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預防高速走絲（sī）電（diàn）火花線切割斷絲（sī）的措施

2017-6-23 來源：青島理工大學機械工程學院作者：王賢勇

摘要:研究預防高速走絲斷絲的措（cuò）施，將有助於減少斷絲，提高生產效（xiào）率（lǜ），增加（jiā）高速走絲機床的市場競爭力。本文主要從電極絲的因素、送絲機構的因素、工件的因素、電參數的因（yīn）素、工作液的（de）因素和操作使用的因素等6個（gè）方麵提出了預防斷（duàn）絲的措施，通過這些措施大大減少（shǎo）了斷絲的（de）幾率，減少了成本，提高了生產效率。對（duì）於實際生產有很強的指導意義，將有助於提高高（gāo）速走絲的市場占有額。

關鍵詞：電火花；線切割；電極絲；工（gōng）作液

1.引言

隨著經濟和社會的發展，人們對（duì）機床的精度和效率的要求（qiú）也（yě）越來越高，而高速走絲機床低的加工精度嚴重影響了（le）其發展。通過研究發現，電極絲在加工過程中的斷（duàn）絲現象是影響高速走絲機床（chuáng）效率和精度提高的重要因素。通過總結前人的研究成果，發現影響電極絲斷絲的因素主要（yào）有 6 種：電極絲的因素、送絲機構的因素、工件（jiàn）的因素、電參（cān）數的因素、工（gōng）作液的因素和操作使用的因素。通過進行一係列的試驗和研究，針對這6個方麵存在的問題提出了相應的解決措施，將大（dà）大減少斷絲現（xiàn）象，提高高速走絲的加工精度和效（xiào）率，增加高速走絲的市場競爭力。

2.電極絲

在高速（sù）走絲中，電極絲的材料、長度和直徑、速度和存儲（chǔ）條件等選擇不當（dāng）都會引起斷絲，影響實際生產。

（1）電極絲材料一般選用（yòng）鉬絲，因（yīn）為其具有很好的韌性，可以（yǐ）減少電極絲（sī）在換向時造成的衝擊，同時還有較好的導電性（xìng），價格便（biàn）宜等優（yōu）勢。

（2）頻繁的換向是造成斷絲的一（yī）個很重要（yào）的原因，為此要加長工作（zuò）的電極絲的（de）長度，一般不應小於貯絲筒工作區域長度的一半，大約300～400m。在滿足實際加工條件的情（qíng）況下（xià），選取粗的電極（jí）絲，因（yīn）為粗的電極絲不易（yì）斷絲，且加工效率高，但直徑不是越粗越好，若直徑大（dà），則電蝕顆粒會增多，使工作液純度降低，及易造成斷絲[1]。選取的電極絲直徑一（yī）般為0.10～0.18mm[2]，當加（jiā）工的零（líng）件圓（yuán）角半徑較小或精度要求較高時，可選取直徑＜?0.06mm的電極絲。另外當直徑損耗了 0.03～0.05mm 時，應及時更換新絲（sī），防止斷絲。因此選用合適的電極絲（sī）直徑（jìng）是至關重要的，工件材料的厚度與直徑的選取關（guān）係（xì）如表1所示。

表（biǎo）1 工件材料厚度與電極絲直徑關係 mm

（3）電極絲的運行速度一般為 8～10m/s，有助於工作液進入（rù）到（dào）加工間（jiān）隙帶走電蝕產物。若移動（dòng）速度太慢，會造成集中放電，燒傷電極絲（sī），引起斷絲，反之則（zé）會使振動幅度加大，精度（dù）降低。

（4）因為電極絲選用鉬絲（sī），而鉬絲在空（kōng）氣濕度大的環境下極易被氧化，被太（tài）陽曬時會（huì）變脆（cuì），且受折容易斷裂，為此（cǐ）需（xū）要把新（xīn）買（mǎi）進的鉬（mù）絲放入密封的容器中，用時再（zài）取。

