(jìn)一步提高機(jī)床本體精度， x、y 坐標(biāo)工作臺采用了直流或 交流伺服電機(jī) 作驅(qū)動(dòng)單元直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，同時(shí)采用了帶螺距補(bǔ)償功能的全閉環(huán)控制，可以利用數(shù)控系統(tǒng)對機(jī)床的定位精度誤差進(jìn)行補(bǔ)償和修正。在保證精度的前提下，減小因長期使用而導(dǎo)致的加工精度下降，延長機(jī)床的使用壽命。運(yùn)絲系統(tǒng)方面采用特殊（大多數(shù)采用金剛石）電極絲保持器，

19、保持電極絲的相對穩(wěn)定，減小加工過程中電極絲的張力變化。冷卻系統(tǒng)方面改變常用的粗放冷卻方式，采取多級過濾并對介電常數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)加以控制，確保精加工的順利進(jìn)行?？刂栖浖矫嫣峁╅_放的加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫，可以根據(jù)材料的質(zhì)地、厚度、粗糙度等條件選擇對應(yīng)的加工參數(shù)。相信經(jīng)過我們的努力，多次切割技術(shù)將會更加完善，往復(fù)走絲電火花線切割加工技術(shù)也將得到更好的應(yīng)用和發(fā)展。 往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)采用多次切割技術(shù)后，雖加工質(zhì)量有明顯提高，但它仍然屬于高速走絲電火花線切割機(jī)的范疇，切割精度和光潔度仍與低速走絲機(jī)存在較大差距，且精度和光潔度的保持性也需要進(jìn)一步提高。“中走絲機(jī)”具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低以及使用消耗少等特點(diǎn)，因

20、此也有其生存的空間，目前執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)仍然是高速走絲機(jī)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此生產(chǎn)企業(yè)在對用戶的宣傳上要注意，一定要實(shí)事求是。注意：電火花線切割分類 :區(qū)分快走絲線切割， 中走絲線切割 ，慢走絲線切割 。 a：快走絲電火花線切割的走絲速度為612 m/s，電極絲作高速往返運(yùn)動(dòng)，切割精度較差。 b:中走絲電火花線切割 是在快走絲線切割的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)變頻多次切割功能，是近幾年發(fā)展的新工藝。 c：慢走絲電火花線切割的走絲 速度為 0.2m/s，電極絲做低速單向運(yùn)動(dòng)，切割精度很高。4、電火花線切割加工的應(yīng)用 線切割加工為新產(chǎn)品試制、精密零件加工及模具制造等開辟了一條新的工藝途徑，主要應(yīng)用與一下幾個(gè)方面。1) 試制新

21、產(chǎn)品及零件加工 在新產(chǎn)品開發(fā)過程中需要單件的樣品，可使用線切割直接切割出零件。例如，試制切割特殊微電機(jī)硅鋼片定轉(zhuǎn)子鐵芯，由于不需另行制造模具，可大大縮短制造周期，降低成本。又如，在沖壓生產(chǎn)時(shí)，未制造落段模時(shí)，先用線切割加工的試樣進(jìn)行成型等后續(xù)加工，得到驗(yàn)證后在制造落料模。另外由于線切割加工時(shí)修改設(shè)計(jì)，變更加工程序比較方便，加工薄件時(shí)還可多片疊在一起加工。因此在零件制造方面，可用于加工品種多、數(shù)量少的零件，特殊難加工材料的零件，材料試驗(yàn)件、各種型孔、型面、特殊齒輪、凸輪、樣板、成型道具等。有些具有錐度切割的線切割機(jī)床可以加工出“天圓地方”等上、下異形面的零件。同時(shí)還可以進(jìn)行微細(xì)加工，異形槽等表面

22、的加工。2)加工特殊材料 切割某些高硬度、高熔點(diǎn)的金屬時(shí)，使用機(jī)械加工的方法幾乎是不可能的，而采用線切割加工既經(jīng)濟(jì)又能保證精度。電火花成型加工用的電極，一般穿孔加工用的電極，帶錐度型腔加工用的電極以及銅鎢、銀鎢合金之類的電極材料，用線切割加工特別經(jīng)濟(jì)，同時(shí)也適用與加工微細(xì)復(fù)雜形狀的電極。3） 加工模具零件 電火花線切割加工主要應(yīng)用與沖模、擠壓模、塑料模、電火花型腔模的電極加工等。由于電火花線切割加工機(jī)床加工速度和精度的迅速提高，目前已達(dá)到可與坐標(biāo)磨床相競爭的程度。例如，中小型沖模的材料為模具鋼，過去用分開模和曲線模削的方法加工，現(xiàn)在改用電火花線切割整體加工的方法，制造周期可縮短四分之三到五分之

