快走絲線切割加工黑白條紋產(chǎn)生原因分析及對策

唐 磊，王 濤

1.浙江理工大學(xué)，浙江杭州 310018

2.浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江寧波 315211

3.寧波工程學(xué)院，浙江寧波 315211

快走絲線切割加工黑白條紋產(chǎn)生原因分析及對策

唐 磊1,2，王 濤3

1.浙江理工大學(xué)，浙江杭州 310018

2.浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江寧波 315211

3.寧波工程學(xué)院，浙江寧波 315211

本文分析了數(shù)控電火花線切割加工工件產(chǎn)生的黑白條紋的原因，以及提高數(shù)控電火花線切割加工工件表面粗糙度的一些方法，重點(diǎn)說明黑白條紋的去除方法。通過改進(jìn)工作液噴射方式，根據(jù)工件調(diào)試不同切削液等各種辦法，可以很大 程度上減輕黑白條紋，提高高速線切割加工的表面粗糙度，使得工件表面光潔均勻。

數(shù)控；線切割；電 火花；黑白條紋；HSWEDM

1 電火花線切割加工概述

現(xiàn)有的數(shù)控線切割電火花加工機(jī)床分為低速走絲（LSWEDM）和高速走絲（HSWEDM）兩類。低速走絲線切割機(jī)床一般用黃銅作為電極絲。電極絲采用單向低速運(yùn)行，用一次就廢棄。高速走絲機(jī)床的電極絲使快速往返運(yùn)行的，電極絲在加工過程中反復(fù)使用。這類電極絲主要有鉬絲、鎢絲，市場上常用的是直徑0.18mm的鉬絲。快速走絲方式的絲速一般為每秒幾百毫米到十幾米，如果絲速為10m/s時，相當(dāng)于l 微秒時間內(nèi)電極絲移動0.01mm。這樣快的速度，有利于脈沖結(jié)束時，放電通道迅速消電離。

2 電火花線切割加工產(chǎn)生黑白條紋的原因分析

采用往返式高速走絲方式的電火花線切割加工，所加工的鋼工件表面往往都會出現(xiàn)明顯的黑白相間的條紋（如圖1），切割表面存在黑白交叉條紋影響加工表面宏觀質(zhì)量的一個重要問題。

圖1 高速走絲方式電火花線切割加工表面黑白條紋

通過反復(fù)觀察工件加工過程和加工后工件檢測，可以發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律，在滾筒運(yùn)絲換向的一個切割行程內(nèi)，條紋的出現(xiàn)與電極絲的運(yùn)動方向有關(guān)，電極絲進(jìn)入處呈黑色，出口處呈白色。這是因為排屑和冷卻條件不同造成的。電極絲從上往下運(yùn)動時，工作液從上部澆注，由電極絲帶入切縫內(nèi)，放電產(chǎn)物則由電極絲從下部帶出加工區(qū)。這時，上部工作液充分，冷卻條件好，電極絲進(jìn)口處工作液充分，放電是在工作液（乳化液）中進(jìn)行，下部工作液少，冷卻條件差，但排屑條件較上部好。工業(yè)液在放電區(qū)域內(nèi)受高溫影響瞬時高壓氣體，并急速向外擴(kuò)散，對上部的電蝕產(chǎn)物排出造成困難。這時，放電產(chǎn)生的炭黑等物質(zhì)凝聚附著在上部加工表面，使之呈現(xiàn)黑色。在下部，排屑條件較好，工作液少，放電產(chǎn)物中炭黑較少，況且放電常常是在氣體中發(fā)生，因此加工表面呈現(xiàn)白色。同理，當(dāng)電極絲從下向上移動時，下部呈黑色，而上部呈白色。這樣，往返走絲的電火花線切割加工表面，就形成了黑白交錯相間的條紋。

這種黑白相間的條紋，通常都會對加工表面粗糙度產(chǎn)生一定的影響。電極絲進(jìn)口處工作液充分，放電是在工作液（乳化液）中進(jìn)行。而在電極絲出口處，液體少，氣體多，在低壓放電的條件下，氣體中放電間隙相對較小。所以，進(jìn)口處的放電間隙比出口處大，結(jié)果使白色條紋比黑白條紋凸出。根據(jù)運(yùn)絲系統(tǒng)穩(wěn)定性不同，白色條紋會比黑白條紋凸起幾微米至幾十微米。

3 限制黑白條紋的對策

根據(jù)黑白條紋產(chǎn)生的原因可知，在電極絲往復(fù)移動的情況下，產(chǎn)生黑白條紋是很難完全避免的。但生產(chǎn)實(shí)踐表明，黑白條紋的深淺變化并不一致，有的十分明顯，凹凸相差幾十微米；有的則是黑白條紋并不明顯，凹凸相差也只有幾個微米，說明黑白條紋是可以限制的。限制黑白條紋的方法，在生產(chǎn)實(shí)踐中主要有以下幾種：

1）確保運(yùn)絲系統(tǒng)穩(wěn)定性。調(diào)整儲絲筒使其運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，導(dǎo)向?qū)л啛o軸向竄動和徑向跳動現(xiàn)象；

2）采用更合理的工作液噴射方式。采用螺旋式噴嘴，使工作液沿電極絲軸線噴出，且上下均勻；

3）選用洗滌性強(qiáng)的皂化液做線切割加工工作液。

根據(jù)不同的加工工藝指標(biāo)，一般在5%～20%范圍內(nèi)，（乳化液5%～20%，水95%～80%）。一般按質(zhì)量比配置，也可大致按體積比配置。對加工表面粗糙度要求比較高的工件濃度比可適當(dāng)大一些，約15%～20%。對要求切割速度高和大厚度的工件，濃度可適當(dāng)小一些，5%～8%。

4）線切割加工常選用模具材料Cr12的切割方法，Cr12屬于高合金工具鋼，具有較高的淬透性和耐磨性、熱處理變形小，能承受較大的沖擊載荷。對于模具上常用的這種材料，具有良好的線切割加工性能，工作液用蒸餾水配制濃度稍小一些可以減輕表面的黑白條紋，使工件表面潔白均勻。

5）超短行程往返切割方法，每次走絲換向的實(shí)際切割距離很短，大約為絲徑的1/4左右，電極絲上、下運(yùn)動時形成的凹凸不平將相互疊在一起，黑白條紋將難于看出。雖然儲絲筒旋轉(zhuǎn)換向頻繁，但整個切割過程仍然在滿絲筒的全長鉬絲上進(jìn)行，有效地避免了集中放電后的絲徑損耗問題。

6）電極絲往返移動過程中，采取電極絲僅在一個方向移動時放電，而在另外兩個方向（反方向）移動時不放電。這樣做也可限制黑白條紋的產(chǎn)生，但單方向移動時切割的生產(chǎn)率較低。

通過以上6種辦法，可以很大程度上可以減少減輕黑白條紋，提高高速線切割加工的表面粗糙度，使得工件表面光潔均勻。

[1] 張學(xué)仁.數(shù)控電火花線切割加工技術(shù)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001，11.

[2] 劉志東.基于復(fù)合工作液的電火花線切割加工技術(shù)研究[J].電加工與模具，2008（增刊）.

[3] 劉瑞已.電極絲及絲速和條紋對線切割的影響[J].機(jī)械工程師，2005（3）.

TG48

A

1674-6708（2010）18-0091-01

唐磊，助教，浙江理工大學(xué)在讀碩士，工作單位：浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：機(jī)械/模具CAD/CAM

王濤，助教，工作單位：寧波工程學(xué)院