电火花线切割加工方法的研究江苏迅达电磁线有限公司目录第一章电火花线切割加工机理1.1脉冲电源1.2机械系统1.3断丝机理1.4加工控制第二章电火花线切割加工质量2.1电火花线切割加工精度2.2工艺参数对加工精度的影响第一章 电火花线切割加工机理1.1 脉冲电源电火花线切割的加工用的脉冲电源的作用是把工频交流电源转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给电极放点间隙所需要的能量来蚀除金属。

脉冲电源对电火花加工的生产率、表面质量、加工精度、加工过程的稳定性和工具电极损耗等技术经济指标有很大影响。

电火花线切割脉冲电源的形式品种很多，如晶体管矩形波脉冲电源、高频分组脉冲电源、节能型脉冲电源等。

1.1.1 对脉冲电源的要求对电火花线切割加工用脉冲总的要求是：（1）有较高的加工速度 不但在粗加工时要有较高的加工速度，而且在精加工时也应具有较高的加工速度。

（2）工具电极损耗低（3）加工过程稳定性好 在给定的各种脉冲参数下能保持稳定加工，抗干扰能力强、不易产生电弧放电、可靠性强、操作方便。

（4）工艺范围广 不仅能适应粗、中、精加工的要求，而且要适应不同工件材料的加工。

脉冲电源要都满足上述要求是困难的，一般来说，为了满足这些总的要求，对电火花线切割加工脉冲电源的具体要求是：1）所产生的脉冲应该是单向的，没有负半波或负半波很小，这样才能最大限度的利用极性效应，不过受工件表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工脉冲电源的脉宽较窄（2～60μs ）,单个脉冲能量、平均电流（1～5A ）一般较小，所以线切割加工总是采用正极性加工。

2）脉冲的主要参数，如峰值电流 e i、脉冲宽度t i 、脉冲间隔t 0等应能在很宽的范围内调节，以满足粗、中、精加工的要求。

3）脉冲电源不仅要考虑工作稳定可靠、成本低、寿命长、操作维修方便和体积小等问题，还要考虑节省电能。

1.1.2 晶体管矩形波脉冲电源晶体管矩形波脉冲电源是利用功率晶体管作为开关元件而获得单向脉冲的。

它具有脉冲频率高、脉冲参数容易调结、脉冲波形较好、易于实现多回路加工和自适应控制等自动化要求的有点，所以应用非常广泛，特别在中、小型脉冲电源中，都采用晶体管式电源。

如图1所示，控制功率管VT 的基极以形成电压脉宽t 、电流脉宽t e 和脉冲间隔t 0，限流电阻R 1、R 2决定峰值 e i。

R 1¦图 1 晶体管矩形波脉冲电压、电流波形及其脉冲电源1.1.3 高频分组脉冲电源高频分组脉冲波形如图2所示，它是矩形波派生的一种波形，即把较高频率的小脉宽t i和小脉间t0的矩形波脉冲分组成为大脉宽T i和大脉间T0输出。

矩形波脉冲电源对提高切割速度和减小表面粗糙度这两项指标是相互矛盾的，高频分组脉冲波形在一定程度上能解决这两者的矛盾，在相同工艺条件下，可获得较好的加工工艺效果，因而得到广泛应用。

图3为高频分组脉冲电源的电路原理图。

图中的高频脉冲发射器、分组脉冲发生器和与门电路生成高频分组脉冲波形，然后经脉冲放大和功率输出，把高频分组脉冲能量输送到放电间隙。

一般取t0≥ti,Ti=(4～6)ti。

图 2 高频分组脉冲电压波形图 3 高频分组脉冲电源的电路原理框图1.1.4 节能型脉冲电源为了提高电能利用率，近年来除用电感元件L 来代替限流电阻，避免了发热损耗外，还把L 中剩余的电能反输给电源。

图4为这类节能电源的主回路原理及其波形图。

图4 a 中，80～100V （+）的电压和电流经过大功率开关元件VT 1（常用V-MOS 管或TGBT ），由电感元件L 限制电流的突变，在流过工件和钼丝的放电间隙，最后经大功率开关元件VT 2流回电源（-）。

