高速电火花线切割机床存在的主要问题及分析

　　在试验中发现，在采用普通矩形波脉冲电源时，放电间隙较窄，在5A大能量加工时发生加工不稳定现象，短路和电弧放电的脉冲增多，此时虽平均加工电流增大，电火花线切割机床但有效的放电脉冲并没有增加，因此在这种情况下切割电流继续增加，加工速度基本不变，但断丝的几率会增加。如要保持稳定加工的状态，继续增加电流，增加脉冲的击穿几率，还可提高切割效率。

　　对于高速电火花线切割，电极丝的损耗也是一项重要的指标，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，并尽量减少电极丝对放电能量的吸收，这就需电极丝表面能快速汽化，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工作介质在电极丝表面形成一层吸附膜，以减缓正离子对电极丝有轰击作用，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其耐用度。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，且是在冷却条件极为恶劣的条件下进行放电，这样的电极丝的损耗自然就会增加，同时断丝的几率也会大大增大。如放电间隙加大，在同样能量切割时其丝损耗会较低，且同时还可维持较高切割效率的原因。

　　高速电火花线切割技术存在的问题首先是切割效率偏低，其次切割表面存在黑白交叉条纹也影响加工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是首先必须保证在切割过程中不频繁断丝。断丝的几率是随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的介质，切割完毕后出现两个现象：一、是工件是粘附在基体上的，一般需要用力甚至敲击才可以使其与基体脱离；二、是工件表面覆盖着胶粘的甚至是粉末状的蚀除产物，需要煤油才能刷洗干净。这主要是放电通道内10000˚C以上的高温，是乳化液分解生成胶体状或颗粒状的物质所致。这些物质粘附在切缝内，并主要在切缝的出口堆积，严重影响电蚀产物的排出，并阻挡了新鲜工作液介质进入切缝。由于两级间不能维持不断更新工作介质，从而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，换向条纹严重等一系列问题，同时损失电极丝的耐用度，严重时引起烧丝。因此乳化液对于极间通道冷却、消电离均有较大影响，粘稠状的产物会对电极丝起到“保温”的作用，工件越厚，运丝越慢，电极丝的加工区域停留时间越长，断丝的几率自然就会增加，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中最直接的结果是导致高速走丝机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，电火花线切割机床在这种放电能量条件下是不可能获得较高切割效率的。因此在使用乳化液作为工作介质的前提下，以往对高频脉冲电源的改进及运丝系统的完善等措施对切割效率的提高均收效甚微，这就是目前高速走丝线切割的切割效率长期徘徊在很低水平的根本原因。

　　此外由于使用乳化液会导致蚀除产物在切缝出口部位堆积，在存在大量蚀除产物且冷却不充分的条件下产生的放电，将导致炭黑物质反粘在工件表面并可能引起工件表面烧伤，产生黑白交叉条纹，因此切割表面的黑白交叉条纹一般出现在运丝的出口处，颜色是由工件内部向外逐渐变深，且由于重力的作用，在上下喷液基本对称时，电极丝自下向上运丝时由于蚀除产物的排出能力比电极丝由上向下运丝时弱，工件上部的条纹会比下部的条纹颜色深且长。乳化液的洗涤能力越差，切割表面的条纹就会越明显；因此高速走丝线切割切割时产生黑白交叉条纹的根本原因仍是工作介质的洗涤性能的问题。目前人们只能通过增大乳化液的浓度、添加一些洗涤性物质和增大脉间来改善切缝内的冷却和洗涤状态，减弱条纹的颜色。

　　因此必须选用在放电过程中尽量不生成粘稠状高分子化合物的非油或少油性工作液，以保证切缝内工作介质的均匀与流动，才能达到改善放电状态的目的。

　　经过长期试验证明，当选用洗涤性良好的水溶性线切割液后，切割完毕工件自动落下，切割表面只有一层薄膜状物质，没有换向条纹，证明其极间呈现均匀冷却状况。在此冷却条件下，可采用较大的放电能量（平均切割电流4～5A）进行持续稳定的切割，切割效率超过150mm2/min。比且切割表面较光滑、平整，表面残存的金属液滴也较少。从典型的放电波形观察，使用洗涤能力较差的乳化液时，由于极间充满导电的胶体或颗粒物质，采集到的放电波形基本没有击穿延时，较多比例有脉冲在起始时即呈现短路状态，且放电过程中电压跳动较大，说明放电过程中间隙状态不稳定，而在使用水溶性工作液条件下，放电波形呈现出间隙放电的典型特征——放电击穿延时现象，且间隙时的洗涤条件愈好（如切割厚度较小时），放电击穿延时的比例就愈高，放电电压的波动也较小，说明极间区域存在较均匀的工作介质，从而体现出间隙放电的特征。

　　在使用水溶性工作液后，由于切缝内可得到均匀的冷却，切缝内工作介质在电极丝的带动下贯穿流动，因此换向条纹可很淡甚至消除。

　　采用水溶性工作液改善了极间的洗涤状态后，还可通过脉冲电源的改进增大放电间隙，从而进一步改善电火花线切割机床极间的洗涤状态，以适合采用更高切割能量进行高效率切割的需求。

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