线切割加工中电极丝的选用及断丝分析

王冬梅 黄 蓓

（商丘职业技术学院机电系，河南 商丘476000）

线切割加工中电极丝的选用及断丝分析

王冬梅 黄 蓓

（商丘职业技术学院机电系，河南 商丘476000）

电火花线切割是精密与特种加工重要组成部分，影响线切割加工的因素很多，而切割效率和切割质量与线切割加工中电极丝的性能紧密相关。本文对电火花线切割加工中电极丝的性能、选用，以及加工中断丝的原因、预防进行分析，从而提高电火花线切割效率和加工质量。

电火花线切割；电极丝；选用；断丝

0 前言

电火花线切割（WEDM）是精密与特种加工重要组成部分，用高硬度高熔点导电材料加工形状繁杂工件时，电火花线切割往往是最佳选择，有时也是唯一选择。而线切割技术的发展，离不开电极丝技术的同步发展。线切割机的切割效率和切割质量与电极丝的性能紧密相关，

电极丝技术的突破往往会导致线切割机设计的革新。因此，电极丝的选用及断丝故障分析显得尤为重要。

1 线切割加工中电极丝的选用

线切割加工从加工材料、切割速度、轮廓精度、表面质量到工厂的运行模式等方面都相互作用，只有选择合适的电极丝才能使工厂对加工效率、加工成本和加工质量整体进行优化。

1.1 电极丝的性能

高性能的电极丝必须是各种有用特性的有机组合。电极丝要能承受峰值超过700A或平均值超过45A的大切割电流，而且能量的传输必须非常有效。电极丝要有较好的拉伸强度和延伸率。高效率高精度的线切割机要求电极丝具有误差极小的几何特性。并且电极丝具有低熔点和高气化压力的热物理特性可以帮助把废渣吹离。

1.2 电极丝的种类与应用

1.2.1 黄铜丝

黄铜是紫铜与锌的合金，最常见的配比是65%的紫铜和35%的锌。理论上锌的比例越高越好，但在实际制造过程中，锌的配比超过40%时，电极丝的α单相结晶结构变成了α和β双相结晶结构，致使材料变得太脆而不适合把它拉成直径很小的细丝。普通黄铜丝的拉伸强度在490～900N/mm2之间。但黄铜丝存在以下缺点：加工速度无法提高；表面质量不佳；加工精度不高，特别是在加工较厚的工件时，由于冲洗性不好，会产生较大的直线度误差。

黄铜丝主要应用在加工量不足、对加工精度特别是表面质量要求不高的场合，或者是以小尺寸、薄厚度为生产 、工件材料硬度不高或厚度不超过80～100mm的场合。同时，市场上出现了一些性价比优越的新型黄铜丝如超净型黄铜丝、超硬型黄铜丝、高速型黄铜丝。

1.2.2 镀层电极丝

在黄铜丝外面再加一层锌，产生了镀锌电极丝。其主要优点：切割速度高，不易断丝；加工工件的表面质量好，无积铜，变质层得到改善；加工精度提高，特别是尖角部位的形状误差、厚工件的直线度误差等均比黄铜丝有所改善。导丝咀等部件的损耗减小，不容易堵塞导丝咀，污染相关部件。

镀层电极丝的芯材主要有黄铜、紫铜和钢。镀层的材料则有锌、紫铜、铜锌合金和银。目前市场上比较成熟的镀层电极丝主要有普通镀锌电极丝、高精度加工用镀锌电极丝、高速度加工用镀层电极丝、高难度加工用镀层电极丝、超精密加工用电极丝。

2 线切割断丝分析

断丝是线切割加工中经常出现的故障之一，它不但影响加工效率同时也破坏了加工面的完整性和光洁度，也使得线切割无人操作变得很困难。线切割断丝的原因是多方面的，现分析如下。

2.1 设备方面

脉冲电源是线切割机床的主要设备之一，其电规准参数直接影响电极丝的使用寿命。脉冲间隔减小时平均电流增大，切割速度加快，但脉冲间隔不能过小，以免引起电弧和断丝。峰值电流是决定单脉冲能量的主要因素之一，也是引起断丝的主要原因之一，其值增大，切割速度提高，工件表面粗糙变差，电极丝损耗量明显增大，甚至断丝。开路电压会引起放电峰值电流和电加工间隙的改变，开路电压提高，加工间隔增大，排屑变易，提高了切割速度和加工稳定性，但易造成电极丝振动，影响加工精度，使电极丝损耗量加大，变细或断丝。根据以上分析，脉冲电源应具有使电极丝低损耗的性能。经研究表明，减少放电电源的上升率可降低电极丝的损耗，不但有利于提高加工精度，而且可延长电极丝的使用寿命，这对快速走丝线切割加工尤为重要。此外，在矩形波电源放电主回路中串入一定值的电感，可获得前后沿缓波形，并能减少电极丝的损耗。

