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电火花线切割优缺点及发展


广东石油化工学院
特种加工论文

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机 电 工 程 学 院

电火花线切割优缺点及发展
摘要 本文主要介绍了特种加工中电火花线切割技术, 首先介绍了它的原理, 然后分析了它的 优点及其缺点, 接着说明了它在实际中的主要应用方向, 最后对线切割技术的发展趋势做出

了陈述。 Abstract In this article mainly introduces the special processing, first introduces the

principle of its, and then analyses its advantages and disadvantages, then illustrates its main applications in the actual direction, finally the development trend of wire-cutting technology has made the statement. 关键字 特种加工技术,电火花线切割,优缺点,发展 Key words special processing technology, wire cutting, advantages and disadvantages, development 引言 电火花线切割机(Wire cut Electrical Discharge Machining 简称 WEDM) ,属电加工范畴, 是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时, 发现电火花的 瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉,从而开创和发明了电火花加工方法。电 火花线切割加工技术作为一种特种加工技术,具有许多传统加工所不具有的优点以及良好的 发展前景。 其中主要的原因是电火花线切割加工方法几乎可加工具有任何硬度的导电金属材 料,且加工过程中不受宏观力的作用,从而可保证较好的加工精度与表面质量。 一、电火花线切割加工原理 电火花线切割加工是利用移动的细金属导线(钼丝或铜丝)作为电极,对工件进行脉冲 火花放电,靠放电时局部瞬间产生的高温来除去工件材料,以此进行切割加工的方法。电极 丝作为工具电极,被切割的工件作为工件电极。当来一个脉冲时,在电极丝和工件之间产生 一次火花放电,在放电通道中,瞬时产生大量热能使材料融化,甚至气化而产生爆炸力,将 熔化的金属抛离工件表面,并被循环的工作液带走,工件表面一个点被电蚀。在不断放电不 断进给过程中,工件材料被电蚀切割加工。 二、电火花线切割的优点

1.电极工具简单,它以 0.03~0.35mm 的金属线为电极工具,不需要制造特定形状的电极。 2.由于电极丝很细,所以可以加工复杂的型腔的模具如形状复杂的深孔、细孔、加强筋、窄 槽。 3.加工余量小,能有效地节约贵重的材料。 4.可无视电极丝损耗(高速走丝切割采用低损耗脉冲电源;慢速走丝线切割采用单向连续供 丝,在加工区总是保持新电极丝加工) ,成本低。 5.直接使用电能加工, 改变的传统的加工方法, 操作简单, 易于掌握, 容易实现电气自动化。 6.安全性高,不必担心发生火灾,可以昼夜无人连续加工。可以加工高硬度,高脆性,高韧 性,高熔点导电材料。 才用移动的长电极丝进行加工,单位长度上的损耗也很小,从而提高了加工精度,粗糙度可 达 1.6μ m。 8.依靠微型计算机控制电极丝轨迹和间隙补偿功能,可加工异形体,形状扭曲曲面体,变锥 度和球形等零件。 三、电火花线切割的缺点 1.电极丝容易断,上实验课时,老师向我们说过,钼丝可以拉伸,但是当折叠时,相当容易 断,所以加工时,由于材料或其他震动原因,会造成正在工作中钼丝断裂,影响加工效率。 2.加工薄工件时,快速走丝过程中易产生抖动,影响加工精度。主要原因是丝架上下导丝轮 的开距是固定的,一般约 70mm。当切割薄工件时在快走丝的情况下电极丝失去了加工厚工 件时应产生的冷却液的阻尼作用,又加上火花放电的影响,因而电极丝很容易产生抖动。 3.加工过程中易产生变形,影响尺寸精度。 4.高速走丝切割表面会出现明暗条纹,影响表面质量。条纹产生原因有三类: 一类是机械 换向纹, 产生原因是加工区域电极丝换向后, 丝在空间位置上的变化而在工作表面产生的机 械纹路,第二类属于黑白交叉的电解纹。最后一类是黑白交叉的表面烧伤纹,主要是因为蚀 除产物堵塞在切缝内,导致工作液进入切缝困难,并且在大能量切割条件下,又使得工作液 大量气化,导致蚀除产物更无法排出。这三种条纹都将大大降低切割表面质量。 四、线切割加工的加工条件及应用范围 1.线切割加工的加工条件 (1)钼丝与工件的被加工表面之间必须保持一定间隙,间隙的宽度由工作电压、加工量等 加工条件而定。 (2)电火花线切割机床加工时,必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行,如煤油、皂化