23、四，成本降低三分之二到四分之三，配合精度高，不需要熟練的操作工人。因此，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家的精密沖模的磨削等工序，已被電火花和電火花線切割加工所代替。應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍線切割加工為新產(chǎn)品試制、精密零件加工及模具制造開辟了一條新的工藝途徑，適合加工各種特殊性能的材料和各種復(fù)雜表面及微細(xì)、精密、薄壁以及低剛性零件，因而廣泛應(yīng)用于航空、電子、電器、汽車、家電、輕工等領(lǐng)域。電火花線切割技術(shù)用于模具制造已相當(dāng)成熟，據(jù)估計(jì)約有 75%80%的電火花線切割機(jī)床用于模具加工，因此電火花線切割技術(shù)已經(jīng)成為國內(nèi)外沖壓模制造中不可缺少的重要技術(shù)。電火花線切割的具體應(yīng)用范圍如表1 所示：表 1 電火花線切割技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

24、分類適用范圍二維形狀模具冷沖模（沖裁模、彎曲模和拉伸模） 、粉末冶金、擠壓模、塑料模三維形狀模具沖裁模落料凹、三維型材擠壓模、拉絲模電火花加工用的電極加工形狀復(fù)雜、微細(xì)通孔用的電極、加工帶斜度的型腔電極微細(xì)精密加工加工化學(xué)纖維噴絲頭異性窄縫、槽微型精密齒輪及模具量具輪廓成型刀具外形、樣板凸輪及模板試制品及零件加工試制品直接加工多品種、小批量的幾何形狀復(fù)雜的零件以及超大厚度零件特殊材料零件加工半導(dǎo)體材料、鐵氧體材料、陶瓷材料、聚晶金剛石 電火花線切割加工的機(jī)床1、 線切割機(jī)床組成 線切割機(jī)床組成：床身、儲絲機(jī)構(gòu)、線架、xy 工作臺、油箱等部件組成繞過儲絲筒上的鉬絲經(jīng)過線架作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，加工工件

25、固定在 xy 工作臺上，x、 y 兩方向的運(yùn)動(dòng)各由一臺步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制，數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)信號，步進(jìn)電機(jī)就走一步，并通過中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)兩方向的絲杠旋轉(zhuǎn)，分別使得 x 、y 工作臺進(jìn)給。2、 線切割的適應(yīng)對象 主要是難切割材料，如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜的零件。3、 電火花線切割機(jī)床分類根據(jù)電極絲的運(yùn)行速度，電火花線切割機(jī)床通常又分為兩大類：一類是高速走絲電火花線切割（high speed wire-cut electric discharge machine, hswedm） ，這類機(jī)床的電極絲作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一般走絲速度為 612m/s，這是我國生產(chǎn)和

26、使用的主要機(jī)種，也是我國獨(dú)創(chuàng)的電火花線切割加工模式；另一類是低速走絲電火花線切割機(jī)（low speed wire-cut electric dischargemachine, lswedm） ，這類機(jī)床的電極絲作低速單向運(yùn)動(dòng)，一般走絲速度低于 0.2m/s，這是國外生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種。高速走絲高速走絲走絲方式高低雙速走絲電火花多次切割時(shí)，一般也是一次切割成型，后續(xù)多次切割提高精度和表面質(zhì)量。因此，一次切割的首要任務(wù)是提高切割效率，而切割精度和表面質(zhì)量可通過后續(xù)多次切割來完成。由前文可知，在一次切割效率方面，lswedm 顯著高于 hswedm，但 lswedm 高效切割的成本較高，另外，ls

