線切割加工中電極絲的選用及斷絲分析

王冬梅 黃 蓓

（商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，河南 商丘476000）

線切割加工中電極絲的選用及斷絲分析

王冬梅 黃 蓓

（商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，河南 商丘476000）

電火花線切割是精密與特種加工重要組成部分，影響線切割加工的因素很多，而切割效率和切割質(zhì)量與線切割加工中電極絲的性能緊密相關(guān)。本文對電火花線切割加工中電極絲的性能、選用，以及加工中斷絲的原因、預(yù)防進(jìn)行分析，從而提高電火花線切割效率和加工質(zhì)量。

電火花線切割；電極絲；選用；斷絲

0 前言

電火花線切割（WEDM）是精密與特種加工重要組成部分，用高硬度高熔點導(dǎo)電材料加工形狀繁雜工件時，電火花線切割往往是最佳選擇，有時也是唯一選擇。而線切割技術(shù)的發(fā)展，離不開電極絲技術(shù)的同步發(fā)展。線切割機(jī)的切割效率和切割質(zhì)量與電極絲的性能緊密相關(guān)，

電極絲技術(shù)的突破往往會導(dǎo)致線切割機(jī)設(shè)計的革新。因此，電極絲的選用及斷絲故障分析顯得尤為重要。

1 線切割加工中電極絲的選用

線切割加工從加工材料、切割速度、輪廓精度、表面質(zhì)量到工廠的運(yùn)行模式等方面都相互作用，只有選擇合適的電極絲才能使工廠對加工效率、加工成本和加工質(zhì)量整體進(jìn)行優(yōu)化。

1.1 電極絲的性能

高性能的電極絲必須是各種有用特性的有機(jī)組合。電極絲要能承受峰值超過700A或平均值超過45A的大切割電流，而且能量的傳輸必須非常有效。電極絲要有較好的拉伸強(qiáng)度和延伸率。高效率高精度的線切割機(jī)要求電極絲具有誤差極小的幾何特性。并且電極絲具有低熔點和高氣化壓力的熱物理特性可以幫助把廢渣吹離。

1.2 電極絲的種類與應(yīng)用

1.2.1 黃銅絲

黃銅是紫銅與鋅的合金，最常見的配比是65%的紫銅和35%的鋅。理論上鋅的比例越高越好，但在實際制造過程中，鋅的配比超過40%時，電極絲的α單相結(jié)晶結(jié)構(gòu)變成了α和β雙相結(jié)晶結(jié)構(gòu)，致使材料變得太脆而不適合把它拉成直徑很小的細(xì)絲。普通黃銅絲的拉伸強(qiáng)度在490～900N/mm2之間。但黃銅絲存在以下缺點：加工速度無法提高；表面質(zhì)量不佳；加工精度不高，特別是在加工較厚的工件時，由于沖洗性不好，會產(chǎn)生較大的直線度誤差。

黃銅絲主要應(yīng)用在加工量不足、對加工精度特別是表面質(zhì)量要求不高的場合，或者是以小尺寸、薄厚度為生產(chǎn) 、工件材料硬度不高或厚度不超過80～100mm的場合。同時，市場上出現(xiàn)了一些性價比優(yōu)越的新型黃銅絲如超凈型黃銅絲、超硬型黃銅絲、高速型黃銅絲。

1.2.2 鍍層電極絲

在黃銅絲外面再加一層鋅，產(chǎn)生了鍍鋅電極絲。其主要優(yōu)點：切割速度高，不易斷絲；加工工件的表面質(zhì)量好，無積銅，變質(zhì)層得到改善；加工精度提高，特別是尖角部位的形狀誤差、厚工件的直線度誤差等均比黃銅絲有所改善。導(dǎo)絲咀等部件的損耗減小，不容易堵塞導(dǎo)絲咀，污染相關(guān)部件。

鍍層電極絲的芯材主要有黃銅、紫銅和鋼。鍍層的材料則有鋅、紫銅、銅鋅合金和銀。目前市場上比較成熟的鍍層電極絲主要有普通鍍鋅電極絲、高精度加工用鍍鋅電極絲、高速度加工用鍍層電極絲、高難度加工用鍍層電極絲、超精密加工用電極絲。

2 線切割斷絲分析

斷絲是線切割加工中經(jīng)常出現(xiàn)的故障之一，它不但影響加工效率同時也破壞了加工面的完整性和光潔度，也使得線切割無人操作變得很困難。線切割斷絲的原因是多方面的，現(xiàn)分析如下。

2.1 設(shè)備方面

脈沖電源是線切割機(jī)床的主要設(shè)備之一，其電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)直接影響電極絲的使用壽命。脈沖間隔減小時平均電流增大，切割速度加快，但脈沖間隔不能過小，以免引起電弧和斷絲。峰值電流是決定單脈沖能量的主要因素之一，也是引起斷絲的主要原因之一，其值增大，切割速度提高，工件表面粗糙變差，電極絲損耗量明顯增大，甚至斷絲。開路電壓會引起放電峰值電流和電加工間隙的改變，開路電壓提高，加工間隔增大，排屑變易，提高了切割速度和加工穩(wěn)定性，但易造成電極絲振動，影響加工精度，使電極絲損耗量加大，變細(xì)或斷絲。根據(jù)以上分析，脈沖電源應(yīng)具有使電極絲低損耗的性能。經(jīng)研究表明，減少放電電源的上升率可降低電極絲的損耗，不但有利于提高加工精度，而且可延長電極絲的使用壽命，這對快速走絲線切割加工尤為重要。此外，在矩形波電源放電主回路中串入一定值的電感，可獲得前后沿緩波形，并能減少電極絲的損耗。

