基于复合工作液的电火花线切割技术研究（上）

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二、WEDM-HS工......



二、WEDM-HS工艺指标大幅度提高的可行性分析
1、 WEDM-HS放电间隙分析
以往通常认为WEDM-HS单边放电间隙基本在0.01m m左右，这主要是因为采用乳化液为工作介质时切割能量都局限在较小的范围内，并且用普通

量具测量出的放电间隙是个虚值，由于脉冲电源的峰值电流较低，放电通道内金属的蚀除形式以熔化为主，因此放电点周边存在较多的毛刺及

凝固金属液滴(图5)，进一步减少了有效的放电间隙，但如果改用洗涤能力较强的复合工作液，其放电间隙将会提高且随着放电能量的增加，

放电间隙也会大大增宽。
在采用复合工作液时经过测微显微镜直接测量工件表面的切缝宽度可得出在平均加工电流4安培时实际单边放电间隙已超过0.03mm(未考虑切割

面的腰鼓度)，且随着切割能量的继续增加以及工作介质洗涤能力的增强而加大。因此在工作介质洗涤性能较好的情况下WEDM-HS完全可以通过

增加脉冲电源的峰值电流而获得更大的放电间隙[2]甚至获得与WEDMLS相近的放电间隙。因此在保持极间清洁的状态下完全可以采用与WEDM-LS

类似的工作介质高压喷射的方式协同高速运丝所产生的对工作介质的引流作用，并借助工作介质良好的洗涤作用获得极佳的极间冷却效果及对

蚀除产物的冲洗作用，从而获得更高的切割效率及良好的切割表面质量。
2、WEDM-HS电极丝电流承载能力分析
处于高速运行的WEDM-HS电极丝在冷却充分的条件下是完全可以承受平均电流20安培以上的短路电流的(Ф0.18mm)，这只需通过正常运行的电

极丝与工件短路就可得以验证。但目前正常加工条件下一般都采用3.0A以内的平均加工电流进行切割，其根本的原因仍是放电间隙内不确定的

极间冷却状态所致，如果很好地解决了工作介质的洗涤性问题，保证工作介质在放电间隙内获得均匀流动，同时借助具有良好洗涤作用的工作

介质的高压喷射冲洗作用，在电极丝高速运行的条件下，使用同等直径的高速运行的钼丝应具有比低速运行的黄铜丝更好的冷却条件与电流承

载能力，可以采用更大的放电能量进行切割从而获得更高的稳定切割速度。表1为两种走丝加工方式下加工条件对照表。
目前WEDM-LS用镀锌电极丝已经可以达到承受峰值超过700安培或平均值超过45安培的大电流切割的要求[3]，对比表1可以看出当选用了洗涤能

力良好的工作介质并采用高压喷液的冷却方式后，伴随着对WEDM-HS脉冲电源的深入研究，WEDM-HS应该可以获得切割效率及表面质量的显著提

高。
3、电极丝运丝速度分析
WEDM-HS与WEDM-LS的最直接区别体现在走丝速度方面，但在采用洗涤性良好的工作介质后，WEDM-HS的走丝速度是完全可以降低的。WEDM-HS采

用工作介质电极丝带入的方式进行冷却，电极丝的高速运行有助于工作介质的进入与蚀除产物的排出。以往通常认为这种冷却方式的采用主要
电火花线切割工艺指标主要包括切割效率、精度及表面完整性等项目，在切割效率方面目前低速走丝电火花线切割(WEDM-LS)一次切割最高效

率已经可达500m m2/min，中档WEDM-LS实用的一次切割最高效率为150m m2/min左右[1]，而我国独有的高速走丝电火花线切割(WEDMHS)自上世

纪80年代以来实用的一次切割最高效率仍徘徊在60～80 mm2/min，其它工艺指标也与WEDM-LS的相差甚远，差距十分明显。我国的电火花线切

割技术如何发展的问题已成为业内关注的焦点。
一、目前WEDM-HS存在的主要问题及分析WEDM-HS技术存在的主要问题首先是切割效率偏低，由此带来诸如多次切割工艺实用意义不大，导致切
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割精度与表面质量无法大幅度改善等一系列问题；其次切割表面存在黑白交叉条纹也是影响WEDM-HS切割表面宏观质量的一个重要问题。
电火花线切割稳定加工的前提首先必须保证在切割过程中不断丝。断丝的机率主要随着放电能量和切割厚度的增加而加大，即与电极丝在放电

通道内所受到的离子轰击、冷却状态及停留时间密切相关。切割的效率和表面粗糙度也与极间冷却与消电离并恢复绝缘状态有关。目前普遍使

用含有机械油5％左右的乳化液作为工作介质，切割完毕后出现两个现象：首先切割完毕的试件是粘附在基体上的，一般需要用力甚至敲击才
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可以使其与基体脱离；其次切割完毕的试件表面覆盖着胶粘的甚至是粉末状的蚀除产物，需用煤油才能刷洗干净。这主要是伴随着放电通道内

10000°C以上的高温，乳化液将分解生成大量的含碳高分子化合物并与金属蚀除产
物反应生成胶体状或颗粒状物质所致。如图1所示，这些物质粘附在切缝内，并主要在切缝出口部位堆积，严重影响电蚀产物的排除，并阻挡

了新鲜工作介质进入切缝。由于两极间不能保证存在不断更新的工作介质，将直接影响正常放电的延续甚至是在混有大量胶体物质的间隙内进

行放电并产生电弧放电，从而使工件和电极丝表面得不到及时冷却，绝缘状态不正常，造成正常放电比例降低，切割速度降低，工件表面烧伤

，换向条纹严重并使加工质量恶化，同时损伤电极丝的耐用度，严重时引起烧丝。因此选用乳化液作为工作介质对于极间通道内冷却状态的改

善、消电离并恢复绝缘状态均有较大的影响，甚至粘稠状产物反而会对电极丝起到“保温”作用，并且工件愈高，运丝速度愈慢，电极丝在加

工区域停留时间将愈长，断丝的机率自然就会增加。而乳化液在极间放电时将分解成胶体或颗粒状物质是一种必然的现象，所以使用乳化液必

然会大大限制切割工艺指标的提高。极间冷却状态恶化其最直接的结果将导致WEDM-HS必须以十分保守的放电能量换取不断丝的加工状况。目

前使用乳化液为工作介质时一般平均切割电流都在3A以内，在这种放电能量条件下是不可能获得较高切割效率的。