基于复合工作液的电火花线切割技术研究（下）

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图10走丝速度与切割......



图10 走丝速度与切割效率关系图
但对于使用复合工作液而言在实际切割过程中，运丝速度实际上可以大大降低(试验条件：切割厚度30mm，材料：Cr12淬火见图10)，在走丝速

度为5m/s以上条件下，切割效率基本不变。因此选用复合工作液切割时，运丝速度将可以大幅度降低，由此可以提高传动导轮、轴承和电极丝

导丝器的使用寿命，提高运丝系统的精度和保持性。如果喷液的条件进一步改善，丝速应还可以进一步降低。
三、基于复合工作液的电火花线切割技术发展方式探讨
1、高效率切割WEDM-HS采用复合工作液改善了极间的洗涤状态后，还可以通过脉冲电源的改进提高放电间隙，从而进一步改善极间的洗涤状态

，适合更高切割能量进行高效率切割的需求。表2为某厂改进后的WEDM-HS(机床加装了导丝器和恒张力装置)脉冲电源改进前后在同样使用复合

工作液条件下切割情况对比表。
切割完毕后工件表面的微观形貌如图11、12所示，由上述的图、表发现，在采用普通矩形波脉冲电源时，放电间隙较窄，在6.5A大能量加工时

将产生加工不稳定现象，短路和电弧放电的脉冲增多，此时虽然平均加工电流增大，但有效的放电脉冲并没有增加反而可能降低，因此在这种

情况下切割电流继续增加，加工速度基本不变，但断丝的机率会增加。而当采用了高低压复合脉冲电源后由于单边放电间隙增加了接近0.01mm
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，从而改善了极间的洗涤状况，使切割电流到6.5安培后仍可以保持稳定加工的状态，电流还可以继续增加，同时通过高压的引弧作用增加了

脉冲的击穿机率，提高了切割效率。
图11 普通矩形波电源6A切割表面形貌
图12 高低压复合脉冲电源6A切割表面形貌
对于WEDM-HS，电极丝的损耗也是一项很重要的指标，要降低电极丝的损耗首先必须减少放电过程中离子对电极丝的轰击作用，并使电极丝尽
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量减少对放电能量的吸收，这就需要电极丝表面能够快速汽化，使电极丝表面在得到冷却的同时把热能释放回放电通道内，形成汽化压力，从

而提高对蚀除产物的排除能力，因此只有保持极间均匀冷却作用才可使得工作介质在电极丝表面形成一层吸附膜，类似“防弹衣”的作用(如

图4示)，以减缓正离子对电极丝的轰击作用，同时通过工作介质自身的挥发带走大量的热量，以降低电极丝的损耗并提高电极丝的耐用度。而

对于不能保证极间均匀冷却的切割情况，电极丝在通过放电间隙的同时也是蚀除产物将电极丝表层附着的工作介质保护膜抹干的过程，当切割

工件较厚时，电极丝在工件出口处的相当长距离内将处于基本无工作介质保护膜状态(如图1所示)，并且是在冷却条件极为恶劣的条件下进行

放电，这样电极丝的损耗自然就会增加，同时断丝的机率也会大大增大。这也就是采用高低压复合波后因为放电间隙加大，在同样能量切割时

其丝损耗仍然较低，且同时还可以维持较高切割效率的原因。
W EDM-HS除了针对于普通金属材料的高效率切割应用外其研究领域还应拓展到超高厚度切割、特种材料切割(磁钢、聚晶金刚石、航空材料如

铝，镁，钛合金等软性金属材料、半导体硅片材料等)等方面。
2、“中走丝”电火花线切割自本世纪初国内有数家WEDMHS生产企业通过对WEDM-HS机床的改造，实现了在W EDM-HS上的多次切割加工(在国内

该类机床被俗称为“中走丝”)。较大地提高了WEDM-HS的工艺水平，且由于该类机床具有较高的性价比而逐步被广大的中小企业用户所接受，

对于“中走丝”而言，使用过程中的运行成本并未增加，但切割的工艺指标尤其是切割表面粗糙度却有较大幅度降低。
一组多次切割的典型加工参数如表3所示，一次切割及四次切割后工件表面显微照片如图13、14所示。但该类机床的切割精度仍比WEDM-LS存在

较大差距，且精度的保持性也需要进一步提高。究其原因在于：“中走丝”机床虽然对现有的WEDMHS运丝系统进行了改进，但其基本结构仍然

没有质的变化；由于电极丝的反复使用，在切割过程中必然存在电极丝的损耗，从而影响放电间隙并最终降低了切割精度；此外有关理论修正

量与实际修正量的差异与规律及WEDM-HS的放电机理等问题还有待于进一步探索。
图13 一次切割表面(×400)
图14 四次切割表面(×400)
3 、基于复合工作液的WEDM-LS机床
当采用洗涤性良好的复合工作介质后，由WEDM-HS加工后工件
放电间隙及丝速降低后对切割效率产生的影响分析，自然会想到如果采用复合工作液；采用黄铜丝作为工具电极；用低速走丝的运丝方式；采

用改进的脉冲电源(所谓改进其中一个主要方面是增加峰值电流，增大放电间隙)；采用强迫冲液方式应该就会具备WEDM-LS加工的基本条件，

也就是说可以生产出具有中国特色的采用复合工作液作为放电介质的经济型W EDM-LS。从目前所做的一些基础研究来分析，该研究思路应该是

可行的。目前国内能够进行WEDM-LS机械部分生产的厂家有不少，具有较好的生产基础。但在研制的过程中同样会面临着一些新的难题有待于

进一步研究。
4、双运丝系统精密电火花线切割机床
该方案是在目前“中走丝”线切割机床的平台上，增加一套低速运丝系统如图15所示，利用WEDM-LS运丝系统可以保持较高的电极丝空间位置

精度及稳定性，在精加工时用低速运丝系统进行一次或多次切割，从而达到较好的表面质量和切割精度目的。而对于切割厚度较高的工件如果

加工要求不是很高，仍用高速走丝或“中走丝”方案进行切割，维持较高的切割效率和一般的切割精度，其切割方案及预期效果如表4所示。
1、机床床身 2、X轴拖板 3、Y轴拖板 4、下导轮 5、上下导丝器 6、上导轮 7、高度调节升降机构 8、上线臂 9、过渡轮 10、恒张力机构

11、立柱 12、黄铜丝盘 13、钼丝 14、运丝筒 15、黄铜丝收丝过轮 16、运丝机构换向控制开关 17、黄铜丝18、废黄铜丝收丝机构 19、废

丝箱 20、下线臂21、回液管 22、过滤装置 23、复合工作液 24、高压泵 25、系统驱动模块 26、高频电源模块 27、计算机控制系统 28、喷

液系统
图15 双运丝系统精密电火花线切割机床结构示意图