快走絲線切割電參數(shù)的研究

宋新華　宋斌　周金鑫

【摘 要】為了滿足零件加工精度和表面質(zhì)量要求，本文介紹了快走絲線切割加工原理和加工的特點(diǎn)，分析了電參數(shù)對(duì)加工質(zhì)量的影響，為快走絲線切割加工電參數(shù)選擇提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】快走絲線切割；電參數(shù)；加工質(zhì)量

1 快走絲線切割加工原理

快走絲線切割加工是利用移動(dòng)的金屬絲作為加工電極，在電極絲與工件之間產(chǎn)生脈沖火花放電的電腐蝕現(xiàn)象去除多余的金屬，以達(dá)到對(duì)零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量的預(yù)定加工要求的一電火花加工方法。如圖1所示。

快走絲線切割加工是利用放電進(jìn)行加工，電極絲接脈沖電源的負(fù)極，工件接脈沖電源的正極。當(dāng)來一個(gè)電脈沖時(shí)，在電極絲及工件之間產(chǎn)生火花放電，在放電中心的瞬時(shí)溫度可高達(dá)10000℃以上，高溫使工件局部金屬熔化，甚至有少量氣化，高溫也使電極絲和工件之間的工作液部分產(chǎn)生氣化，這些氣化后的工作液和金屬蒸氣瞬間迅速熱膨脹，并有爆炸的特性?？窟@種熱膨脹和局部爆炸，拋出熔化和氣化的金屬材料而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件材料進(jìn)行電蝕切削加工。

2 快走絲線切割加工的特點(diǎn)

在快走絲線切割加工過程中，工件材料表面因高溫而融化，然后急冷，結(jié)果就生成了變質(zhì)層，變質(zhì)層由熔融再凝固層、再淬火層及再回火層組成。由于腐蝕液幾乎不能對(duì)熔融再凝固層腐蝕而且成白色，該層與鑄造組織類似，且常常產(chǎn)生許多微觀裂紋。這種微觀裂紋是由于金屬從熔化狀態(tài)突然急冷凝固，材料收縮而產(chǎn)生的拉伸熱應(yīng)力造成的。再凝固層的厚度，因加工條件不同而異，切割速度越快則越厚，而且?guī)缀醪皇芮懈罴庸で盁崽幚頎顟B(tài)的影響，所以快走絲線切割加工的加工質(zhì)量主要受到切割電參數(shù)的影響。

3 快走絲線切割電參數(shù)的研究

快走絲線切割工藝參數(shù)的選擇，影響加工質(zhì)量、切割速度和鉬絲的損耗率等。合理使用數(shù)控快走絲線切割機(jī)床就必須對(duì)電參數(shù)理解和掌握。影響加工質(zhì)量明顯的電參數(shù)主要包括脈沖電流、脈沖寬度、脈沖間隔、走絲速度等，在快走絲線切割加工中，在保證表面質(zhì)量、加工精度的前提下，盡量提高切割加工效率。

3.1 脈沖電流I

脈沖電源直接決定了切割的厚度和速度，即切割能力，同時(shí)脈沖電流影響加工表面質(zhì)量?？熳呓z線切割加工表面由大量放電坑堆積而成，放電坑的形狀和尺寸決定了表面粗糙度的大小，而放電坑的形成與脈沖電流直接相關(guān)。脈沖寬度的大小標(biāo)志著單個(gè)脈沖能量的強(qiáng)弱，因此脈沖電流對(duì)加工表面粗糙度的影響最顯著。由于粗糙度值的大小取決于放電坑的大小，所以在選擇電參數(shù)時(shí)，脈沖寬度是優(yōu)先選擇，通過減少脈沖寬度來降低放電能量大小，來降低表面粗糙度。

采用蘇州長風(fēng)機(jī)床DK7732-E 快走絲快走絲線切割機(jī)床，鉬絲的直徑為？準(zhǔn)0.18mm，加工材料為45號(hào)鋼，乳化液作為加工介質(zhì)。在加工中選擇不同脈寬及電流幅值，結(jié)果在脈寬相同的情況下，電流幅值越大，表面粗糙度越大；而在電流幅值相同時(shí)，表面粗糙度隨脈寬的增加逐漸增大。因?yàn)槊}沖寬度與放電能量成正比，脈沖寬度越大，每一周期放電時(shí)間所占比例就大，切割效率就高，此時(shí)加工穩(wěn)定，但放電間隙大，工件表面粗糙度就差；然而，脈沖寬度小，加工表面質(zhì)量高，但切割效率低，加工穩(wěn)定性差；而在一定的放電時(shí)間內(nèi)，電流幅值的提高也將使脈沖能量增大，但這將導(dǎo)致放電坑直徑和深度的增加，從而使表面粗糙度增大?？梢姡S著單個(gè)脈沖能量的增大，每次放電的去除量相應(yīng)增加，加工速度雖然可以得到提高，但是表面粗糙度將隨之惡化。因此，對(duì)于線切割精加工而言，采用小的脈沖寬度和脈沖電流可獲得良好的表面粗糙度。但是，采用過小的脈沖寬度，切割速度會(huì)因放電能量小而越慢；脈沖電流太小，將不能產(chǎn)生放電火花，無法正常切割。一般來說，精加工時(shí)，脈沖寬度可在20～30μs選擇；粗加工時(shí)，可以在30～80μs 內(nèi)選擇。加工電流達(dá)到短路電流（人為短路）的70%～75%為最佳。

