高速走絲電火花線切割加工斷絲解決方案實證

張 健

中國農業(yè)大學工學院機械工程訓練中心，北京 100083

高速走絲電火花線切割加工斷絲解決方案實證

張 健

中國農業(yè)大學工學院機械工程訓練中心，北京 100083

本文從實際生產出發(fā)，對高速走絲電火花線切割加工斷絲的主要原因進行的分析，并提出了解決的方案，最后從實證的角度，對生產中斷絲現象進行的簡單的故障排除的實證研究。

高速走絲；電火花線切割加工；斷絲現象；原因；對策；實證分析

電火花線切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM），有時又稱線切割。其基本工作原理是利用連續(xù)移動的細金屬絲（稱為電極絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型。電火花線切割機按走絲速度可分為高速往復走絲電火花線切割機，俗稱快走絲；低速單向走絲電火花線切割機，俗稱慢走絲和立式自旋轉電火花線切割機3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）。

1 電火花線切割加工原理

電火花線切割屬電加工范疇，是由前蘇聯(lián)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(fā)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(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法。線切割機也于1960年發(fā)明于前蘇聯(lián)，我國是第一個用于工業(yè)生產的國家。電火花線切割加工主要用于模具制造，在樣板、凸輪、成形刀具、精密細小零件和特殊材料的加工中也得到日益廣泛的應用。

其工作原理為：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(fā)生無數次碰撞，形成一個等離子區(qū)，并很快升高到8 000℃～12 000℃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(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。然后通過NC控制的監(jiān)測和管控，伺服機構執(zhí)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。

在切割加工時，工件安裝在工作臺上，工作臺通常由X軸和Y 軸電動機驅動。工具電極（電極絲）為直徑0.02mm～0.3mm的金屬絲，由走絲系統(tǒng)帶動電極絲沿其軸向移動。走絲方式有兩種：1）高速走絲，速度為9m/s～10m/s，采用鉬絲作電極絲，可循環(huán)反復使用；2）低速走絲，速度小于10m/min，電極絲采用銅絲，只使用一次。脈沖電源加在工件與電極絲之間，一般工件接正極，電極絲接負極。工件與電極絲之間用噴嘴噴入工作液（乳化液、去離子水等）。控制系統(tǒng)根據預先輸入的工作程序輸出相應的信息，使工作臺作相應的移動，工件與電極絲靠近。當兩者接近到適當距離時（一般為0.01mm～0.04mm）便產生火花放電，蝕除金屬。金屬被蝕除后工件與電極絲之間的距離加大，控制系統(tǒng)根據這一距離的大小和預先輸入的程序，不斷地發(fā)出進給信號，使加工過程持續(xù)進行。

2 電火花切割機

電火花線切割機主要。采用電腦控制系統(tǒng)，全中文自動繪圖編程、控制軟件。加工中有軌跡、時間顯示，可隨時了解加工情況 中走絲具有多次切割功能特點 通常來講，電火花切割機的主要功能有：具有繪圖、編程功能；鏡像、對稱、旋轉 、平移功能；短路自動處理、加工結束自動停機功能；反向加工、任意段加工功能；比例縮放功能；斷電報護功能；自動找中心功能；人機對話功能。

3 斷絲主要原因

3.1 與電參數選擇及脈沖電源相關的斷絲

一般來說，斷絲的機率隨著放電能量的增加而加大。這是因為加工中的脈沖能量靠電極絲來傳遞，如果電極絲載流量太大時，本身的電阻發(fā)熱會使它固有的抗拉強度降低很多，所以很容易造成斷絲?？蓪⒚}沖間隙參數設大些，以有利于熔化金屬微粒的排出。同時峰值電流和空載電壓不宜過高，否則容易產生集中放電和拉弧。由于電弧放電是造成電極絲（負極）腐蝕損壞的主要因素，只要電弧放電集中于某一段，就會引起斷絲。

3.2 與運絲機構相關的斷絲

機床的運絲機構精度變差，會增加電極絲的抖動，破壞火花放電的正常間隙，易造成大電流集中放電，從而增加斷絲的機會。這種現象一般發(fā)生在機床使用時間較長、加工工件較厚、運絲機構不易清理的情況下。因此在機床使用中應定期檢查運絲機構的精度，及時更換易磨損件。在上絲后應空載走絲檢查電極絲是否抖動，若發(fā)生抖動要分析原因。

3.3 與電極絲相關的斷絲

電極絲的材料應根據加工情況而定，否則會引起斷絲。對于數控高速走絲電火花線切割加工，廣泛采用鉬絲。因為鉬絲耐損耗、抗拉強度高、絲質不易變脆，不易斷絲。采用鎢絲加工，可獲得較高的加工速度，但放電后絲變脆，易斷絲，應用較少，一般在弱電規(guī)準時使用。鎢鉬絲（鎢、鉬各50%）加工效果比前兩種都好，故使用壽命和加工速度都比鉬絲高，但價格昂貴。