如果振動所引起的偏差值超過電極絲的彈性極限就會引起斷絲。此外還要求有均衡平穩(wěn)的走絲機(jī)構(gòu)。因此，提高整個走絲機(jī)構(gòu)的制造質(zhì)量，有利于減少電極絲的振動，延長電極絲的使用壽命。

加工時若工作液隨電極絲的運(yùn)動而在入口處飛濺，進(jìn)入不到切縫中，電極絲無法得到充分冷卻，極易因電極絲燒損而引起斷絲。所以機(jī)床的冷卻系統(tǒng)必須完善，冷卻必須充分。

2.2 工藝方面

2.2.1 走絲速度

走絲速度的高低直接影響電極絲在加工區(qū)的逗留時間和放電次數(shù)，從而影響電極絲的損耗。通常高速走絲有利于冷卻和潤滑，而低速走絲有利于減少因電極絲損耗對加工精度的影響。尤其是加工厚件，由于電極絲的損耗，會使加工面產(chǎn)生錐度。一般情況下，走絲速度可根據(jù)工件厚度和切割速度確定。

2.2.2 進(jìn)給速度

如果預(yù)置進(jìn)給速度調(diào)得太快，會出現(xiàn)頻繁短路現(xiàn)象，切割速度反而降低，工件上、下端面切割縫呈焦黃色，甚至可能引起斷絲。反之過慢，則大大落后于工件的蝕除速度，極間將偏于開路，會時而開路時而短路，容易引起斷絲。理想的線切割加工狀態(tài)應(yīng)當(dāng)是進(jìn)給速度跟蹤其走絲速度。過跟蹤和欠跟蹤都是造成加工不穩(wěn)定的主要因素，容易引起斷絲。因此，要求提高進(jìn)給控制系統(tǒng)的跟蹤自控制性能，以及人工調(diào)節(jié)較佳的進(jìn)給量。

2.2.3 工作液性能

工作液濃度不合理、沖刷不足、不夠或者堵塞造成無切削液加工，這些都會造成斷絲。所以工作液應(yīng)具有較好的洗滌和冷卻性能以及加工穩(wěn)定性，還有一定的絕緣強(qiáng)度，以保證脈沖放電過程順利進(jìn)行，并應(yīng)有減少脈沖能量損耗和改善電極絲損耗的性能。

2.3 其他方面

電極絲在安裝前要檢查保存是否規(guī)范，即使是已開封剩下的也應(yīng)該封閉保存，無斑點。如在存儲時電極絲有受潮、氧化、暴曬等情況會變脆而易斷。

在正式切割加工之前，需先進(jìn)行試切割。一般試切割的進(jìn)給速度為正式切割速度的80%～90%，以防止短路和斷絲。

線切割剛開始時要特別謹(jǐn)慎，否則容易引起斷絲。當(dāng)從工件端面開始加工，由于此時工作液供給條件較差，放電的反彈力大，放電不穩(wěn)定，容易造成斷絲。在放電部分會產(chǎn)生紅色火花，放電聲音大，聲音不連續(xù)，加工時電壓表、電流表指針擺動大。遇到這種情況，需及時減小電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)，降低進(jìn)給速度，在切入部分，可用膠帶粘貼起來，或者用磁性材料的V型槽吸附在工件上。

送絲機(jī)構(gòu)傳動部分的精度高低直接影響走絲質(zhì)量。

在機(jī)床上設(shè)置斷絲保護(hù)裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，安裝方便，幾乎不改動原機(jī)床電路。工作人員要測量斷絲保護(hù)開關(guān)是否開啟，要使斷絲保護(hù)開關(guān)處于常開狀態(tài)。

3 結(jié)束語

從線切割設(shè)備、工藝及其他方面考慮，合理選用生產(chǎn)要求的高效電極絲。在生產(chǎn)實踐中，采用適當(dāng)?shù)牟僮鞣椒?，保證線切割加工過程處于穩(wěn)定狀態(tài)，有效地延長電極絲的使用壽命，從而有效地提高電火花線切割效率和加工質(zhì)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］張忠偉.線切割加工中電極絲的選用[J].交通科技與經(jīng)濟(jì),2007,2：74-75.

［3］郭勝,劉良瑞,康曉勇,等.電火花線切割加工中電極絲的安裝[J].電加工與模具,2011年增刊：59-61.

［4］楊紅義,潘靜,楊紅梅.線切割加工中電極絲振動現(xiàn)象的研究[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2010,6：22-23.

［5］王萬新,付盈盈.電火花線切割機(jī)床斷絲原因分析[J].設(shè)備管理與維修,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，碩士，助教，主要從事機(jī)械研究。

楊揚(yáng)］