27、wedm 的核心技術(shù)，目前國內(nèi)還難以做到完全消化、吸收，國產(chǎn)的 lswedm 切割效率與國外仍有較大差距。故在高低雙速走絲高效切割的走絲方式選擇上，本文最終選擇了高速走絲切割。高速走絲為我國獨(dú)創(chuàng)的線切割加工工藝方法，其具有切割厚度大、切割成本低，同時(shí)機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)難度較低，維護(hù)和使用極為方便，其工作原理如圖 1 所示。雖然使用乳化液的傳統(tǒng)高速走絲線切割效率長期徘徊在較低水平，但隨著具有優(yōu)秀洗滌性能的復(fù)合工作液的出現(xiàn)，高速走絲切割工藝指標(biāo)獲得了長足發(fā)展。試驗(yàn)條件下，在不明顯增加切割成本的前提下，其最高切割效率可達(dá) 200mm2/min，穩(wěn)定切割效率為 120-140 mm2/min，已接近

28、了中檔 lswedm 實(shí)用的一次切割最高 150mm2/min 的切割效率，這極大的縮小了兩者之間的差距。因此綜合技術(shù)難度、經(jīng)濟(jì)成本、切割效率，一次切割采用高速走絲切割方式對高低雙速走絲電火花線切割而言是較佳的選擇。供液方式為進(jìn)一步提高一次切割的切割效率，在采用高速走絲切割工藝的基礎(chǔ)上，出于改善放電極間洗滌狀態(tài)，引進(jìn)了高壓噴液裝置。這樣在使用復(fù)合工作液的條件下，工作液隨絲高速帶入和高壓噴液相結(jié)合的極間供液方式，可極大的改善極間的洗滌狀態(tài)，獲得較佳的極間工作狀態(tài)，為繼續(xù)提高放電能量創(chuàng)造了條件，從而可進(jìn)一步提高高低雙速走絲電火花線切割的首道切割效率。其工作原理如圖 2 所示。圖 2 高速走絲高壓噴

29、液結(jié)構(gòu)示意圖張力控制電極絲張力大小對電火花線切割加工效率有著直接的影響，張力越小，對電極絲的振動(dòng)幅度抑制能力越差，從而引起切縫寬度的增加，在蝕除速度（單位時(shí)間蝕除的體積）一定的條件下，切割速度（單位時(shí)間電極絲掃過的面積）將會降低。因此，適當(dāng)增加電極絲張力，以抑制電極絲的抖動(dòng)，在高低雙速走絲高效切割時(shí)有利于提高切割效率。老式的 hswedm 上沒有恒張力裝置，加工一段時(shí)間后，一般需要手動(dòng)緊絲，較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力，現(xiàn)在新式的“中走絲”機(jī)床上一般均有恒張力裝置，提高了工作效率。目前各種恒張力裝置的工作原理不盡相同，但均能不同程度的實(shí)現(xiàn)對電極絲張力的控制，提高了加工中電極絲的穩(wěn)定性。低速走絲低速走絲走絲方式

30、高速走絲由于其本身固有的缺陷，切割精度長期徘徊在較低水平，從根本上難有突破。低速走絲則不然，其單向低速走絲方式，可有效提高切割精度，其工作原理如圖 3 所示。因此，為獲得高的切割精度，在高低雙速走絲后續(xù)多次切割中，本文采用了單向低速走絲方式。高低雙速走絲后續(xù)多次切割一般處于切縫中或去料后的半敞開條件下，具有較好的極間洗滌條件，可大大降低對噴液壓力的要求。同時(shí)在較小的噴液壓力下，可采用復(fù)合工作液代替去離子水，以避免昂貴地去離子水裝置。此外，低速走絲切割還可使用目前的高頻脈沖電源及控制系統(tǒng)。這樣在保留低速走絲較高切割精度的優(yōu)勢下，極大的降低了低速走絲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用成本。因此綜上所述，在高低

31、雙速走絲電火花線切割后續(xù)精加工中，可采用改進(jìn)后的單向低速走絲加工方式1-壓緊卷筒 2-電極絲自動(dòng)卷繞電機(jī) 3-滾筒 4-供絲繞線軸 5-預(yù)張力電機(jī)6、14-導(dǎo)論 7-恒張力控制輪 8-恒張力控制伺服電機(jī) 9-壓緊卷筒 10-壓緊卷筒11-電極絲 12-導(dǎo)絲器 13-工件 14-導(dǎo)輪 15-拉絲卷筒圖 3 低速走絲加工原理圖張力控制電極絲張力對電火花線切割加工精度的影響較大。張力較小時(shí)，加工區(qū)域段電極絲剛性較低，電極絲容易產(chǎn)生抖動(dòng)、滯后彎曲等，引起加工尺寸偏差、腰鼓形和塌角等加工誤差的產(chǎn)生。在多次切割的后續(xù)單邊放電切割加工中，較小的張力還會引起電極絲讓刀量的增加，使多次切割加工精度降低。因此，在