3.4 與工件相關的斷絲

未經鍛打、淬火、回火處理的材料，鋼材中所含碳化物顆粒大，并且聚集成團，而分布又不均勻，存在較大的內應力。如果工件的內應力沒有得到消除，在切割時，有的工件會開裂，把電極絲碰斷，有的會使間隙變形，切縫變窄而卡斷電極絲。為減少因材料引起的斷絲，在電火花線切割加工前最好采用低溫回火消除內應力。應選擇鍛造性能好、淬透性好、熱處理變形小的材料，鋼材中所含碳化物分布均勻，從而使加工穩(wěn)定性增強。如以電火花線切割加工為主要工藝的冷沖模具，盡量選用 CrWMn、 Cr12Mo、GCr15等合金工具鋼，并要正確選擇熱加工方法和嚴格執(zhí)行熱處理規(guī)范。

3.5 與工作液相關的斷絲

工作液在較長時間使用后，變得臟污、綜合性能變差是引起斷絲的重要原因。根據加工經驗，新?lián)Q的工作液每天工作8 小時，使用兩天后效果最好，繼續(xù)使用8d～10d則易斷絲，須更換新的工作液。對要求切割速度高或大厚度工件，其工作液的配比可適當淡一些，約5%～8%的濃度，這樣加工較穩(wěn)定，不易斷絲。用純凈水配置的工作液加工較自來水配置的工作液在加工中更穩(wěn)定，較少斷絲。

4 斷絲解決對策

下面從實際生產的角度出發(fā)，以DK7725高速走絲電火花線切割機斷絲的問題，總結高速走絲線切割機斷絲的普遍原因，找出減少斷絲的具體方法。

4.1 選擇更換鉬絲

一般來說，鉬絲的質量直接關系到斷絲現象的發(fā)生，最簡單的更換名牌鉬絲廠生產的鉬絲。高速走絲線切割機進行加工時，一般來說，須選用質量好的較粗的電極絲。如：用南京鉆石牌鉬絲調試一下。在選擇鉬絲時，并不是越大越好，應根據用電參數進行選擇。

4.2 選擇合適的加工件

在實際生產中，如果加工工件質量不過關，如有焊點、多層、兩種材質、以及材料里有氣泡和碳渣等雜質時，在加工中很容易發(fā)生斷絲。遇到這種情況，最簡單的辦法就是直接調換一塊加工材料。

4.3 調整合適的用電參數

在加工時，一定要依照說明書根據不同厚度和不同材質選擇適合的電參數。無論怎樣加工，必須調整到加工電流相對穩(wěn)定，否則也會經常引起斷絲。

4.4 適時檢查可能夾斷鉬絲的構件

長期運行后，可能會在運絲機構上產生一些槽溝等影響運行精度的，而致鉬絲夾斷。所要要定期檢查并及時更換軸承、導輪、導電快、擋絲棒等運絲部件。更換周期為：軸承大約為3個月更換一次，導輪為半年更換一次。

4.5 精心選用乳化液

乳化液是走絲運行的潤滑劑，按切削液說明配比工作液，可大大減少斷絲現象發(fā)生。有條件的可以用純凈水。切削液盡量用名牌產品。如：南京達興牌（油基型） 浙江佳潤牌（水基型）

4.6 全方位提高操作人員素質

斷絲現象的發(fā)生，與操作也有極大的關系。實踐證明，操作得當，斷絲現象能夠得到極大的減少。為此，在上絲、穿絲操作時應仔細認真、規(guī)范操作。同時，要在自動找中心時，如果工藝孔壁有油污、毛刺或某些不導電的物質，當電極絲移動到孔壁時未火花放電，致使機床不能自動換向，最后勒斷電極絲。因此加工前一定要將工藝孔清理干凈。某些時候需要手動切割時（人為控制進給），應眼觀電流表，不得超過正常切割時的變頻速度，否則極易斷絲。

5 實證研究

故障現象 1：DK7725工作臺工作中，火花放電突然變?yōu)樗{色的弧光放電，電流超過限值，電極絲燒斷，停機更換電極絲后，開機運作，故障依然存在。接下來用用示波器測輸入端和振蕩部分都無波形輸出，故判斷故障出在振蕩部分，檢修振蕩部分，高頻電源恢復正常，工作臺運轉正常。

故障現象 2：DK7725工作臺工作中加工電流很大、火花放電異常斷絲。根據經驗判斷，故障原因是因為脈沖電源的輸出已變?yōu)橹绷鬏敵鏊?。故從脈沖電源的輸出級向多諧振蕩器逐級檢查波形，發(fā)現元件按損，更換后，檢查輸出標準的脈沖波形。開機運行，故障解除。

6 結論

高速走絲電火花線切割加工斷絲問題發(fā)生，只要掌握了基本的原理，再通過經驗積累，是很容易解決的，如果出現不能解決的問題，一定要及時與生廠維修廠家聯(lián)系，共同加以解決，決不能盲目蠻干導致工作臺受損致更大損失。同時，要生產的各個環(huán)節(jié)，要注意及時發(fā)現和解決問題，并不斷總結積累經驗。

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1674-6708（2010）30-0211-02