高速走丝电火花线切割断丝分析与防范
2017-6-28 来源： 吴泽民 沈正宇 作者：东北石油大学
摘要：针对高速走丝线切割加工常遇到的断丝问题，详细分析断丝产生的基理和导致断丝的重要因素，结合使用的经验提出高速走丝线切割的断丝防范措施。
关键词：高速走丝线切割；断丝；防范
0.引言
电火花线切割是特种加工中应用比较广泛的一种加工。其机床按电极丝运动速度的不同可分为高速走丝电火花线切割机床和低速走丝电火花线切割机床，其中高速走丝电火花线切割机床因其操作简单、成本低等优点而被高校实习普遍采用。但是高速走丝线切割加工经常会出现断丝现象，断丝影响了加工表面质量，降低了加工效率,频繁的断丝还会导致工件报废。断丝成了高速走丝线切割加工工艺发展的重大阻碍[1]。
东北石油大学工程训练中心拥有 4 台高速走丝线切割机床，主要应用于学生的工程实训。在实训过程中经常出现断丝现象，影响实训的顺利进行。经过我校教师多年的潜心研究，目前已经很好地控制了断丝问题。下面根据我们的经验分析断丝的基理和防范措施。
1.断丝基理分析
高速走丝线切割加工中产生的断丝，一般分为两种情况，即正常磨损断丝和非正常断丝[2]。正常磨损断丝是指在加工中由于放电腐蚀导致电极损耗，电极丝逐渐变细，直到最后电极丝不能承受正常的能量负载而烧断。通过合理选择影响加工的因素可以适当的延长电极丝的使用寿命。非正常断丝则是指由于加工中某些因素导致切割过程不稳定、高频电参数设置不合理使放电不稳、工作液浓度配置不当，以及加工条件的变化和漂移等原因造成的断丝。非正常断丝对工件的加工质量和加工效率产生很大影响，应尽量避免。
2.非正常断丝分析和防范
加工过程中产生的非正常断丝的因素有很多，其主要原因是加工过程不稳定所致，所有引起加工不稳定的因素都可能导致断丝。
2.1 高频电源参数引起的断丝分析与预防措施
高频电参数的选取直接影响到高速走丝电火花线切割加工的工件表面质量和加工的速度，而在加工中表面质量和加工速度又是相互制约的，所以在加工时电参数的选择以及相互之间的协调非常重要，主要包括脉冲宽度、脉冲间隙和脉冲强度。脉冲宽度与脉冲间隙比值要合适，如果比值过大将明显降低切割速度，影响连续进给，破坏加工的稳定性；比值也不能过小，脉冲间隙过小，工作液来不及进入缝隙恢复绝缘，很容易造成电弧短路而造成断丝。在选用较大的脉冲强度时会使加工速度变快，但加工表面粗糙度值大，使加工不稳定性增加，也会造成断丝。
在加工中产生断丝时，先排除是否因其它原因造成断丝，若判断是电参数选择不当，要尽量选择较低的峰值电流，调小脉冲宽度的同时增大大脉冲间隔，这里要注意，脉冲间隔不能太大，否则会使放电进给不能连续，产生断路而停止切割。一般情况下，脉冲宽度与脉冲间隔的比值选取在 1:3~1:5 之间。
2.2 进给速度不当引起的断丝与预防措施
加工时工作台进给速度是否合适也是造成断丝的重要因素。进给速度过快，会频繁的出现短路现象，加工工件表面出现不稳定的条纹痕迹，上下断面呈现烧伤现象，加工工件表面呈现焦褐色，一方面加工效率下降，另一方面极容易出现断丝情况；进给速度太慢，加工经常空载，极间将偏于开路，会出现时而开路时而短路现象，特别是在加工厚工件时，更易断丝。一般电极丝进给速度通过调整参数中的变频（CF）数值来控制，进度速度要与电极丝腐蚀的速度相适应，同时还要考虑工件的厚度。当工件厚度小于 10mm 时，进给速度可以适当增加，变频（CF）数值范围可调至 75～90 之间；加工厚度大于 50mm 的工件时，要相应增加脉冲强度，变频（CF）数值要尽量调小，一般不超过 60，使进给速度变慢，这样既可提高加工效率又可防止断丝。
2.3 电极丝张紧力的影响与预防措施
在加工过程中，电极丝张紧力的大小对其使用寿命和出现断丝现象具有一定的影响[3]。电极丝张紧力过于松会造成加工时电极丝抖动，加工表面精度下降，严重时电极丝跳出导轮槽，出现断丝。因此，电极丝张紧力的大小应根据电极丝材料性能和直径的不同，在电极丝抗拉强度允许的范围内应尽可能大一些，从而达到较好的切割质量。需要注意的是电极丝都具有一定的延展性，在使用一段时间后，在拉力作用下被拉长使电极丝松动，应及时进行紧丝，避免造成断丝。
2.4 工作液浓度和导电率的影响
电火花线切割加工时需要用专门的乳化液配制，主要起冷却、绝缘和冲刷的作用。工作液的浓度和导电率对加工过程中放电是否平稳起到一定影响。工作液浓度过高，致使溶液的导电率变小，火花放电产生大量气泡，导致电弧放电在空气中进行，而工作液起不到放电介质和冷却作用，电极丝在持续高温下加速消耗最后烧断。工作液浓度过低，其导电率变大，在加工时会经常出现短路现象，影响加工表面质量和加工效率，当脉冲电流过大时，将烧断电极丝。因此，工作液要满足使加工过程稳定并具有一定的绝缘强度，配制时一般按浓度 5%～10%配制。在加工过程中可通过产生火花大小得知工作液导电率变化，从而适当调整。
2.5 工件变形或受污、有夹渣或成分不均造成断丝与预防措施
加工时工件自身的组织、性能、形状大小也会影响电极丝的正常工作。当切割厚度较薄的板材工件时，工件切开后部分产生错位变形，容易将电极丝夹住，导致断丝。此时，可以通过调高峰值高频电流，增大脉冲宽度的方法，使电火花间隙加大，或用较粗的电极丝切割薄件等方法防止断丝。对于含有残余应力较大的工件，在切割时工件切开部分变形也会夹断电极丝。此时，应考虑消除工件残余应力措施及正确选择切入口和切割路线[4]。当工件表面存在毛刺、铁锈和污物时，容易造成集中放电或是放电不连续，出现刮丝或撞丝现象而引起断丝。所以，线切割加工前要清除起始位置的毛刺和飞边，如果工件表面有铁锈或污物，须清理干净，然后进行加工。加工时若多次在工件同一区域产生断丝，加工条件改变后仍不见效，此时很可能是工件材料有夹渣、成分不均引起的。可采取增大电流幅值和脉冲间隔，减小脉冲宽度，如果允许降低工作液浓度，让电极丝缓慢的切割通过此难加工区域，然后再调节到正常的加工速度进行切割。
3.结束语
在加工中，导致电火花线切割断丝的因素是多方面的，通过实践分析找出断丝的原因，采取有效地预防和排除断丝方法，可有效地提高电火花线切割的加工精度、加工质量和加工效率。
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