高低双速走丝电火花线切割工艺模板.doc

高低双速走丝电火花线切割工艺
姓名： 班级： 学号：
1.电火花线切割技术介绍
电火花线切割加工（Wire-cutElectricDischargeMachine，以下简称WEDM）是采取线状电极作为工具对工件进行脉冲放电实现加工。线切割机床按电极丝运丝速度可分为高速走丝机床和低速走丝机床。电极丝运动速度7～10m/s为高速走丝电火花线切割（简称HSWEDM）机床，低于0.2m/s为低速走丝电火花线切割（简称LSWEDM）机床。国产绝大多数为HSWEDM机床，国外和台湾地域全部是LSWEDM机床。现在，中国外线切割机床已占电加工机床80%以上。
1.1加工原理
电火花线切割加工基础原理和电火花成型加工一样，是利用工具电极对工件进行脉冲放电而实现加工，不过电火花线切割加工无需制作成型电极，而是采取细金属丝（电极丝）作为工具电极。图1为电火花线切割加工示意图。工件和电极丝分别接电源正负极，电极丝以一定速度往复或单向运动，不停进入和离开放电区域，同时在电极丝和工件之间浇注放电介质。此时，只要有效控制电极丝相对工件运动轨迹和速度就能切割出一定形状和尺寸工件。

图1电火花线切割加工示意图
1-贮丝筒2-电极丝3-丝架4-导轮5-脉冲电源6-工作台7-工作液箱
电火花线切割放电加工微观过程是热（关键是表面热源）和力（电场力、磁场力、热力、流体力学等综合作用过程。这一过程大致可分为介质击穿、放电通道形成、能量转换和传输、电蚀产物抛出和消电离等四个相对独立又相互连接阶段。
[1]
1.2特点
电火花线切割含有电火花加工共性，亦有其本身特征，其工艺特点为：
（1）工件必需是导电材料；
（2）材料去除是靠放电时电能作用来实现；
（3）工具电极和工件之间不直接接触，几乎没有切削力，所以加工材料能够选择高硬
度材料（通常加工工件全部可在淬火后进行）；
（4）加工对象关键是二维型面，当机床上加上能使电极丝作对应倾斜运动功效后，也
能够加工锥面。不过不能加工盲孔；
（5）自动化程度高、操作方便，易于实现自动化；
（6）不需要制造成形电极，用简单电极丝即可对工件进行加工。[2]
1.3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工艺路径，适合加工多种特殊性能材料和多种复杂表面及微细、精密、薄壁和低刚性零件，所以广泛应用于航空、电子、电器、汽车、家电、轻工等领域。电火花线切割技术用于模具制造已相当成熟，据估量约有75%～80%电火花线切割机床用于模具加工，所以电火花线切割技术已经成为中国外冲压模制造中不可缺乏关键技术。电火花线切割具体应用范围如表1所表示：
表 1电火花线切割技术应用领域
分类
适用范围
二维形状模具
冷冲模（冲裁模、弯曲模和拉伸模）、粉末冶金、挤压模、塑料模
三维形状模具
冲裁模落料凹、三维型材挤压模、拉丝模
电火花加工用电极
加工形状复杂、微细通孔用电极、加工带斜度型腔电极
微细精密加工
加工化学纤维喷丝头异性窄缝、槽微型精密齿轮及模具
量具轮廓
成型刀具外形、样板凸轮及模板
试制品及零件加工
试制品直接加工多品种、小批量几何形状
复杂零件和超大厚度零件
特殊材料零件加工
半导体材料、铁氧体材料、陶瓷材料、聚晶金刚石
1.2.3 分类
