浅谈电火花线切割加工

浅谈电火花线切割加工摘要：近年来，随着我国机械制造业水平的不断提高和产品加工精度的需要，先进的机械制造技术的应用也就快速发展起来。电火花切割加工技术是模具加工工艺领域中的一种关键技术。在众多工业产品的生产过程中，都用到了电火花切割机床，如飞机制造、汽车模具制造、手机零部件的生产等，因此电火花机床的研究与改进是我国国内市场的需要，也能为我国的工业的发展起一定的作用。本文主要论述了关键字：现代机械制造技术电火花切割发展趋势Abstract:Inrecentyears,withthecontinuousimprovementofmachinerymanufacturingandtheneedforprecisionprocessing,advancedmachinerymanufacturingtechnologyalsomatterofcourse.WirecutElectricalDischargeMachiningtechnologyinthefieldofmouldprocessingtechnologyisakeytechnology.Inmanyindustrialproductionprocess,bothusethencedmcuttingmachine,suchasaircraftmanufacturing,automouldmanufacturing,mobilephonecomponentsproduction,soedmresearchandimprovementisChina'sdomesticmarketneeds,butalsoforthedevelopmentofourcountry'sindustryplaysarole.Inthispaper,EDMwirecuttingtechnologyanditsapplicationanddevelopmenttrends.Keywords:Mechanicalmanufacturingtechnology,EDMwirecuttingDevelopmenttrends电火花线切割加工技术作为一种特种加工技术,具有许多传统加工所不具有的优点以及良好的发展前景。其中主要的原因是电火花线切割加工方法几乎可加工具有任何硬度的导电金属材料,且加工过程中不受宏观力的作用,从而可保证较好的加工精度与表面质量。一、电火花线切割的原理电火花线切割机（WirecutElectricalDischargeMachining简称WEDM），属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。工作原理是自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道。在这个阶段，两板间形成电流。导致粒子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到8000到12000度的高温，在两导体表面瞬间熔化一些材料，同时，由于电极和电介液的汽化，形成一个气泡，并且它的压力规则上升直到非常高。然后电流中断，温度突然降低，引起气泡内向爆炸，产生的动力把溶化的物质抛出弹坑，然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体，并被电介液排走。然后通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。二、线切割加工的特点1、它以0.03～0.35mm的金属线为电极工具，不需要制造特定形状的电极。2、虽然加工的对象主要是平面形状，但是除了有金属丝直径决定的内侧脚的最小直径R（金属线半径+放电间隙）这样的限制外，任何的限制外，任何复杂的开头都可以加工。3、轮廓加工所需加工的余量少，能有效地节约贵重的材料。4、可无视电极丝损耗（高速走丝切割采用低损耗脉冲电源；慢速走丝线切割采用单向连续供丝，在加工区总是保持新电极丝加工），加工精度高5、依靠微型计算机控制电极丝轨迹和间隙补偿功能，同时加工凹凸两种模具时，间隙可任意调节。6、采用乳化液或去离水的工作液，不必担心发生火灾，可以昼夜无人连续加工。7、无论被加工工件的硬度如何，只要是导体或半导体的材料都能实现加工。8、任何复杂开头的零件，只要能编制加工程序就可以进行加工，因而很适合小批零件和试制品的生产加工，加工周期短，应用灵活。9、采用四轴联动，可加工上，下面异形体，形状扭曲曲面体，变锥度和球形等零件。三、线切割加工的加工条件及应用范围1、线切割加工的加工条件电火花线切割加工能正常运行，必须具备下列条件：(1)钼丝与工件的被加工表面之间必须保持一定间隙，间隙的宽度由工作电压、加工量等加工条件而定。(2)电火花线切割机床加工时，必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化油、去离子水等，要求教高绝缘性是为了利于产生脉冲性的火花放电，液体介质还有排除间隙内电蚀产物和冷却电极作用。钼丝和工件被加工表面之间保持一定间隙，如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，则不能产生电火花放电；如果间隙过小，则容易形成短路连接，也不能产生电火花放电。3.必须采用脉冲电源，即火花放电必须是脉冲性、间歇性，图1中ti为脉冲宽度、to为脉冲间隔、tp为脉冲周期。在脉冲间隔内，使间隙介质消除电离，使下一个脉冲能在两极间击穿放电。2、线切割加工的应用范围线切割加工为新产品试制、精密零件加工及模具制造开辟了一条新的工艺途径，主要适用于以下几个方面。（1）加工电火花形成加工用的电极，一般穿孔加工用的电极以及带锥度型腔加工用的电极，以及铜钨、银钨合金之类的电极材料，用线切割加工特别经济，同时也适用于加工微细复杂形状的电极。（2）加工零件，在试制新产品时，用线切割早坯料上直接割出零件，例如试制切割特殊微电机硅钢片定转子铁心，由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期、降低成本。另外修改设计、变更加工程序比较方便，加工薄件时还可以多个一起加工。