油、去离子水等,要求教高绝缘性是为了利于产生脉冲性的火花放电,液体介质还有排除间 隙内电蚀产物和冷却电极作用。钼丝和工件被加工表面之间保持一定间隙,如果间隙过大, 极间电压不能击穿极间介质, 则不能产生电火花放电; 如果间隙过小, 则容易形成短路连接, 也不能产生电火花放电。 (3)必须采用脉冲电源,即火花放电必须是脉冲性、间歇性,在脉冲间隔内,使间隙介质 消除电离,使下一个脉冲能在两极间击穿放电。 2.线切割加工的应用范围 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的工艺途径, 主要适用于 以下几个方面。 (1) 加工电火花形成加工用的电极, 一般穿孔加工用的电极以及带锥度型腔加工用的电极, 以及铜钨、银钨合金之类的电极材料,用线切割加工特别经济,同时也适用于加工微细复杂 形状的电极。 (2)加工零件,在试制新产品时,用线切割早坯料上直接割出零件,例如试制切割特殊微 电机硅钢片定转子铁心,由于不需另行制造模具,可大大缩短制造周期、降低成本。另外修 改设计、变更加工程序比较方便,加工薄件时还可以多个一起加工。在零件制造方面,可用 于加工品种多,数量少的零件,特殊难加工材料的零件,材料试验样件,各种孔、型面、特 殊齿轮、凸轮、样板、成型刀具。有些具体的锥度切割的线切割机床,可以加工出上下异形 面的零件。同事还可以进行细微加工,异形槽和标准缺陷的加工等。 (3)加工特殊材料,切割某些高硬度,高熔点的金属时,使用机加工的方法几乎是不可能 的,而采用线切割加工既经济又能保证精度。 (4)加工模具零件,电火花线切割加工主要应用于冲模、挤压模、塑料模、电火花型腔模 的电极加工等, 由于电火花线切割加工速度和精度的迅速提高, 目前已达到可与坐标磨床相 竞争的程度。因此,一些工业发达国家的精密冲的磨削等工序,已被电火花和电火花线切割 加工所代替。 五、电火花线切割机床 根据电极丝的运行速度不同,通常分为两类:一类是高速走丝电火花线切割机床,其电极丝 作高速往复运动,一般走丝速度为 8~10m/s,电极丝可重复使用,加工速度较高,但快速 走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿,使加工质量下降,是我国生产和使用的主要机种, 也是我国独创的电火花线切割 加工模式; 另一类是低速走丝电火花线切割机床 (WEDM-LS) , 其电极丝作低速单向运动,一般走丝速度低于 0.2m/s,电极丝放电后不再使用,工作平稳、