依据电极丝运行速度，电火花线切割机床通常又分为两大类：一类是高速走丝电火花线切割（High Speed Wire-cut Electric Discharge Machine, HSWEDM），这类机床电极丝作高速往复运动，通常走丝速度为 6~12m/s，这是中国生产和使用关键机种，也是中国独创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（Low Speed Wire-cut Electric DischargeMachine, LSWEDM），这类机床电极丝作低速单向运动，通常走丝速度低于 0.2m/s，这是国外生产和使用关键机种。
2. 高速走丝
2.1 走丝方法
高低双速走丝电火花数次切割时，通常也是一次切割成型，后续数次切割提升精度和表面质量。所以，一次切割首要任务是提升切割效率，而切割精度和表面质量可经过后续数次切割来完成。由前文可知，在一次切割效率方面LSWEDM 显著高于 HSWEDM，但 LSWEDM高效切割成本较高，另外，LSWEDM 关键技术，现在中国还难以做到完全消化、吸收，国产 LSWEDM 切割效率和国外仍有较大差距。故在高低双速走丝高效切割走丝方法选择上，本文最终选择了高速走丝切割。
高速走丝为中国独创线切割加工工艺方法，其含有切割厚度大、切割成本低，同时机床设计、制造技术难度较低，维护和使用极为方便，其工作原理图 1所表示。即使使用乳化液传统高速走丝线切割效率长久徘徊在较低水平，但伴随含有优异洗涤性能复合工作液出现，高速走丝切割工艺指标取得了长足发展。试验条件下，在不显著增加切割成本前提下，其最高切割效率可达 200mm2/min，稳定切割效率为 120-140 mm2/min，已靠近了中等 LSWEDM实用一次切割最高 150mm2/min 切割效率，这极大缩小了二者之间差距。所以综合技术难度、经济成本、切割效率，一次切割采取高速走丝切割方法对高低双速走丝电火花线切割而言是较佳选择。
2.2 供液方法
为深入提升一次切割切割效率，在采取高速走丝切割工艺基础上，出于改善放电极间洗涤状态，引进了高压喷液装置。这么在使用复合工作液条件下，工作液随丝高速带入和高压喷液相结合极间供液方法，可极大改善极间洗涤状态，

图 2 高速走丝高压喷液结构示意图
取得较佳极间工作状态，为继续提升放电能量发明了条件，从而可深入提升高低双速走丝电火花线切割首道切割效率。其工作原理图2所表示。
2.3 张力控制
电极丝张力大小对电火花线切割加工效率有着直接影响，张力越小，对电极丝振动幅度抑制能力越差，从而引发切缝宽度增加，在蚀除速度（单位时间蚀除体积）一定条件下，切割速度（单位时间电极丝扫过面积）将会降低。所以，合适增加电极丝张力，以抑制电极丝抖动，在高低双速走丝高效切割时有利于提升切割效率。
传统 HSWEDM 上没有恒张力装置，加工一段时间后，通常需要手动紧丝，较为费时费力，现在新式“中走丝”机床上通常全部有恒张力装置，提升了工作效率。现在多种恒张力装置工作原理不尽相同，但均能不一样程度实现对电极丝张力控制，提升了加工中电极丝稳定性。
3 低速走丝
3.1走丝方法
高速走丝因为其本身固有缺点，切割精度长久徘徊在较低水平，从根本上难有突破。低速走丝则不然，其单向低速走丝方法，可有效提升切割精度，其工作原理图 3所表示。所以，为取得高切割精度，在高低双速走丝后续数次切割中，本文采取了单向低速走丝方法。高低双速走丝后续数次切割通常处于切缝中或去料后半敞开条件下，含有很好极间洗涤条件，可大大降低对喷液压力要求。同时在较小喷液压力下，可采取复合工作液替换去离子水，以避免昂贵地去离子水装置。另外，低速走丝切割还可使用现在高频脉冲电源及控制系统。这么在保留低速走丝较高切割精度优势下，极大降低了低速走丝系统设计、制造和使用成本。所以总而言之，

1-压紧卷筒 2-电极丝自动卷绕电机 3-滚筒 4-供丝绕线轴 5-预张力电机