32、電極絲強(qiáng)度極限下盡可能提高電極絲張力，對提高高低雙速走絲電火花線切割后續(xù)單向低速走絲多次切割的切割精度至關(guān)重要。對于高低雙速走絲的低速走絲高精度切割而言，首先不僅要盡可能提高電極絲張力，其次還要對電極絲張力大小精確控制，最后還應(yīng)保證張力分布的均勻性。而在運(yùn)絲系統(tǒng)上添加張力精控裝置，是一種極為有效的手段。電極絲張力精控裝置主要工作過程為，首先通過走絲系統(tǒng)中的檢測傳感器，實(shí)時(shí)采取加工區(qū)域電極絲張力值并進(jìn)行相應(yīng)處理；其次將處理后的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀入控制器，并與通過軟件設(shè)定的初始值進(jìn)行比對；最后將比對結(jié)果反饋至張力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)加工中電極絲張力的精確控制。高低雙速走絲電火花線切割工藝研究意義由于我國經(jīng)濟(jì)

33、的持續(xù)發(fā)展，特別是電加工機(jī)床的主要應(yīng)用領(lǐng)域模具制造業(yè)的快速發(fā)展以及航空航天、軍工、it、家電、建材等行業(yè)需求的不斷增長，電加工機(jī)床的產(chǎn)量近年來已得到了迅速提升，從上世紀(jì)末各種電加工機(jī)床年產(chǎn)量 1 萬臺左右發(fā)展到目前的 5 萬臺左右，其中 80%以上為 wedm，而 hswedm 又占據(jù)了 wedm 總數(shù)的 90。目前 hswedm 市場保有量為 30 萬臺，為我國模具制造業(yè)及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供了有力的裝備支撐，但hswedm 的生產(chǎn)目前很大一部分是在低水平的重復(fù)制造，技術(shù)上如果沒有突破，這一局面還將長期持續(xù)下去。作為精密 wedm 的 lswedm 是目前電加工機(jī)床發(fā)展的重中之重，市場對該產(chǎn)品

34、的需求增加很快，目前我國市場每年的需求量接近 3000 臺，且近年每年都以 800 臺左右、45 億元的銷售額在快速增長，目前世界知名品牌企業(yè)已全部完成在中國的本土化，臺資企業(yè)亦大量涌入內(nèi)地。lswedm 技術(shù)在經(jīng)歷了一段時(shí)間的沉寂后，近年技術(shù)上獲得了飛速發(fā)展，其根本原因是放電機(jī)理及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的巨大進(jìn)步所導(dǎo)致的。由于 lswedm 的無電阻納秒級千安培峰值電流的脈沖電源技術(shù)、高速精準(zhǔn)檢測控制技術(shù)及抗干擾技術(shù)等相當(dāng)復(fù)雜，機(jī)械、電源、控制等各方面要求很高，因此它被視為電加工產(chǎn)品“皇冠上的明珠” 。lswedm 加工的表面質(zhì)量和精度已能滿足精密、復(fù)雜、長壽命模具的要求，可以作為精密模具最終加工的主

35、要手段，“以割代磨”的趨勢越來越明顯。目前，其它加工方法還無法與 lswedm 優(yōu)異的加工性能相競爭，而且 lswedm 的加工工藝水平及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性已優(yōu)于機(jī)械磨削。但 lswedm 所取得的令人矚目的技術(shù)進(jìn)步也是憑借巨大的投入所獲得的，由于其放電是建立在去離子水介質(zhì)條件下的傳統(tǒng)間隙放電，對于放電介質(zhì)的研究基本局限在如何改變?nèi)ルx子水的電導(dǎo)率方面，因此 lswedm 工藝指標(biāo)提高的手段主要集中在機(jī)械、電源、控制等領(lǐng)域，從而也造成了lswedm 機(jī)床制造成本居高不下，運(yùn)行成本也比較昂貴的局面。因此在目前我國各制造產(chǎn)業(yè)占主導(dǎo)地位的仍是 hswedm。目前我國高精度的 lswedm 主要依賴從國外進(jìn)口