3.2 脈沖間隔（t0）

脈沖間隔對(duì)切割速度影響較大，同時(shí)影響了切削效率，脈沖間隔越小，單位時(shí)間放電加工的次數(shù)越多，因而切割速度也越高。同時(shí)，電參數(shù)選擇不合適也是引起斷絲的一個(gè)重要原因。因此根據(jù)工件厚度選擇合理的電參數(shù)，將脈沖間隔拉開些，有利于熔化金屬微粒的排出，更有利于消電離，同時(shí)峰值電流和空載電壓不宜過高，否則使單個(gè)脈沖能量變大，切割速度加快，容易產(chǎn)生集中放電和拉弧，引起斷絲。根據(jù)工件厚度選擇合適的脈沖間隔：脈沖間隔不能太小，否則容易產(chǎn)生短路，也不利于冷卻和電蝕物的排出；脈沖間隔過大，將影響表面粗糙度及加工速度。當(dāng)切割厚度較大的工件時(shí)，應(yīng)盡量選用大脈寬電流，適當(dāng)加大脈沖間隔，以充分消除放電產(chǎn)物，形成穩(wěn)定切割。要增強(qiáng)排屑效果，提高切割的穩(wěn)定性，一般脈沖間隔在15～250μs范圍內(nèi)基本能適應(yīng)各種加工條件。

3.3 切割速度（V）

走絲速度對(duì)切割速度具有一定影響，隨著走絲速度的提高，切割速度將明顯增加。但是，走絲速度越快引起電極絲較大的振動(dòng)而使工件表面質(zhì)量惡化。因此，在保證加工質(zhì)量的前提下，選擇一個(gè)合適加工速度的確定合理走絲速度，一般走絲速度在2～15m/s。最佳切割速度范圍可參照設(shè)備說明選擇或試驗(yàn)確定，由于材料的厚薄度，材質(zhì)不同，熔點(diǎn)高低，熱導(dǎo)率大小以及熔化后的表面張力等因素，切割速度也相應(yīng)的變化。

3.4 加工電壓U

一般認(rèn)為電源正常輸出電壓即為切割電壓。線切割機(jī)通常有較高的空載電壓和工作電壓，當(dāng)電流一定時(shí)，電壓的提高意味著切割能力的提高，但是易造成電極絲振動(dòng)，工件表面粗糙度變差，加工精度有所降低。一般選擇原則如下：高度在50mm 以下的工件，加工電壓選擇在70V；高度在50～150mm 的工件， 加工電壓選擇在90V；高度在150mm 以上的工件，加工電壓選擇在110V。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，采用蘇州長風(fēng)機(jī)床有限責(zé)任公司生產(chǎn)的DK7732-E 快走絲快走絲線切割機(jī)床，切割厚度小于35mm的普通鋼件時(shí)，當(dāng)電壓表指針在75V 左右、電流表指針在（2.0±0.5）A 時(shí)， 選定的電參數(shù)比較合理，獲得的加工質(zhì)量較高。良好的加工質(zhì)量與工件材料、切割形狀、電參數(shù)、工作液等具有密切的關(guān)系，在實(shí)際的生產(chǎn)中需要結(jié)合各種因素，不斷調(diào)整電參數(shù)才能滿足各項(xiàng)加工要求。

4 結(jié)論

在快走絲線切割加工中，電參數(shù)的選擇至關(guān)重要，它們直接影響加工質(zhì)量和加工效率的高低，在切割加工中它們又相互影響，所以在操作快走絲機(jī)床選擇電參數(shù)時(shí)，必須根據(jù)工件材料、電極絲直徑、加工質(zhì)量、加工表面粗糙度和加工效率的要求等條件來選擇相應(yīng)的電參數(shù)，從而獲得滿意的加工結(jié)果。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]