6、14-导论 7-恒张力控制轮 8-恒张力控制伺服电机 9-压紧卷筒 10-压紧卷筒
11-电极丝 12-导丝器 13-工件 14-导轮 15-拉丝卷筒
图3 低速走丝加工原理图
在高低双速走丝电火花线切割后续精加工中，可采取改善后单向低速走丝加工方法。
3.2 张力控制
电极丝张力对电火花线切割加工精度影响较大。张力较小时，加工区域段电极丝刚性较低，电极丝轻易产生抖动、滞后弯曲等，引发加工尺寸偏差、腰鼓形和塌角等加工误差产生。在数次切割后续单边放电切割加工中，较小张力还会引发电极丝让刀量增加，使数次切割加工精度降低。所以，在电极丝强度极限下尽可能提升电极丝张力，对提升高低双速走丝电火花线切割后续单向低速走丝数次切割切割精度至关关键。
对于高低双速走丝低速走丝高精度切割而言，首先不仅要尽可能提升电极丝张力，其次还要对电极丝张力大小正确控制，最终还应确保张力分布均匀性。而在运丝系统上添加张力精控装置，是一个极为有效手段。电极丝张力精控装置关键工作过程为，首先经过走丝系统中检测传感器，实时采取加工区域电极丝张力值并进行对应处理；其次将处理后实时数据读入控制器，并和经过软件设定初始值进行比对；最终将比对结果反馈至张力实施机构，从而实现加工中电极丝张力正确控制。
4高低双速走丝电火花线切割工艺研究意义
因为中国经济连续发展，尤其是电加工机床关键应用领域——模具制造业快速发展和航空航天、军工、IT、家电、建材等行业需求不停增加，电加工机床产量多年来已得到了快速提升，从上世纪末多种电加工机床年产量1万台左右发展到现在5万台左右，其中80%以上为WEDM，而HSWEDM又占据了WEDM总数90％。现在HSWEDM市场保有量为30万台，为中国模具制造业及相关行业发展提供了有力装备支撑，但HSWEDM生产现在很大一部分是在低水平反复制造，技术上假如没有突破，这一局面还将长久连续下去。
作为精密WEDMLSWEDM是现在电加工机床发展重中之重，市场对该产品需求增加很快，现在中国市场每十二个月需求量靠近3000台，且多年每十二个月全部以800台左右、4~5亿元销售额在快速增加，现在世界著名品牌企业已全部完成在中国本土化，台资企业亦大量涌入内地。
LSWEDM技术在经历了一段时间沉寂后，多年技术上取得了飞速发展，其根本原因是放电机理及相关技术应用巨大进步所造成。因为LSWEDM无电阻纳秒级千安培峰值电流脉冲电源技术、高速正确检测控制技术及抗干扰技术等相当复杂，机械、电源、控制等各方面要求很高，所以它被视为电加工产品“皇冠上明珠”。LSWEDM加工表面质量和精度已能满足精密、复杂、长寿命模具要求，能够作为精密模具最终加工关键手段，以割代磨”趋势越来越显著。现在，其它加工方法还无法和LSWEDM优异加工性能相竞争，而且LSWEDM加工工艺水平及运行经济性已优于机械磨削。但LSWEDM所取得令人瞩目标技术进步也是凭借巨大投入所取得，因为其放电是建立在去离子水介质条件下传统间隙放电，对于放电介质研究基础局限在怎样改变去离子水电导率方面，所以LSWEDM工艺指标提升手段关键集中在机械、电源、控制等领域，从而也造成了LSWEDM机床制造成本居高不下，运行成本也比较昂贵局面。所以在现在中国各制造产业占主导地位仍是HSWEDM。
现在中国高精度LSWEDM关键依靠从国外进口，各生产厂商对其中关键技术也严格保密。中国大陆电加工企业真正能进行LSWEDM生产并实现销售仅有曾和日本Sodick企业合资经营苏州三光科技和在国家立项攻关支持下经历数十年研究耗资巨大苏州电加工研究所，年产量不足500台，其产品技术水平和国外上世纪90年代相当。中国LSWEDM研制和生产从20世纪80年代才开始，起步较晚，缺乏对LSWEDM加工机理及基础性研究，产品生产关键依靠拷贝国外技术，发展后劲严重不足。长此以往仅仅靠在她人后面追赶研究和制造方法将造成LSWEDM技术水平和国外产品差距愈拉愈大，期望短期内在技术上取得较大地提升相当困难。