在零件制造方面，可用于加工品种多，数量少的零件，特殊难加工材料的零件，材料试验样件，各种孔、型面、特殊齿轮、凸轮、样板、成型刀具。有些具体的锥度切割的线切割机床，可以加工出上下异形面的零件。同事还可以进行细微加工，异形槽和标准缺陷的加工等。（3)加工模具，试用于各种形状的冲模。调整不同的间隙补偿量，只需要一次编程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。模具配合间隙、加工精度通常都能达到0.01~0.01mm（快走丝机）和0.002~0.005mm（慢走丝机）的要求。此外，还可以加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、压塑模等，也可以加工带锥度的模具。四、电火花线切割机床根据电极丝的运行速度不同，通常分为两类：一类是高速走丝电火花线切割机床（WEDM-HS），其电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～10m/s，电极丝可重复使用，加工速度较高，但快速走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式；另一类是低速走丝电火花线切割机床（WEDM-LS），其电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s，电极丝放电后不再使用，工作平稳、均匀、抖动小、加工质量较好，但加工速度较低，是国外生产和使用的主要机种。与低速走丝电火花线切割加工技术相比，高速走丝电火花线切割加工技术发展缓慢，加工品质较差。对此国内的研究所，生产企业等早在十多年前就纷纷研究生产低速走丝电火花线切割机。经过多年努力，近两年有所突破。国内低速走丝线切割机床的年市场量已从2000年的300台左右上升到2002年700台左右，随着模具行业的迅速发展和水平不断提高，精密零件的加工需求增加，低速走丝线切割机床及使用耗材价格迅速下降，加之人们对低速走丝线切割加工认识的逐步深入，预计低速走丝线切割机的年销量将不断扩大，国产低速走丝线切割机的占有率也将进一步上升，并且有望出口国际市场。图2高速走丝电火花线切割机床图3低速走丝电火花线切割机床五、电火花线切割机床未来发展的展望1、机床品种多样化、年产量稳步增长多年来,我国生产的数控电火花线切割机一直是单一的高速走丝线切割机。近几年来,为了满足市场需要,又开发生产了自旋式电火花线切割机、走丝速度可调的电火花线切割机(含高低双速走丝电火花线切割机)以及低速走丝电火花线切割机等。机床品种的多样化可以满足用户的需要,扩大数控电火花线切割加工的应用范围。高速走丝电火花线切割机是我国当前发展的主要产品,广大科技工作者为了进一步提高它的工艺性能及自动化程度做了大量开发研究工作,并开发生产了2000mm×1200mm×500mm及1000mm×630mm×1000mm等超大型高速走丝电火花线切割机床,扩大了它的应用范围,满足了用户的各种需要,使其年产量稳步增长,至今已达12000台/年,并有约300台/年出口到世界各国。低速走丝电火花线切割机过去曾是“出口机”的代名词,现在已有苏州沙迪克三光机电有限公司、北京阿奇工业电子有限公司、苏州电加工机床研究所、汉川机床厂等多家制造厂商自行开发生产,年产量达300多台。这些机床性能好,价格不到进口机的一半,深受国内用户的欢迎。自旋式电火花线切割机和走丝速度可调的电火花线切割机目前虽处在开发和完善阶段,产量也不大,但开发思想都是企图借鉴高速走丝和低速走丝二者的优点来创造一种新型的电火花线切割方法。它的成功不仅能为我国的电火花线切割机增加一个新品种,并以它性能价格比好以及加工消耗低的特点找到它自身的应用范围,而且为高速走丝的电火花线切割机的多次切割工艺奠定基础。2、高速走丝系统日趋完善高速走丝有助于工作液进入窄小的加工区,改善排屑条件,这对于切割大厚度工件以及提高切割速度都是很有作用的;同时,电极丝的往返运动可使电极丝重复使用,减少电极丝的消耗,降低切割加工的生产成本。然而,高速走丝也会造成导向器(导轮、导向块等)的磨损和系统的振动,加上电极丝的张力不易控制,它将给加工稳定性、加工精度及表面质量带来严重影响。为了解决高速走丝所存在的问题,完善高速系统,广大科技工作者已做了大量的开发研究工作,并获得了明显的效果。上海大量电子设备有限公司已于1999年开发生产了数字程序控制短程往返走丝系统,根据加工条件设定正向移动和反向移动的时间,以消除高速走丝的换向切割条纹,改善加工表面质量。为了提高丝架的刚性,南昌江南电子仪器厂开发了龙门式丝架,非常适合于大中型电火花线发割机，且锥度切割不受偏移量限制。苏州沙迪克三光机电有限公司开发生产的锥度切割装置可以稳定切割72°的锥形零件,而苏州金马机械电子公司的DK7740B机床能在200mm厚的工件作30°锥度的切割,表明近几年来我国高速走丝WEDM机床的加工范围有了较大发展。3、电火花线切割技术的发展趋势高速走丝线切割机床是中国独创的机床,它自20世纪60年代以来经过30多年的不断发展和完善,现已成为模具加工不可缺少的装备,也是中国模具生产企业中装备数量最多的电火花加工机床。目前它的切割速度有的已超过250mm/min,加工精度达到±0.01mm,工件表面粗糙度为Ra1.25μm,因而可以在较低的价位上满足一般模具的加工需要。但随着模具制造的要求越来越高,它就面临相当严峻的形势。今后高速走丝切割机床的发展策略应该是扬长避短,以发展中低档机床为主,使机床向适当的加工精度、良好的加工稳定性和容易操作及优良的性能价格比的方向发展。为此,高速走丝线切割机床应在基于PC的开放式数控系统、数字自适应脉冲电源、加工参数的优化及自动选取、人工智能技术的运用、机床的整体结构等方面不断改进来提高机床的整体加工性能。电火花线切割加工技术的发展与其相关技术的发展紧密结合。而且,未来电火花线切割加工技术的进步,必将围绕着满足更高的生产效率、更高的加工精度及更高效的生产组织形式而发展。电火花线切割加工技术作为制造业中一种重要的生产方式,必将在未来的生产领域中发挥更加重要的作用。此外,电火花线切割加工技术的应用范围也将不断得到拓展,在更多的生产领域发挥重要的作用。六、总结总之，加快低速走