如果振动所引起的偏差值超过电极丝的弹性极限就会引起断丝。此外还要求有均衡平稳的走丝机构。因此，提高整个走丝机构的制造质量，有利于减少电极丝的振动，延长电极丝的使用寿命。

加工时若工作液随电极丝的运动而在入口处飞溅，进入不到切缝中，电极丝无法得到充分冷却，极易因电极丝烧损而引起断丝。所以机床的冷却系统必须完善，冷却必须充分。

2.2 工艺方面

2.2.1 走丝速度

走丝速度的高低直接影响电极丝在加工区的逗留时间和放电次数，从而影响电极丝的损耗。通常高速走丝有利于冷却和润滑，而低速走丝有利于减少因电极丝损耗对加工精度的影响。尤其是加工厚件，由于电极丝的损耗，会使加工面产生锥度。一般情况下，走丝速度可根据工件厚度和切割速度确定。

2.2.2 进给速度

如果预置进给速度调得太快，会出现频繁短路现象，切割速度反而降低，工件上、下端面切割缝呈焦黄色，甚至可能引起断丝。反之过慢，则大大落后于工件的蚀除速度，极间将偏于开路，会时而开路时而短路，容易引起断丝。理想的线切割加工状态应当是进给速度跟踪其走丝速度。过跟踪和欠跟踪都是造成加工不稳定的主要因素，容易引起断丝。因此，要求提高进给控制系统的跟踪自控制性能，以及人工调节较佳的进给量。

2.2.3 工作液性能

工作液浓度不合理、冲刷不足、不够或者堵塞造成无切削液加工，这些都会造成断丝。所以工作液应具有较好的洗涤和冷却性能以及加工稳定性，还有一定的绝缘强度，以保证脉冲放电过程顺利进行，并应有减少脉冲能量损耗和改善电极丝损耗的性能。

2.3 其他方面

电极丝在安装前要检查保存是否规范，即使是已开封剩下的也应该封闭保存，无斑点。如在存储时电极丝有受潮、氧化、暴晒等情况会变脆而易断。

在正式切割加工之前，需先进行试切割。一般试切割的进给速度为正式切割速度的80%～90%，以防止短路和断丝。

线切割刚开始时要特别谨慎，否则容易引起断丝。当从工件端面开始加工，由于此时工作液供给条件较差，放电的反弹力大，放电不稳定，容易造成断丝。在放电部分会产生红色火花，放电声音大，声音不连续，加工时电压表、电流表指针摆动大。遇到这种情况，需及时减小电规准参数，降低进给速度，在切入部分，可用胶带粘贴起来，或者用磁性材料的V型槽吸附在工件上。

送丝机构传动部分的精度高低直接影响走丝质量。

在机床上设置断丝保护装置，该装置结构简单，安全可靠，安装方便，几乎不改动原机床电路。工作人员要测量断丝保护开关是否开启，要使断丝保护开关处于常开状态。

3 结束语

从线切割设备、工艺及其他方面考虑，合理选用生产要求的高效电极丝。在生产实践中，采用适当的操作方法，保证线切割加工过程处于稳定状态，有效地延长电极丝的使用寿命，从而有效地提高电火花线切割效率和加工质量。

［1］Puri A B,et al.An analysis and optimization of the geometrical inaccuracy due to wire lag phenomenon in WEDM[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2003,43：151-159.

［2］张忠伟.线切割加工中电极丝的选用[J].交通科技与经济,2007,2：74-75.

［3］郭胜,刘良瑞,康晓勇,等.电火花线切割加工中电极丝的安装[J].电加工与模具,2011年增刊：59-61.

［4］杨红义,潘静,杨红梅.线切割加工中电极丝振动现象的研究[J].林业机械与木工设备,2010,6：22-23.

［5］王万新,付盈盈.电火花线切割机床断丝原因分析[J].设备管理与维修,2007,10：20-21.

Analyses of Selection and Broken Wire in the WEDM Processing

WANG Dong-meiHUANG Bei
(Shangqiu Polytechnic Electromechanical Department,Shangqiu Henan 476000,China)

Wire cut Electrical Discharge Machining(WEDM)is an important part of precision and special processing,and many factors affect the performance of wire cutting,while cutting efficiency and cutting quality are closely related to the performance of the electrode wire in wire cutting processing.This paper will talk about performance and selection of the electrode wire in the WEDM processing,analyse the reasons and prevention for the wire breaking,then it will improve the efficiency of wire cutting and quality of processing.

Wire cut Electrical Discharge Machining(WEDM);Electrode wire;Selection;Broken wire

王冬梅（1983—），女，河南商丘人，硕士，助教，主要从事机械研究。

杨扬］