浅谈线切割机床中走丝与慢走丝

王克通　赵鹏鹏　肖 磊

摘 要：近年来，随着我国经济的快速发展，工业技术不断进步，人们要不断研发和革新数控加工技术，而线切割加工技术是机床加工领域的一种关键技术。线切割数控机床是加工精密零件和形状复杂的金属模具的专用机床，适宜作为模具加工的最后一道工序，可以加工硬度较高的金属材料，使其保持良好的切割状态。

关键词：数控加工技术;线切割;加工硬度

中图分类号：TG48 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）35-0062-03

Discussion on Wire Walking and Wire Cut in WEDM

WANG Ketong ZHAO Pengpeng XIAO Lei

（Henan Key Laboratory of Medical Polymer Materials Technology and Application， Henan Tuoren Research Institute of Medical Devices Co.， Ltd.，Changyuan Henan 453400）

Abstract： In recent years， with the rapid development of China's economy and the continuous advancement of industrial technology， people must continue to develop and innovate CNC machining technology. Wire cutting machining technology is a key technology in the field of machine tool processing. Wire cutting CNC machine tool is a special machine tool for processing precision parts and metal molds with complex shapes， which is suitable as the last process of mold processing，and can process metal materials with high hardness to maintain a good cutting state.

Keywords： NC machining technology;wire cutting;processing hardness

线切割加工技术是机床加工领域的一种关键技术，而中走丝和慢走丝是线切割机床常用的两种加工工艺，本文重点对中走丝和慢走丝进行比较分析。线切割机床加工原理如图1所示。

图1 线切割机床加工原理

1 线切割机床——中走丝

1.1 中走丝概述

中走丝是指复合走丝线割机床，并非走丝速度介于高低速之间。它以往复多次切割为前提，减少切割作业过程中材料变形和钼丝损耗所带来的误差，工件质量的标准可利用运丝速度进行调整，介于高速与慢速运丝之间[1]。粗加工一般采用高速走丝（8～13mm/s），第一次切割高速稳定，采用高电流，以较大的脉宽进行大电流切割。修切加工采用低速运丝（1～3mm/s），工作状态走丝平稳，上下眼膜可控制运丝的抖动。切割精度较高，保证工件精度，尺寸及表面粗糙度（[Ra]为1.4～1.7μm）。多次修切，主要的目的是抛磨修光。在加工过程中，切割还需要注意，工件变形、吃刀量大小不均都可能影响质量及精度。根据不同的材料预留加工量，使其内应力扭曲变形，在多次修割中进行精加工，使工件的尺寸得到保障[2]。

1.2 中走丝线切割加工条件

1.2.1 火花的间隙与切割速度的关系。在日常加工中，切割速度的快与慢决定着火花间隙的大小。切割速度不能超过腐蚀速度，如超过，将会产生短路现象。其间需要保持一定的切割电流，从而保持间隙大小一致。切割速度匀速才能保证工件的要求尺寸。

1.2.2 火花间隙与冷却液的关系。加工作业期间会不断产生大量废屑及微型颗粒物，而冷却液的主要作用是排屑和消除电离子的不同，决定着电火花的间隙大小，尤其是在加工高精度工件时，必须将火花间隙和间隙补偿量考虑在内。

1.2.3 工件材料。工件的材料选择变形量小、屈服极高的材料，如有热处理淬、回火，应选择正确的工艺参数，冷却要均匀，尽量消除热处理中产生的残余应力。

1.3 中走丝加工的应用

目前，中走丝加工工艺的应用范围较广，包括：各种冲模;微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件;样板和成型刀具;冶金模、型腔模、拉丝模和成型模[3]。它可以加工硬质材料、切割薄片和金属材料，也可以加工内外齿轮，适合于多品种零件、小批量的加工。

2 线切割机床——慢走丝

2.1 慢走丝概述

慢走丝是线切割的一种，可以加工所有导电材料（如金属材料、硬质合金、碳化物和石墨等）。放电加工期间，火花发生器产生火花，其后，在一定的时间间段内，加工时火花与工件产生连续的凹坑。火花产生的温度为8 000～12 000℃。火花发生器释放的能量决定凹坑的尺寸。慢走丝适合用于加工形状复杂和精密细小的工件。

在慢走丝机床加工中，电极丝运转方式为低速单向运动，根据工件要求标准的不同，电极丝运转速度也需要不断调整。一般来说，走丝速度为0.2mm/s，表面精确度可达微米级，质量效果接近磨削水平。在慢走丝机床中，电极丝为一次性使用，其目的是工作状态实时保持平稳、走丝均匀，避免产生抖动，加工后的工件質量效果良好[4]。慢走丝切割机床采用持续供丝的方式，机床加工期间，电极丝放电后发生损耗，可给予持续补充。