36、，各生產(chǎn)廠商對其中的關(guān)鍵技術(shù)也嚴(yán)格保密。我國大陸電加工企業(yè)真正能進(jìn)行 lswedm 生產(chǎn)并實(shí)現(xiàn)銷售的僅有曾與日本 sodick 公司合資經(jīng)營的蘇州三光科技有限公司和在國家立項(xiàng)攻關(guān)支持下經(jīng)歷數(shù)十年研究耗資巨大的蘇州電加工研究所，年產(chǎn)量不足 500 臺，其產(chǎn)品的技術(shù)水平與國外上世紀(jì) 90 年代的相當(dāng)。我國 lswedm 的研制與生產(chǎn)從 20 世紀(jì) 80 年代才開始，起步較晚，缺乏對 lswedm 加工機(jī)理及基礎(chǔ)性研究，產(chǎn)品生產(chǎn)主要依靠拷貝國外技術(shù)，發(fā)展后勁嚴(yán)重不足。長此以往僅僅靠在別人后面追趕的研究和制造方式將導(dǎo)致 lswedm 的技術(shù)水平與國外產(chǎn)品的差距愈拉愈大，希望短期內(nèi)在技術(shù)上獲得較大地提高

37、相當(dāng)困難。另一方面，具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的 hswedm 經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展，以其優(yōu)良的性價(jià)比及低廉的運(yùn)行成本，特別是 hswedm 的制造成本是 lswedm 的 1/10，甚至更少，用 hswedm加工模具的成本又是用 lswedm 加工模具的成本的幾十分之一。因此 hswedm 廣泛地占據(jù)了我國的模具加工市場。但隨著模具等加工精度及表面完整性要求的提高，特別是未來電火花線切割加工技術(shù)，向著滿足更高的生產(chǎn)效率、更高的加工精度而發(fā)展，其局限性也愈來愈明顯。hswedm 與 lswedm 兩者相比，除了采用的工藝不同外，無論在加工精度、機(jī)床功能、自動(dòng)化程度，還是在可靠性、加工穩(wěn)定性和加工工藝指

38、標(biāo)方面，前者較后者的水平均明顯低一個(gè)檔次，并且差距愈來愈大。雖然我國科研人員對 hswedm 進(jìn)行了數(shù)十年的研究，在 hswedm 控制功能、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特別是大錐度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面取得了很多成果，但在切割工藝指標(biāo)方面則長期處于徘徊的局面，并且價(jià)格競爭導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)水平與質(zhì)量均有所下降，由此造成我國 lswedm 的需求量增長，但因?yàn)閺S家自立開發(fā)能力的限制只能把這塊市場拱手讓給國外廠商，而自身的 hswedm 產(chǎn)品又處在低水平重復(fù)生產(chǎn)狀態(tài)，直至近年來具有良好洗滌能力的復(fù)合工作液的研制成功并替代傳統(tǒng)的乳化液在全國 80以上“中走絲”機(jī)床上成功應(yīng)用及加工機(jī)理研究的逐步深入，hswedm 的切割工藝指

39、標(biāo)尤其是切割速度和表面粗糙度在經(jīng)歷了 20 多年的徘徊后取得了階段性的進(jìn)展。隨著“中走絲”機(jī)床的大范圍應(yīng)用，研究人員對“中走絲”在提高工藝指標(biāo)方面，特別是切割精度方面的局限性也有了更深刻的認(rèn)識， “中走絲”機(jī)床在多次切割過程中仍具有許多不確定的因素，最主要方面是電極絲運(yùn)絲方式的局限產(chǎn)生的電極絲空間位置的不確定性，從而導(dǎo)致中走絲切割精度的獲得具有一定的隨機(jī)性，因此迫切需要建立一種可以穩(wěn)定獲得較高切割精度的機(jī)床平臺。在此背景下，本課題提出了高低雙速走絲電火花線切割加工技術(shù)。課題最終目的在于研究和開發(fā)一種能夠從根本上提高 hswedm 的切割精度，但同時(shí)生產(chǎn)、制造和使用成本均較低的、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的和適合國情的高效、高精度線切割技術(shù)。hswedm 雖然在切割精度上仍徘徊不前，但在大厚度、低成本切割方面仍擁有天然。4、電火花線切割機(jī)床的型號 電火花線切割機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)包括：工作臺行程（縱向行程橫向行程） 、最大切割厚度、切割錐度、切割速度、加工精度、加工表面