快速走丝线切割中电极丝对工件表面粗糙度影响.docx

    快速走丝线切割中电极丝对工件表面粗糙度影响    张迪，周桂莲（青岛科技大学机电工程学院，山东青岛266061）Reference：工件的表面粗糙度是高速走丝线切割中一项重要的加工工艺指标本文主要从电极丝的直径大小、走丝速度、变频进给速度、张力、换向次数和垂直度，对高速走丝线切割加工工件的表面粗糙度进行了分析并结合生产实际，介绍了如何合理地选用电极丝的各参数Keys：线切割；电极丝；表面粗糙度TH161+．1：B：1673-3142(2010)01-0047-041 引言电火花线切割加工已在金属加工行业获得广泛的应用目前国内外的线切割机床已占电加工机床的60%以上它是利用线状电极靠电火花放电对工件进行切割[1]电极丝就像传统金属切削加工中的刀具一样，刀具的选用合理与否，会影响到加工工件的表面粗糙度，线切割加工中，电极丝主要参数对加工工件的表面粗糙度的影响，越来越引起人们的关注2 电极丝主要参数对加工表面粗糙度的影响2.1 电极丝直径的影响高速走丝电火花线切割过程中，电极丝直径的大小对工件的表面粗糙度有着很大的影响下面将基于电极丝直径变化对单个脉冲蚀除量的影响，来探究直径大小对工件表面粗糙度的影响。

工件表面粗糙度与单个脉冲蚀除量有直接的关系单个脉冲蚀除量的公式表示为[1]：电极丝直径的尺寸发生变化时，切缝会随之发生变化电极丝直径较小时，则其承受的电流小，切缝也窄，排屑相对比较困难，从而使放电不会腐蚀新的金属而是反复打碎加工屑，致使有效脉冲利用率A比较小因此，在一定范围内，加大电极丝的直径尺寸能适当增加切缝的尺寸，使排屑比较顺畅，从而增大A但是，当电极丝直径超过一定程度，造成切缝过大，容易造成频繁开路，以及放电空载概率大大增大，反而又影响到A的提高，使A有所下降由单个脉冲蚀除量公式知，在其它切割条件不变，而只改变电极丝直径尺寸的大小时，K、形不会发生变化，只有A发生变化，所以电极丝直径的变化必定引起单个脉冲蚀除量的变化而单个脉冲蚀除量大小又决定了放电凹坑的大小，放电凹坑的大小与其成正比所以说，在一定范围内，电极丝直径比较小时，单个脉冲蚀除量小，从而工件的表面粗糙度值Ra比较小：电极丝直径较大时，单个脉冲蚀除量大，从而工件的表面粗糙度值Ra比较大但是当电极丝直径过大时，单个脉冲的有效利用率A降低，从而阻碍单个脉冲的蚀除量的增加，所以这时会使粗糙度值Ra不会随着电极丝直径的增大而增大，反而有下降的趋势。

一般实际操作中，慢速走丝时，多采用0.06~0.12mm直径的电极丝：快速走丝时，多采用0.10~0.25mm直径的电极丝：在精密细微加工中，还有采用直径小于0.06mm细丝的：采用铜丝时，电极丝直径稍微粗些[2]2.2 电极丝走丝速度的影响在一定的加工范围内，走丝速度的提高，有利于放电通道的迅速消电离，并且有利于电极丝把工作液带入较大厚度工件的放电间隙中，不仅能减小断丝和短路机会，而且有利于电蚀物的排除，所以提高了加工速度，从而也就提高了单个脉冲蚀除量，继而使加工工件的粗糙度值Ra有所变大；但是走丝速度过高，电极丝抖动严重，破坏了加工的稳定性，使表面粗糙度急剧恶化变差正是由于较低的走丝速度能保证较好的加工稳定性、加工精度以及表面粗糙度，所以近年来低速走丝线切割机床的发展极为迅速经多次精修加工后工件表面粗糙度Ra可达0.05 ym2.3电极丝变频进给速度的影响变频进给速度对线切割表面粗糙度的影响很大线切割加工的变频进给速度采用的是伺服进给方式[3]必须保证工件的进给方向上的进给速度等于工件蚀除速度，并保证一定的放电间隙最好的变频进给速度应当是使有效放电状态的比例尽量最大，开路和短路状态比例尽量小，这时表面的粗糙度会达到最佳。