其次，含有中国自主知识产权HSWEDM经过了数十年发展，以其优良性价比及低廉运行成本，尤其是HSWEDM制造成本是LSWEDM1/10，甚至更少，用HSWEDM加工模具成本又是用LSWEDM加工模具成本几十分之一。所以HSWEDM广泛地占据了中国模具加工市场。但伴随模具等加工精度及表面完整性要求提升，尤其是未来电火花线切割加工技术，向着满足更高生产效率、更高加工精度而发展，其不足也愈来愈显著。HSWEDM和LSWEDM二者相比，除了采取工艺不一样外，不管在加工精度、机床功效、自动化程度，还是在可靠性、加工稳定性和加工工艺指标方面，前者较后者水平均显著低一个档次，而且差距愈来愈大。即使中国科研人员对HSWEDM进行了数十年研究，在HSWEDM控制功效、机械结构设计尤其是大锥度机构设计等方面取得了很多结果，但在切割工艺指标方面则长久处于徘徊局面，而且价格竞争造成产品生产水平和质量全部有所下降，由此造成中国LSWEDM需求量增加，但因为厂家自立开发能力限制只能把这块市场拱手让给国外厂商，而本身HSWEDM产品又处于低水平反复生产状态，直至多年来含有良好洗涤能力复合工作液研制成功并替换传统乳化液在全国80％以上“中走丝”机床上成功应用及加工机理研究逐步深入，HSWEDM切割工艺指标尤其是切割速度和表面粗糙度在经历了20多年徘徊后取得了阶段性进展。伴随“中走丝”机床大范围应用，研究人员对“中走丝”在提升工艺指标方面，尤其是切割精度方面不足也有了更深刻认识，“中走丝”机床在数次切
割过程中仍含有很多不确定原因，最关键方面是电极丝运丝方法局限产生电极丝空间位置不确定性，从而造成中走丝切割精度取得含有一定随机性，所以迫切需要建立一个能够稳定取得较高切割精度机床平台。
在此背景下，本课题提出了高低双速走丝电火花线切割加工技术。课题最终目标在于研究和开发一个能够从根本上提升 HSWEDM 切割精度，但同时生产、制造和使用成本均较低、含有完全自主知识产权和适合国情高效、高精度线切割技术。HSWEDM 即使在切割精度上仍徘徊不前，但在大厚度、低成本切割方面仍拥有天然优势，而且伴随现在复合工作液大量推广，HSWEDM 切割效率也有了很大提升。LSWEDM 即使在技术难度、价格和使用成本上较 HSWEDM 有较大劣势，但其在高精度加工方面含有 HSWEDM 无法比拟优势，尤其是其单向低速走丝方法，可从根本上消除往复走丝所产生换向冲击及往复使用带来电极丝损耗等对加工精度影响。故鉴于此，若能将高速、低速走丝电火花线切割有机结合、取长补短，研制出含有双运丝系统电火花线切割机，在确保切割厚度、切割效率不变前提下，
以取得较传统 LSWEDM 切割成本低、较“中走丝”切割精度高适合国情新型、低成本、高效、高精度电火花线切割加工机床。
本课题研究有利于将 LSWEDM 和 HSWEDM 相关技术及理论进行有机结合，开拓出一个全新含有中国自主知识产权高效、高精度线切割加工技术，利于缩短中国在 WEDM机理研究和工艺水平方面和国外存在越来越大技术差距，并在保持制造及运行成本和难度较低情况下，使产品切割工艺水平达成或靠近传统中等 LSWEDM 指标，从而提升中国电加工产业技术水平及国际竞争力。
参考文件
1. 张艳，高速走丝电火花数次切割精度及表面质量研究，，.1
2. 王振兴，刘志东。高低双速走丝电火花线切割工艺研究，，..1