二、WEDM-HS工......



二、WEDM-HS工藝指標(biāo)大幅度提高的可行性分析
1、 WEDM-HS放電間隙分析
以往通常認(rèn)為WEDM-HS單邊放電間隙基本在0.01m m左右，這主要是因?yàn)椴捎萌榛簽楣ぷ鹘橘|(zhì)時(shí)切割能量都局限在較小的范圍內(nèi)，并且用普通

量具測(cè)量出的放電間隙是個(gè)虛值，由于脈沖電源的峰值電流較低，放電通道內(nèi)金屬的蝕除形式以熔化為主，因此放電點(diǎn)周邊存在較多的毛刺及

凝固金屬液滴(圖5)，進(jìn)一步減少了有效的放電間隙，但如果改用洗滌能力較強(qiáng)的復(fù)合工作液，其放電間隙將會(huì)提高且隨著放電能量的增加，

放電間隙也會(huì)大大增寬。
在采用復(fù)合工作液時(shí)經(jīng)過(guò)測(cè)微顯微鏡直接測(cè)量工件表面的切縫寬度可得出在平均加工電流4安培時(shí)實(shí)際單邊放電間隙已超過(guò)0.03mm(未考慮切割

面的腰鼓度)，且隨著切割能量的繼續(xù)增加以及工作介質(zhì)洗滌能力的增強(qiáng)而加大。因此在工作介質(zhì)洗滌性能較好的情況下WEDM-HS完全可以通過(guò)

增加脈沖電源的峰值電流而獲得更大的放電間隙[2]甚至獲得與WEDMLS相近的放電間隙。因此在保持極間清潔的狀態(tài)下完全可以采用與WEDM-LS

類似的工作介質(zhì)高壓噴射的方式協(xié)同高速運(yùn)絲所產(chǎn)生的對(duì)工作介質(zhì)的引流作用，并借助工作介質(zhì)良好的洗滌作用獲得極佳的極間冷卻效果及對(duì)

蝕除產(chǎn)物的沖洗作用，從而獲得更高的切割效率及良好的切割表面質(zhì)量。
2、WEDM-HS電極絲電流承載能力分析
處于高速運(yùn)行的WEDM-HS電極絲在冷卻充分的條件下是完全可以承受平均電流20安培以上的短路電流的(Ф0.18mm)，這只需通過(guò)正常運(yùn)行的電

極絲與工件短路就可得以驗(yàn)證。但目前正常加工條件下一般都采用3.0A以內(nèi)的平均加工電流進(jìn)行切割，其根本的原因仍是放電間隙內(nèi)不確定的

極間冷卻狀態(tài)所致，如果很好地解決了工作介質(zhì)的洗滌性問(wèn)題，保證工作介質(zhì)在放電間隙內(nèi)獲得均勻流動(dòng)，同時(shí)借助具有良好洗滌作用的工作

介質(zhì)的高壓噴射沖洗作用，在電極絲高速運(yùn)行的條件下，使用同等直徑的高速運(yùn)行的鉬絲應(yīng)具有比低速運(yùn)行的黃銅絲更好的冷卻條件與電流承

載能力，可以采用更大的放電能量進(jìn)行切割從而獲得更高的穩(wěn)定切割速度。表1為兩種走絲加工方式下加工條件對(duì)照表。
目前WEDM-LS用鍍鋅電極絲已經(jīng)可以達(dá)到承受峰值超過(guò)700安培或平均值超過(guò)45安培的大電流切割的要求[3]，對(duì)比表1可以看出當(dāng)選用了洗滌能

力良好的工作介質(zhì)并采用高壓噴液的冷卻方式后，伴隨著對(duì)WEDM-HS脈沖電源的深入研究，WEDM-HS應(yīng)該可以獲得切割效率及表面質(zhì)量的顯著提

高。
3、電極絲運(yùn)絲速度分析
WEDM-HS與WEDM-LS的最直接區(qū)別體現(xiàn)在走絲速度方面，但在采用洗滌性良好的工作介質(zhì)后，WEDM-HS的走絲速度是完全可以降低的。WEDM-HS采

用工作介質(zhì)電極絲帶入的方式進(jìn)行冷卻，電極絲的高速運(yùn)行有助于工作介質(zhì)的進(jìn)入與蝕除產(chǎn)物的排出。以往通常認(rèn)為這種冷卻方式的采用主要
電火花線切割工藝指標(biāo)主要包括切割效率、精度及表面完整性等項(xiàng)目，在切割效率方面目前低速走絲電火花線切割(WEDM-LS)一次切割最高效