由于用电感L （扼流线圈）代替了限流电阻，当主回路中流过如图4b 中的矩形波电压脉宽t i 时，其电流波形由零按斜线升至 e i最大值（峰值）。

当VT 1、VT 2瞬时关断截止时，电感L 中电流不能突然截止而继续流动，通过两个二极管反输给电源，逐渐减小为零。

把储存在电感L 中的能量释放出来，进一步节约了能量。

由图4b 对照电压和电流波形可见，VT 1、VT 2导通时，电感L 为正向矩形波；放电间隙中流过的电流由小增大，上升沿为一斜线，因此钼丝的损耗很小。

当图 4 线切割节能型脉冲电源主回路和波形图a）主回路图 b）电压电流波形图b)¦a)VT1、VT2截止时，由于电感是一储能惯性元件，其上的电压由正变负，流过的电流不能突变为零，而是按原方向流动逐渐减小为零，这一小段“续流”期间，电感把储存的电能经放电间隙和两个二极管反输给电源，电流波形为锯齿形，更加快切割速度，提高电能利用率，降低钼丝损耗。

这类电源的节能效果可达80%以上，控制柜不发热，可少用或不用冷却风扇，钼丝损耗很低，切割20万mm2，钼丝仅损耗0.5μm;当加工电流为5.3A时，切割速度为130mm2/min；当切割速度为50mm2/min时，表面粗糙度Ra≤2.0μm。

此电源已由苏州三光科技有限公司获得发明专利。

1.1.5 低速走丝线切割加工的脉冲电源低速走丝线切割加工有其特殊性：一是丝速较低，电蚀产物的排泄效果不佳；二是昂贵的设备，必须有较高的生产率，为此常采用镀锌的黄铜丝作线电极，当火花放电时瞬时高温使低熔点的锌迅速溶化、气化爆炸式地、尽可能多地把工件上熔融的金属液体抛入工作液中。

因此要求脉冲电源有较大的峰值电流，一般都在100～500A，但脉宽te极短（0.1～1μs），否则电极丝将被烧断。

由此看来，低速走丝的脉冲电源必须能提供窄脉宽、大峰值电流。

结合节能要求，在功放主回路中往往既无限流电阻，又无限流电感（有的利用导线本身很小的潜布电感来适当阻止加工电流过快的增长。

这类脉冲电源的基本原理是由一频率很高（脉宽约0.1～1μs可调）的开关来触发、驱动功率级高频IGBT组件，使其迅速导通，因主回路中无电阻和电感，瞬时流过很大的峰值电流，达到额定值时，主震级开关电路使功率级迅速截止，然后停歇一段时间待放电间隙消电离恢复绝缘后，再由第二个脉冲触发功率级，如此重复循环。

此外，为了防止工件接（+）在水基工作液中的电解（阳极溶解）作用，使得电极丝出、入口处的工作表面发黑，影响表面质量和外观，有的脉冲电源还具有防电解功能。

具体原理是在脉冲停歇时间内，使工件上带10V左右的负电压。

1.1.6 脉冲电源参数电火花加工用脉冲电源即脉冲发生器，它的作用是把普通50H2的交流电转表1 快走丝线切割加工脉冲参数的选择换成频率较高的单向脉冲电流，以使电极间隙产生电火花放电来蚀除金属。

脉冲电源对放电加工的加工速度、表面质量、加工过程的稳定性和工具电极的损耗等技术经济指标有很大的影响。

脉冲电源参数包括电流峰值、脉冲宽度、脉冲间隔、空载电压、放电电流，快走丝线切割加工脉冲参数的选择见表1，快走丝线切割加工脉冲参数的选择见表2。

1．电流峰值电流峰值指短路时放电电流的瞬时最大值，在其他参数不变时，电流峰值增大，切割速度明显增大，但表面质量会变差，电极丝的损耗加大甚至断丝。

2．脉冲宽度脉冲宽度是指脉冲电流持续的时间，在其他参数不变时，脉冲宽度增大，切割速度明显加快，电蚀物随之增加，来不及排出，造成切割过程不稳，反而使切割速度下降，表面质量变差，电极丝的损耗加大甚至断丝。

