快走丝线切割电参数的研究

宋新华　宋斌　周金鑫

【摘 要】为了满足零件加工精度和表面质量要求，本文介绍了快走丝线切割加工原理和加工的特点，分析了电参数对加工质量的影响，为快走丝线切割加工电参数选择提供参考依据。

【关键词】快走丝线切割；电参数；加工质量

1 快走丝线切割加工原理

快走丝线切割加工是利用移动的金属丝作为加工电极，在电极丝与工件之间产生脉冲火花放电的电腐蚀现象去除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量的预定加工要求的一电火花加工方法。如图1所示。

快走丝线切割加工是利用放电进行加工，电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。当来一个电脉冲时，在电极丝及工件之间产生火花放电，在放电中心的瞬时温度可高达10000℃以上，高温使工件局部金属熔化，甚至有少量气化，高温也使电极丝和工件之间的工作液部分产生气化，这些气化后的工作液和金属蒸气瞬间迅速热膨胀，并有爆炸的特性。靠这种热膨胀和局部爆炸，抛出熔化和气化的金属材料而实现对工件材料进行电蚀切削加工。

2 快走丝线切割加工的特点

在快走丝线切割加工过程中，工件材料表面因高温而融化，然后急冷，结果就生成了变质层，变质层由熔融再凝固层、再淬火层及再回火层组成。由于腐蚀液几乎不能对熔融再凝固层腐蚀而且成白色，该层与铸造组织类似，且常常产生许多微观裂纹。这种微观裂纹是由于金属从熔化状态突然急冷凝固，材料收缩而产生的拉伸热应力造成的。再凝固层的厚度，因加工条件不同而异，切割速度越快则越厚，而且几乎不受切割加工前热处理状态的影响，所以快走丝线切割加工的加工质量主要受到切割电参数的影响。

3 快走丝线切割电参数的研究

快走丝线切割工艺参数的选择，影响加工质量、切割速度和钼丝的损耗率等。合理使用数控快走丝线切割机床就必须对电参数理解和掌握。影响加工质量明显的电参数主要包括脉冲电流、脉冲宽度、脉冲间隔、走丝速度等，在快走丝线切割加工中，在保证表面质量、加工精度的前提下，尽量提高切割加工效率。

3.1 脉冲电流I

脉冲电源直接决定了切割的厚度和速度，即切割能力，同时脉冲电流影响加工表面质量。快走丝线切割加工表面由大量放电坑堆积而成，放电坑的形状和尺寸决定了表面粗糙度的大小，而放电坑的形成与脉冲电流直接相关。脉冲宽度的大小标志着单个脉冲能量的强弱，因此脉冲电流对加工表面粗糙度的影响最显著。由于粗糙度值的大小取决于放电坑的大小，所以在选择电参数时，脉冲宽度是优先选择，通过减少脉冲宽度来降低放电能量大小，来降低表面粗糙度。

采用苏州长风机床DK7732-E 快走丝快走丝线切割机床，钼丝的直径为？准0.18mm，加工材料为45号钢，乳化液作为加工介质。在加工中选择不同脉宽及电流幅值，结果在脉宽相同的情况下，电流幅值越大，表面粗糙度越大；而在电流幅值相同时，表面粗糙度随脉宽的增加逐渐增大。因为脉冲宽度与放电能量成正比，脉冲宽度越大，每一周期放电时间所占比例就大，切割效率就高，此时加工稳定，但放电间隙大，工件表面粗糙度就差；然而，脉冲宽度小，加工表面质量高，但切割效率低，加工稳定性差；而在一定的放电时间内，电流幅值的提高也将使脉冲能量增大，但这将导致放电坑直径和深度的增加，从而使表面粗糙度增大。可见，随着单个脉冲能量的增大，每次放电的去除量相应增加，加工速度虽然可以得到提高，但是表面粗糙度将随之恶化。因此，对于线切割精加工而言，采用小的脉冲宽度和脉冲电流可获得良好的表面粗糙度。但是，采用过小的脉冲宽度，切割速度会因放电能量小而越慢；脉冲电流太小，将不能产生放电火花，无法正常切割。一般来说，精加工时，脉冲宽度可在20～30μs选择；粗加工时，可以在30～80μs 内选择。加工电流达到短路电流（人为短路）的70%～75%为最佳。

3.2 脉冲间隔（t0）

脉冲间隔对切割速度影响较大，同时影响了切削效率，脉冲间隔越小，单位时间放电加工的次数越多，因而切割速度也越高。同时，电参数选择不合适也是引起断丝的一个重要原因。因此根据工件厚度选择合理的电参数，将脉冲间隔拉开些，有利于熔化金属微粒的排出，更有利于消电离，同时峰值电流和空载电压不宜过高，否则使单个脉冲能量变大，切割速度加快，容易产生集中放电和拉弧，引起断丝。根据工件厚度选择合适的脉冲间隔：脉冲间隔不能太小，否则容易产生短路，也不利于冷却和电蚀物的排出；脉冲间隔过大，将影响表面粗糙度及加工速度。当切割厚度较大的工件时，应尽量选用大脉宽电流，适当加大脉冲间隔，以充分消除放电产物，形成稳定切割。要增强排屑效果，提高切割的稳定性，一般脉冲间隔在15～250μs范围内基本能适应各种加工条件。

3.3 切割速度（V）

走丝速度对切割速度具有一定影响，随着走丝速度的提高，切割速度将明显增加。但是，走丝速度越快引起电极丝较大的振动而使工件表面质量恶化。因此，在保证加工质量的前提下，选择一个合适加工速度的确定合理走丝速度，一般走丝速度在2～15m/s。最佳切割速度范围可参照设备说明选择或试验确定，由于材料的厚薄度，材质不同，熔点高低，热导率大小以及熔化后的表面张力等因素，切割速度也相应的变化。

3.4 加工电压U

一般认为电源正常输出电压即为切割电压。线切割机通常有较高的空载电压和工作电压，当电流一定时，电压的提高意味着切割能力的提高，但是易造成电极丝振动，工件表面粗糙度变差，加工精度有所降低。一般选择原则如下：高度在50mm 以下的工件，加工电压选择在70V；高度在50～150mm 的工件， 加工电压选择在90V；高度在150mm 以上的工件，加工电压选择在110V。根据经验，采用苏州长风机床有限责任公司生产的DK7732-E 快走丝快走丝线切割机床，切割厚度小于35mm的普通钢件时，当电压表指针在75V 左右、电流表指针在（2.0±0.5）A 时， 选定的电参数比较合理，获得的加工质量较高。良好的加工质量与工件材料、切割形状、电参数、工作液等具有密切的关系，在实际的生产中需要结合各种因素，不断调整电参数才能满足各项加工要求。

4 结论

在快走丝线切割加工中，电参数的选择至关重要，它们直接影响加工质量和加工效率的高低，在切割加工中它们又相互影响，所以在操作快走丝机床选择电参数时，必须根据工件材料、电极丝直径、加工质量、加工表面粗糙度和加工效率的要求等条件来选择相应的电参数，从而获得满意的加工结果。

【参考文献】

[1]赵万生.特种加工技术[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]陈洪涛.数控加工工艺与编程[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]张学仁.电火花线切割加工技术工人培训自学教材[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.

[责任编辑：杨玉洁]