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，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。線切割機也于1960年發明于前蘇聯，我國是第一個用于工業生產的國家。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。導致粒子間發生無數次碰撞，形成一個等離子區，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。

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，控制系統根據這一距離的大小和預先輸入的程序，不斷地發出進給信號，使加工過程持續進行。

2 電火花切割機

電火花線切割機主要。采用電腦控制系統，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，本身的電阻發熱會使它固有的抗拉強度降低很多，所以很容易造成斷絲。可將脈沖間隙參數設大些，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行熱處理規范。

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，新換的工作液每天工作8 小時，使用兩天后效果最好，繼續使用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定，較少斷絲。

4 斷絲解決對策

下面從實際生產的角度出發，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，火花放電突然變為藍色的弧光放電，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為直流輸出所致。故從脈沖電源的輸出級向多諧振蕩器逐級檢查波形，發現元件按損，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，要生產的各個環節，要注意及時發現和解決問題，并不斷總結積累經驗。

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TH16

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1674-6708（2010）30-0211-02