3.送絲機構的因素

送絲機構中的導輪、導電（diàn）塊、擋（dǎng）絲塊和（hé）貯絲筒等零部件的安裝不當及磨損，以及機構中導輪的材質選用不當和（hé）電極絲的鬆緊不適都會引起電極絲斷絲。

（1）在向高速走絲機床上安裝導輪、軸承和襯套等零件前一定要先將這些零件清洗幹淨，保證沒有雜質，且在使用 6～8 個月（yuè）後需及時（shí）更換，防止斷（duàn）絲[3]。在進行加工（gōng）前，需將貯絲筒後端的限位擋塊調（diào）整好，防止貯絲筒衝出限位行程開關（guān）而（ér）斷絲，同時貯（zhù）絲筒上纏繞的電極絲（sī）不允許出（chū）現疊繞（rào）和夾絲現象。新買進的導電（diàn）塊由於棱角比（bǐ）較鋒利，在運行中可能會劃斷電極絲，因此（cǐ）需在使用前將（jiāng）棱角進行倒圓。

（2）陶瓷和硬質合金導輪主要用來加工材質較硬和難熔合金工件，而（ér）鋼（gāng）製導輪主要（yào）加工材（cái）質較軟的工件（如鋼、鋁和銅等），根據工件材質的不同選擇合（hé）適的導輪，可減少導輪的磨損，減少斷絲。

（3）合（hé）適的電極絲張力將有助於減少斷絲（sī），提高生產效率（lǜ），電極絲張力一般為 5～10N，但在加工斷麵和孔時，因為在放電初始位置容易發（fā）生斷絲，需要適當的減少張力，在工作一段時間後將張（zhāng）力調到穩定狀態（tài）[4]。

4.工件的因素

待加工工件的表麵質量、內部的應力、厚薄和本身的（de）材質都能引起斷絲。

（1）當在進（jìn）行線切割加工的前一（yī）個工作流程為平磨加工（gōng）時，需要進行退磁處理，避免電蝕顆粒被吸附到切縫中，引起斷絲（sī）。在進行加工前，需觀察工件表麵，若存在鐵鏽、汙物和毛（máo）刺等，需及時清除，以免引起（qǐ）集中放（fàng）電，造成斷絲。若（ruò）工（gōng）件內部存在不導（dǎo）電雜質，可以編製（zhì）一段每進0.05～0.1mm便（biàn）後退0.5～1mm的程序，在（zài）加工中（zhōng）反複使（shǐ）用（yòng），同時加大工（gōng）作液的流量，將雜質衝刷掉[5]。

（2）若工件在線切割加工前（qián）有熱處理工序，可在（zài）熱處（chù）理前從工件內部加工穿絲（sī）孔，減少加工時因內應力釋放造成的斷絲。另外線切割工藝路線要選擇合理，如在粗加工（gōng）時要盡量去除（chú）掉多的材料，讓工件釋放出更多的應力，減少因線切割加工時工件（jiàn）變（biàn）形造成的夾絲現象。

（3）一般稱厚度在 3mm 以內的工（gōng）件為薄工件，加（jiā）工時必須采用（yòng）封閉式切割，從毛（máo）坯內部打工藝（yì）孔穿絲加工，避免工件因產（chǎn）生應力變形而夾斷電極絲。且加工（gōng）時要（yào）提高電源脈衝幅值，加大脈衝（chōng）寬度，采用較粗的電極（jí）絲，使放電間隙加大，同時要將工件夾緊防止冷卻（què）液對它產生過（guò）大的振動，從而減少斷絲[6]。厚工件一般是指厚度在100mm以上（shàng）的工件，加工此類工件引起斷絲的主要原因是排屑不暢。為此應盡可能地增大放（fàng）電間隙（一（yī）般應大於 0.02mm），使工作液在加工過程中（zhōng）充足穩（wěn）定的（de）包裹住電極絲並（bìng）進（jìn）入（rù）到加工區（qū）內，增強排屑（xiè）效果，提高切割的（de）穩定性，減少斷絲（sī）。