均匀、抖动小、加工质量较好,但加工速度较低,是国外生产和使用的主要机种。与低速走 丝电火花线切割加工技术相比,高速走丝电火花线切割加工技术发展缓慢,加工品质较差。 随着模具行业的迅速发展和水平不断提高, 精密零件的加工需求增加, 低速走丝线切割机床 及使用耗材价格迅速下降, 加之人们对低速走丝线切割加工认识的逐步深入, 预计低速走丝 线切割机的年销量将不断扩大, 国产低速走丝线切割机的占有率也将进一步上升, 并且有望 出口国际市场。 六、电火花线切割机床未来发展的展望 1.机床品种多样化、年产量稳步增长 多年来,我国生产的数控电火花线切割机一直是单一的高速走丝线切割机。近几年来,为了满 足市场需要,又开发生产了自旋式电火花线切割机、走丝速度可调的电火花线切割机(含高低 双速走丝电火花线切割机) 以及低速走丝电火花线切割机等。 机床品种的多样化可以满足用 户的需要,扩大数控电火花线切割加工的应用范围。高速走丝电火花线切割机是我国当前发 展的主要产品,广大科技工作者为了进一步提高它的工艺性能及自动化程度做了大量开发研 究工作,并开发生产了超大型高速走丝电火花线切割机床 ,扩大了它的应用范围,满足了用户 的各种需要。 自旋式电火花线切割机和走丝速度可调的电火花线切割机目前虽处在开发和完善阶段,产量 也不大,但开发思想都是企图借鉴高速走丝和低速走丝二者的优点来创造一种新型的电火花 线切割方法。它的成功不仅能为我国的电火花线切割机增加一个新品种,并以它性能价格比 好以及加工消耗低的特点找到它自身的应用范围,而且为高速走丝的电火花线切割机的多次 切割工艺奠定基础。 2.高速走丝系统日趋完善 高速走丝有助于工作液进入窄小的加工区,改善排屑条件,这对于切割大厚度工件以及提高切 割速度都是很有作用的;同时,电极丝的往返运动可使电极丝重复使用 ,减少电极丝的消耗,降 低切割加工的生产成本。然而,高速走丝也会造成导向器(导轮、导向块等) 的磨损和系统的 振动,加上电极丝的张力不易控制,它将给加工稳定性、加工精度及表面质量带来严重影响。 为了解决高速走丝所存在的问题,完善高速系统,开发生产了数字程序控制短程往返走丝系统, 根据加工条件设定正向移动和反向移动的时间,以消除高速走丝的换向切割条纹,改善加工表 面质量。为了提高丝架的刚性,开发了龙门式丝架,非常适合于大中型电火花线发割机,且锥 度切割不受偏移量限制。 3.电火花线切割技术的发展趋势

高速走丝线切割机床是中国独创的机床,它自 20 世纪 60 年代以来经过 30 多年的不断发展和 完善, 现已成为模具加工不可缺少的装备, 也是中国模具生产企业中装备数量最多的电火花 加工机床。目前它的切割速度有的已超过 250mm/min,加工精度达到±0.01mm,工件表面 粗糙度为 Ra1.25μ m,因而可以在较低的价位上满足一般模具的加工需要。但随着模具制造 的要求越来越高, 它就面临相当严峻的形势。 今后高速走丝切割机床的发展策略应该是扬长 避短,以发展中低档机床为主,使机床向适当的加工精度、良好的加工稳定性和容易操作及 优良的性能价格比的方向发展。 电火花线切割加工技术的发展与其相关技术的发展紧密结合。 而且,未来电火花线切割加工技术的进步,必将围绕着满足更高的生产效率、更高的加工精度 及更高效的生产组织形式而发展。 电火花线切割加工技术作为制造业中一种重要的生产方式, 必将在未来的生产领域中发挥更加重要的作用。此外,电火花线切割加工技术的应用范围也 将不断得到拓展,在更多的生产领域发挥重要的作用。 七、总结 通篇文字,都在介绍电火花线切割技术指明了它的优缺点,并且就应用和机床也做了说明, 让我们清楚了解了线切割的现状,并且明确了我国和世界的差别。总之,加快低速走丝切割 机的发展,缩小与国际先进水平的差距,迎头赶上,加强高速走丝线切割机的创新突破,走 一条高速走丝线切割机和低速走丝线切割机结合、取长补短、互相促进、共同发展的具有中 国特色的电火花线切割加工发展之路,新世纪我国的电火花线切割加工必将更加繁荣昌盛。 在这一学期中,通过对特种加工的学习,让我对世界先进的,不经常见到的,有别于普通 切削加工的工艺有了一定的了解,并且对个人的思想造成了一定的冲击,在以后的学习中, 一定要加强与时俱进,不断学习科技,才能跟上时代的变化。 八、参考文献 [1]赵万生.先进电火花加工技术[M].北京:国防工业出版社,2003. [2]鄂大辛,成志芳.特种加工基础实训教程[M].北京:北京理工大学出版社,2011. [3]曹凤国.电火花加工技术[M].北京:化学工业出版社,2005. [4]单岩,夏天.数控电火花加工技术[M].北京:机械工业出版社,2005. [5]王润孝. 先进制造技术导论. 北京科学出版社,2004 [6]黎震. 先进制造技术. 北京理工大学出版社 2009


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