试验证明改变脉冲宽度不如改变电流峰值对切割速度影响显著。

3．脉冲间隔脉冲间隔是指两个连续脉冲之间的时间，它直接影响平均电流，在其他参数不变时，脉冲间隔减小相当与增加了单位时间内的放电次数，平均电流增大，切割速度加快，但脉冲间隔过小，会造成电弧放电和断丝。

4．空载电压空载电压是指放电间隙被击穿之前的极间峰值电压，对电流峰值和加工间隙有影响。

提高空载电压，加工间隙增大，切缝宽，易排屑，提高了切割速度和加工稳定性，但易造成电极丝振动，使加工面质量变差，也会造成电极丝损耗增大。

5．放电波形电流波形的前沿上升比较缓慢时，电极丝损耗少，不过当脉冲宽度很窄时，必须要有陡的前沿才能进行有效的切割。

在相同的工艺条件下，高频分组脉冲常常能获得较好的加工效果。

表2 慢走丝线切割加工脉冲参数的选择1.2 机械系统机床是线切割加工设备的主要部分，其结构形式和制造精度都直接影响到加工性能。

机床一般由床身、工作台、走丝机构、丝架、工作液循环系统等几部分组成。

1．床身床身为机床的支撑体，是安装其他部件的基础，通常采用箱式结构。

床身内部放置机床电器。

2．工作台工作台部件用来安放工件。

由上下拖板、导轨、丝杆螺母副及变速机构4部分组成，其工作原理是驱动电动机通过变速机构将动力传递给丝杆螺母副，丝杆螺母副将传递过来的旋转运动变成沿坐标轴的直线运动，从而获得各种平面图形的曲线轨迹。

工作台的传动通常采用高精度丝杆螺母副，为保证定位精度和灵敏度，传动丝杠与螺母之间必须消除间隙。

3．走丝机构走丝机构可分为高速走丝机构和低速走丝机构。

高速走丝机构的电极丝做高速往复运动，一般走丝速度为8～10 m／s,走丝速度等于储丝筒周边的线速度，在运动过程中，电极丝由丝架支撑，并依靠导轮保持电极丝与工作台垂直或倾斜一定的几何角度；低速走丝机构的电极丝做低速单向运动，一般走丝速度低于0.2 m／s，图5 快速走丝线切割机床4，工作液循环电火花线切割加工必须在工作液中进行，其方式可将被加工工件浸在工作液中，也可以采用电极丝冲液的方式。

一般情况下，工作液应具有以下几个方面的要求：(1)工作液应具有一定的绝缘性。

绝缘能力过高，介质击穿所耗能量过大，会降低蚀除量；绝缘能力过低，工作液成了导电体，则不能产生火花放电。

(2)有较好的冷却性能。

电火花放电的局部瞬时温度极高，为了防止产生过热现象，必须使切削部位充分拎却．以带走火花放电时产生的大量热量。

(3)有较好的洗涤性能，利于排屑。

(4)有较好的防锈性能，利于机床维护和工件防锈。

(5)工作液对人体应无害，工作时，不放出有害气体。

不同的工艺条件需要不同的工作液，在低速走丝线切割加工中常采用去离子水和煤油作为工作液；高速走丝线切割加工中常采用乳化液作为工作液。

加工时，工件的厚度、表面粗糙度要求不同，则选取工作液的型号也不同。

另外，工作液的配比对加工的效果也会有很大影响，比如在低速走丝线切割加工中．对不同要求的零件应选取不同导电率的离子水；在高速走丝机床上，新配的工作液加工效果并不良好．往往要经过一段时间切割后，加工效果才能达到最佳，但工作液不能太脏，否则容易引起电弧放电．烧坏电极。

1.3 断丝机理造成断丝的原因是多方面的，工件材料的不同、工作液的性能优劣、电极丝的磨损、电极丝的张紧力、机床的导丝结构以及切割工艺参数的合理性等都与稳定线切割加工过程，提高线切割加工质量和延长电极丝的使用寿命有关。

1.3.1跟工件有关的断丝（1）工件经热处理后工件内部存在内应力，在切割过程中造成内应力释放，夹住钼丝而造成断丝。