（4）切割鋁材會加快導電塊磨損並會切出窄縫，加（jiā）工時窄縫會使鉬絲產生（shēng）抖動並使工件上出（chū）現搓板紋，且會使工作液內含有大（dà）量的鋁質蝕除產物，容易導致斷絲現象（xiàng），為此切割（gē）鋁材要經常更換導電塊和工作（zuò）液[7]。

5.電參數的因素

在高速走絲電火花線切割加工中，選擇合理的電參數，可以有效地減少斷絲，提高（gāo）加工效率和精度。

（1）為減少斷（duàn）絲幾率，加工時選擇脈衝間（jiān）隔與脈衝寬度的比值在（zài）3～4倍（bèi）之間，工件（jiàn）與電極絲之間的放電間隙在0.01mm左右。同時在加工（gōng）過（guò）程中適時的調整脈衝間隙開關（guān）（工件越厚，脈衝間隙要調寬一些，工（gōng）件越薄，脈衝間隙則要調窄一些），直到電流表上指示電流穩（wěn）定在某一（yī）數值且（qiě）指（zhǐ）鍾擺動平穩為止[8]。

（2）在加（jiā）工前要使預置的（de）進給速度與工件的蝕除速度相當（dāng），這樣加工出來的表麵精度高，且（qiě）不易斷絲。同時正（zhèng）式（shì）加工的進（jìn）給速度一般調整（zhěng）到試切（qiē）時的80%～90%，有助於減少斷（duàn）絲。

（3）電極絲因直徑和材料的不同，所以其所（suǒ）能承受的短路電流峰值是有限度的。工（gōng）作（zuò）時的峰（fēng）值電流（liú）一般為電極絲所能承受的最大短（duǎn）路電流峰值的75%～90%，應在 40A 以內，平均放電電流小於5A，同時減小放電電流的上升率以降低（dī）電極絲（sī）的損耗，可提高加工精度，並延（yán）長電極絲重複使用壽命，防止斷絲。選擇合理的電參數將有效地減（jiǎn）少斷絲，表2 是對於一定厚度的工件，電（diàn）參數的選擇（zé）情況：

表2 一定厚工件的電參數（shù）選擇

6.工作液的因素

選擇合適的工作液成分（fèn）、性能、濃度（dù）和水壓等將有助於減少斷絲，同時切割軟材料時（shí），要對工作液進行適（shì）當調整，且要（yào）定期更換工作液。

（1）為了提高切割（gē）的穩定（dìng）性（xìng），並減（jiǎn）少斷絲幾率，一般選（xuǎn）用水基（jī）或含油成分少的工作液，同時在調配（pèi）工作液時（shí），最好不要使用自來水，因為自來水中存在鈣和鎂等有害於電蝕加工的（de）離子[3]

（2）工作液的性能好，將有助於減少斷絲幾率。為此工作液需要有一定的絕緣性能，較好的洗滌性能和冷卻性能（néng），以及（jí）減少脈衝能量損耗（hào）和改善電極絲損耗（hào）的性能。為有助於產生（shēng）高頻脈衝火花放電通道，並實現能量轉化與傳遞，同時放電（diàn）結束之後又能（néng）及時恢（huī）複絕緣狀態，工作液要有一定的（de）介電性能。此外理（lǐ）想的工作液應能產（chǎn）生合適的鍍覆現象，保護電極絲[9]。