2.2 切割精度

2.2.1 多次切割技术。修切技术是提高加工精度及表面质量的根本手段。它是一门涉及制造技术、数控技术、智能化技术、脉冲电源技术、精密传动及控制技术的综合应用技术[5]。第一次切割的主要目的是将零件成形，第二次切割的主要目的是提高零件的精确度，第三次（或三次以上）切割的主要目的是提高工件的表面粗糙度。根据工件要求的精度及表面粗糙度，合理选择切割刀数，切割刀数较高，通常为7～9刀。实施少量多次切割，第一次为粗切割，放电参数大，主要目的是把零件切开。把金属材料大部分去除，第二次为修切，放电参数减小，轨迹分阶段缩小，加工次数越多，工件表面质量越好。切割期间，零件表面轮廓变化曲线如图2所示，其中，粗糙度[Ra]为轮廓算数平均偏差，粗糙度[Rz]为轮廓最大高度。割一修三轮廓线如图3所示，切割工件实际图如图4所示。

2.2.2 拐角策略。在某些工件作业过程中，切割拐角时，电极丝走丝停歇会造成角部塌陷。为了提高切割精度，避免此类问题，人们需要采取更多的拐角策略，如改变走丝路经、沟槽清角、内圆清角、V形清角，避免走丝停歇造成角部塌陷。

图2 零件表面轮廓变化曲线

图3 割一修三轮廓线

图4 切割工件实际图

2.2.3 水平垂直状态。工件与电极丝处于水平垂直状态，上喷水嘴和下喷水嘴与工件处于贴面加工，间隙为0.1mm，上下水冲液能起到很好的排碳及冷却作用，从而提升加工效率。

2.3 机床的主要部分

慢走丝的加工设备主要由机身、工作台、走丝机构、丝杠、工作液循环制冷系统、伺服马达和离子感应器等几部分组成。

2.3.1 机身。机身是机床的基础体，是安装其他部件、机床内部的电机电器的内部放置，是一种外观箱式结构，包括机身导轨。

2.3.2 工作台。工作台用来装夹工件，装夹冶具。它由导轨、丝杠、电机传送机构组成，丝杠采取螺旋方式位移。

2.3.3 走丝机构。走丝机构主要由运丝轮和运丝电机组成，包括陶瓷轮、张力轮等其他机构形成的单向走丝。

2.3.4 工作液循环系统。该系统用于过滤水质，去离子水要达到工作液循环加工要求。水槽是工作液的存储处，有脏水槽、净水槽;离子感应器用于电阻率测量，测量流入树脂桶的离子值。树脂桶是存放树脂的容器，树脂是石油中的提取物，用于去离子，更好地过滤水质。

2.4 中走丝与慢走丝的区别及优缺点

中走丝属于往复高速走丝电火花线切割机床范畴，以持续运转的钼丝（称为电极丝）作为电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属，通过多次切割减少误差，直至切割成型。其工件质量介于高速走丝和慢速走丝之间，故而称为中走丝，中走丝是快走丝的升级产品，所以也可以叫作能多次切割的快走丝。它的加工速度接近于快走丝，而加工质量趋于慢走丝。走丝速度为1～12m/s，可以根据需要进行调节。

慢走丝以持续运转的铜丝（称为电极丝）作为电极，一般以低于0.2m/s的运转速度进行单向运动，使电极与工件处于脱离子水的环境中进行脉冲火花放电，加工中产生的高温会使脱离子水逐渐消耗。慢走丝用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，一般走丝速度低于0.2m/s，精确度达0.001mm。切一修三后，粗糙度[Ra]可达到0.8μm，切一修四后粗糙度[Ra]可达到0.33μm，表面粗糙度质量接近磨削水平。电极丝作为一次性使用，工作状态平稳，走丝均匀，电极丝抖动小，加工质量较好。慢走丝采用先进的电源技术，实现了高速加工，最大加工速度可达350mm/min。

3 结语

线切割机床加工精度高、功能强，但加工成本高。如果要充分发挥机床的作用，创造好的经济效益，就必须对工件进行合理的加工工艺分析和技术性能分析，充分了解机床的结构性能，熟练掌握机床的操作技能，最大限度地发挥机床的潜力，提高生产效率。

参考文献：

[1]李强弟.往复走丝电火花线切割加工建模与丝张力控制优化研究[D].青岛：青岛理工大学，2017.

[2]杨三强.往复走丝线切割多次切割技术与工艺的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014.

[3]肖伟杰.高速走丝电火花线切割工艺仿真系统的研究[D].杭州：浙江大学，2016.

[4]周晖.数控电火花加工工艺与技巧[M].北京：化学工业出版社，2016.

[5]李明辉，楊晓欣.数控电火花线切割加工工艺及应用[M].北京：国防工业出版社，2015.