如果变频进给速度超过工件的蚀除速度，会出现频繁的短路现象，工件上下端面成焦黄色，并且会造成工件“顶丝”现象的发生，从而使工件表面产生一些“波浪”形状，使表面粗糙度大大降低反之，变频进给速度太慢，极间将会偏于开路，加工间隙较大，在间隙中电极丝的振动造成时而开路时而短路，也会很大程度地影响表面粗糙度2.4 电极丝张力的影响电极丝的张力大小对线切割加工工件的表面粗糙度有很大的影响电极丝的张力不足，将出现松丝、抖动，会造成频繁短路，以至加工不稳定，由于受到放电压力作用而易产生过度弯曲变形，从而影响工件的粗糙度：如果电极丝张力加大，虽然降低了松丝和抖动，表面粗糙度会有一定的提高，但是这样容易超出电极丝的弹性变形范围，加工时频繁往复的摩擦和急冷急热变化很容易造成断丝所以在条件允许时，尽量选择较大张力有利于提高工件表面粗糙度一般高速走丝线切割机床电极丝张力为5-10N，使用之初张力可以大一些，使用一段时间后，张力宜小一些2.5 电极丝换向次数的影响在高速走丝加工过程中，工件的加工表面往往会出现黑白交错的条纹，如下图1所示，这是由于工作过程中，电极丝不断换向所造成的工作液的分布随着电极丝的走向而往复发生变化。

电极丝自上而下运动时，工件的上端面工作液充分，而下端不充分，加工面呈上深下浅，电极丝自下而上运动时，则加工面呈上浅下深每换向一次，颜色就变化一次，多次换向的结果，就使工件的表面形成了黑白条纹高速走丝加工时，由于加工速度比较高，电极丝换向的频率非常大，换向时在加工面上痕迹积累起来，便形成了纵向条纹出现这种波纹后，波纹的凹凸平面度会超过电腐蚀形成的放电痕迹的平面度，从而使工件表面粗糙度值Ra增加并且由于电极丝的不断换向，电[来自Www.L]极丝与导轮滑动摩擦非常严重电极丝从放电间隙带出的放电产物是硬度比较高的研磨剂，使V型槽底部磨出凹槽，引起电极丝的抖动，从而引起工件表面粗糙度的下降为了避免加工面上出现走丝痕、换向痕等不利于工件表面粗糙度的痕迹，通常采用相对比较慢的变频进给速度[4]2.6 电极丝垂直度的影响在对精密零件进行加工以及进行锥度切割时，电极丝必须垂直于工作台定位面或者工件的装夹基准面[5]电极丝运动的位置主要取决于上下导轮如果导轮有径向圆跳动或者轴向穿动，电极丝就会发生振动，使加工很不稳定，从而使工件的表面粗糙度值Ra增大下图2即为电极丝水平径向跳动引起的电极丝的振动示意图另一方面，导轮V型槽的圆角半径超过电极丝半径时，将不能保证电极丝的精确位置。

上下导轮主线方向的不平行，或者两导轮轴线虽然平行，但V型槽不在同一平面内，导轮的圆角半径会很快地磨损，是电极丝正反向运动时不靠在同一个侧面上，工件表面产生黑白条纹，从而大大地影响了工件表面粗糙度所以说，在机床运行一段时间后，应更换导轮，以及导轮轴承在切割锥度工件后和进行再次加工前，应再进行电极丝的垂直度的校正3结束语本文详细分析了电极丝各因素对电火花线切割加工工件表面粗糙度的影响事实上，各因素之间是相互联系和制约的为了达到最佳的线切割效果，除了合理地选择电极丝的直径、走丝速度、张力等因素外．还要注意其他方面对工件表面粗糙度的影响比如，电参数中的功率管数、脉冲宽度、脉间宽比值，以及非电参数中的工件材料与厚度、工作液种类、机床的传动精度等所以，在电火花线切割加工过程中，合理选择搭配各因素指标，可达到最佳放电效果，以达到最优的工件表面粗糙度Reference[1]张辽远现代加工技术[M]北京：机械工业出版社，2002[2]龙华，刘瑞已，任成高电极丝对线切割机床加工工艺性能影响的研究[J]机电产品开发与创新，2006，11(6)：178-179[3]曹凤国电火花加工技术[M]北京：化学工业出本社，2004[4]金海明，吴李鹏影响线切割加工质量的原因及解决办法[J]模具制造，2006，(9)：54-56[5]沈武群电极丝对快走速线切割加工工艺性能的研究[J]科技创新导报，2007，33:159-160  -全文完-。