（3）工作液的（de）濃度對（duì）電極絲是否發生斷絲（sī）有至（zhì）關重要的影（yǐng）響。工作液濃度太高，易在放電時產生氣泡，致使放電在空氣（qì）中進（jìn）行而（ér）產生電弧，會燒斷電極絲[10]，工作液（yè）濃度太低，將使工作液絕緣性（xìng）能降（jiàng）低，電阻率減小，降低了對工件（jiàn）的潤滑作用，也容易斷絲，因此一般工作液濃度控製在5%～10%左右。在（zài）進行大厚度工（gōng）件切割時，因為切縫較窄，導致工作液很難（nán）滲透到切縫內（nèi），排屑困難，易產生（shēng）短路而引起電弧放電，從而燒斷電極（jí）絲。此時需調整工作液濃度到 3%～5%左右，容易使工作液進入切縫內，帶走切屑，使加工比（bǐ）較穩定，且不易斷絲。

（4）線切割加工中工作液的衝刷作用相當重要，加工電流越大，切割就越迅速，則產生的切屑就越多。此時需要的水壓要求就越高，以便將（jiāng）切屑快速帶走，減（jiǎn）少斷絲幾率，水壓最高可達1.5MPa/cm2[11]。

（5）切割鋁、銅等軟性材（cái）料時，為了提高加工效率（lǜ）和表麵（miàn）光潔度，減少斷絲現象，可采用一些專用冷卻液，也有利於環境保護。

（6）若（ruò）線切（qiē）割（gē）機床每天（tiān）工作8h，則需在工作8～10天後更換工作液，對於連續（xù）工（gōng）作的線切割機床（chuáng），工（gōng）作180～200h 後（hòu）應更換切（qiē）割液，以免工作液中（zhōng）雜質太多（duō），造成斷（duàn）絲。

7.操（cāo）作使用的因素

正確操作機床，注意有（yǒu）可能（néng）造成斷絲（sī）的細節，將有助於減少斷絲，提高加（jiā）工效率（lǜ）。在加（jiā）工過程中切勿切換功能鍵，以免開關接觸不良造成短路從而引起電極絲燒傷，造成斷絲。在加工結束時，切割掉的（de）部位會在重力的作用下墜落，此時電極絲極（jí）易被夾斷，可采用磁鐵吸附和夾（jiá）板（bǎn）夾（jiá）持等方法及時固（gù）定。為減少電極絲在換向時造成（chéng）的衝擊，以及張緊力不（bú）均勻造（zào）成的（de）斷絲，在貯絲筒兩端應該預留5～10mm寬度的鉬絲間隔[11]。在切割過程中，如果貯絲筒換向時沒有切斷高頻電（diàn）源，會導致處於（yú）切割部位的鉬絲在短時間內因溫度過高而產生（shēng）燒絲，因此在加工時需檢查貯絲筒後（hòu）端的行程（chéng）開關是否失靈[12]。中（zhōng）途停機（jī）時必須先切斷高頻電源，否則會導致（zhì）電極絲在短時間內（nèi）因溫（wēn）度過高而產生燒絲[13]。同時停機床時，最好停（tíng）在兩個行程（chéng）開關位置（貯絲筒剛好換向時（shí）按下急停），因為如果此時（shí）鉬（mù）絲張（zhāng）力過緊，則電極絲冷卻後可能會掙斷（duàn）鉬絲，而（ér）這樣即使斷絲了，損失的電極絲會很少（shǎo），剩餘部分仍可繼續使用，減少了（le）損耗，此（cǐ）外如果（guǒ）不加工零件時還應（yīng）該鬆開絲頭一（yī）端。在拆絲和（hé）上絲時，會剪下很多長度很小的電極絲，可能會混（hún）到電（diàn）器部位中或夾在走絲裝置中，引起短路，造成斷絲，需將這些短頭集中放（fàng）置。

8.結論

影響高速走絲機床斷絲的原因有很多，本文通過一係（xì）列的實驗和前人（rén）的研究，總結出了針對這6個（gè）方麵（miàn）可能出現的問題的預（yù）防措施，大大減少（shǎo）了斷絲幾率，對於提高生產精度和（hé）加工效率有一定的借鑒（jiàn）意義。

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