率已經(jīng)可達(dá)500m m2/min，中檔WEDM-LS實(shí)用的一次切割最高效率為150m m2/min左右[1]，而我國(guó)獨(dú)有的高速走絲電火花線切割(WEDMHS)自上世

紀(jì)80年代以來(lái)實(shí)用的一次切割最高效率仍徘徊在60～80 mm2/min，其它工藝指標(biāo)也與WEDM-LS的相差甚遠(yuǎn)，差距十分明顯。我國(guó)的電火花線切

割技術(shù)如何發(fā)展的問(wèn)題已成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。
一、目前WEDM-HS存在的主要問(wèn)題及分析WEDM-HS技術(shù)存在的主要問(wèn)題首先是切割效率偏低，由此帶來(lái)諸如多次切割工藝實(shí)用意義不大，導(dǎo)致切
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割精度與表面質(zhì)量無(wú)法大幅度改善等一系列問(wèn)題；其次切割表面存在黑白交叉條紋也是影響WEDM-HS切割表面宏觀質(zhì)量的一個(gè)重要問(wèn)題。
電火花線切割穩(wěn)定加工的前提首先必須保證在切割過(guò)程中不斷絲。斷絲的機(jī)率主要隨著放電能量和切割厚度的增加而加大，即與電極絲在放電

通道內(nèi)所受到的離子轟擊、冷卻狀態(tài)及停留時(shí)間密切相關(guān)。切割的效率和表面粗糙度也與極間冷卻與消電離并恢復(fù)絕緣狀態(tài)有關(guān)。目前普遍使

用含有機(jī)械油5％左右的乳化液作為工作介質(zhì)，切割完畢后出現(xiàn)兩個(gè)現(xiàn)象：首先切割完畢的試件是粘附在基體上的，一般需要用力甚至敲擊才
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可以使其與基體脫離；其次切割完畢的試件表面覆蓋著膠粘的甚至是粉末狀的蝕除產(chǎn)物，需用煤油才能刷洗干凈。這主要是伴隨著放電通道內(nèi)

10000°C以上的高溫，乳化液將分解生成大量的含碳高分子化合物并與金屬蝕除產(chǎn)
物反應(yīng)生成膠體狀或顆粒狀物質(zhì)所致。如圖1所示，這些物質(zhì)粘附在切縫內(nèi)，并主要在切縫出口部位堆積，嚴(yán)重影響電蝕產(chǎn)物的排除，并阻擋

了新鮮工作介質(zhì)進(jìn)入切縫。由于兩極間不能保證存在不斷更新的工作介質(zhì)，將直接影響正常放電的延續(xù)甚至是在混有大量膠體物質(zhì)的間隙內(nèi)進(jìn)

行放電并產(chǎn)生電弧放電，從而使工件和電極絲表面得不到及時(shí)冷卻，絕緣狀態(tài)不正常，造成正常放電比例降低，切割速度降低，工件表面燒傷

，換向條紋嚴(yán)重并使加工質(zhì)量惡化，同時(shí)損傷電極絲的耐用度，嚴(yán)重時(shí)引起燒絲。因此選用乳化液作為工作介質(zhì)對(duì)于極間通道內(nèi)冷卻狀態(tài)的改

善、消電離并恢復(fù)絕緣狀態(tài)均有較大的影響，甚至粘稠狀產(chǎn)物反而會(huì)對(duì)電極絲起到“保溫”作用，并且工件愈高，運(yùn)絲速度愈慢，電極絲在加

工區(qū)域停留時(shí)間將愈長(zhǎng)，斷絲的機(jī)率自然就會(huì)增加。而乳化液在極間放電時(shí)將分解成膠體或顆粒狀物質(zhì)是一種必然的現(xiàn)象，所以使用乳化液必

然會(huì)大大限制切割工藝指標(biāo)的提高。極間冷卻狀態(tài)惡化其最直接的結(jié)果將導(dǎo)致WEDM-HS必須以十分保守的放電能量換取不斷絲的加工狀況。目

前使用乳化液為工作介質(zhì)時(shí)一般平均切割電流都在3A以內(nèi)，在這種放電能量條件下是不可能獲得較高切割效率的。