电火花线切割的一些注意事项.docx

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电火花线切割的一些注意事项

冲压模与电火花线切割加工技术

我国先进水平的冲压模现状

电火花线切割标志着冲压模先进水平的是高精度、长寿命、多工位级进模，它具有结构复杂、制造难度大、精度高、寿命长、生产效率高和低耗材耗能的特点，是我国重点发展的精密模具品种之一。

近年来，我国模具工业有了长足的进步。

2005年模具产值为610亿人民币，2006年约720亿，平均每年以20%～25%的速度增长。

模具的技术水平同样有显著提高，一些国产优质模具的性能已接近国外同类产品的先进水平，而这些优质模具大多数为塑料模和冲压模。

冲压模的加工离不开电火花线切割机床（WEDM）。

据统计，我国约有80%的WEDM用于冲压模加工。

有代表性的电机铁芯自动叠片硬质合金多工位级进模，精度达2m，步距精度达3m，双回转精度1，拼块精度1m，表面粗糙度Ra0.1～0.4m，寿命1亿次；美国奥伯格、日本黑田、法国宝捷时等电机铁芯双排自动叠片模，精度为1m，步距精度2m，模具寿命2亿次。

虽然精度已接近国外先进水平，但寿命有一定差距。

高水平的空调器翅片多工位级进模，精度达2m，凸、凹模的工作面近千处，冲裁间隙为0.01mm的达300多处，一次冲出翅片数达36列，模具寿命2亿次以上；日本日高精机、美国OAK、意大利GBS公司制造的36～72列数翅片级进模，精度达2m，步距精度3m，寿命5亿次以上。

同样，精度已接近国外先进水平，但模具寿命有较大差距。

体现高难度成形的彩管电子枪零件（G5）25工位硬质合金级进模，精度达2m，模具在高速冲床上应用，冲制0.245mm厚的无磁不锈钢，经各道工序后，制品精度达±5m，模具寿命3千万次以上；日本东芝、日本日立等公司制造的彩管电子枪零件级进模，精度为2m，步距精度3m，模具寿命5千万次以上。

同样模具寿命有差距。

高性能的集成电路框架32工位级进模，精度达2m，在高速冲床上冲速达350～500次/分，寿命为3千万次以上；日本山田、美国奥伯格等公司制造的100条脚以上的集成电路框架模，精度达2m，步距精度3m，模具寿命1亿次。

还有如自主创新的手机连接器50工位级进模，精度达2μm，步距精度3μm，模具寿命2亿次；数码相机弹簧片18工位级进模、接插件46工位级进模等都达到了较高的水平。

综上可以看出，具有代表性的我国精密、复杂、高效、长寿命冲压模的制造水平（精度、表面粗糙度等）已接近或达到国外先进水平，而以上这些模具的型孔、定位孔等关键部位基本上都依靠精密WEDM进行加工，说明我国精密、复杂、高效、长寿命冲压模的技术进步与WEDM技术进步密切相关。

我国的WEDM分为低速走丝电火花线切割机（LSWEDM）及高速走丝电火花线切割机（HSWEDM）两类。

精密、高效、复杂、长寿命冲压模一般由LSWEDM进行加工。

LSWEDM国内外现状及其在冲压模中的应用

总体来说，LSWEDM的技术含量在机床行业属高新技术产品，但从国内外发展情况来看，它本身的技术水平大致可分为：

顶级、高档、中档三个层次。

◆顶级机这种LSWEDM代表了当前最高水平，但基本上都是瑞士和日本的产品。

这种机床的最大切割速度为400～500mm2/min，最高加工精度可达±1m，表面粗糙度Ra为0.05m，加工表面无变质层，具有φ0.02mm的细丝切割功能，功能齐全，自动化程度高。

例如：

瑞士阿奇的AGIECUTVERTEX系列机床，其加工工件的轮廓精度Tkm（Tkm＝±[最大值－最小值]/2）为±1m，Ra为0.05m，加工表面无变质层；瑞士夏米尔的ROBOFIL2050TW、6050TW双丝切割机床，最高加工精度±1m，Ra为0.05m，具有完美的加工表面质量；还有如日本三菱、牧野、沙迪克生产的相关机床。

这类机床最大特点是不但加工精度高，而且表面无变质层，可以直接完成模具的精密加工，所加工的模具寿命已达到机械磨削水平。

◆高档机（标准机）这类机床一般都具有自动穿丝功能，无电阻防电解电源，有的也有细丝（φ0.03mm）切割功能，最大切割速度400～500mm2/min，加工精度一般在±3m（精度定义不尽相同），Ra为0.2～0.3m，这类机床基本上也由瑞士和日本公司生产。

例如：

瑞士阿奇的AGIECUTEXCELLENCE系列，其加工精度（Tkm）±1.5m，Ra为0.1m，具有较高的水平；又如：

瑞士阿奇的AGIECUTPROGRESS系列机床，第一次切割加工，其切割速度为350～500mm2/min的情况下，Ra可达0.8m，具有很大的实用价值，这在高档机中属佼佼者。

具有高档机水平的机床还有瑞士夏米尔、日本三菱、沙迪克、牧野生产的相关机床。

这类机床也广泛用于精密冲压模加工，但有的还需研、磨配合加工。

◆中档机（入门机）瑞士、日本在中国的独资（合资）企业为了适应中国市场的需要，同时也生产一些中档机床。

如：

日本沙迪克特种（苏州）生产的有关型号机床；大连三菱FA系列中有关型号的机床；瑞士夏米尔ROBOFIL380、390机床以及北京阿奇夏米尔生产的XENON机床等。

这些机床一般在60～80万元/台（中档规格）。

台湾及台湾在大陆生产的企业一般也在生产中档水平的LSWEDM。

中档机床一般都具有无电阻、防电解电源、切割速度为300～400mm2/min，加工精度可达±5m，Ra为0.4～0.5m。

应该指出，根据国外所提供的机床资料，各公司加工精度的评价方法不尽相同，用于评价加工精度的加工工件材料、形状、尺寸也不同，因此，关于顶级机、高档机、中档机的表述仅供参考。

由于LSWEDM精密加工技术与加工表面完整性技术的结合，使LSWEDM加工技术上了一个新台阶，并推动了精密、复杂、长寿命冲压模加工技术的进步，使LSWEDM在精密冲压模加工中具有不可替代的作用。

随着模具工业的迅速发展，LSWEDM的市场也在不断扩大，2003年LSWEDM国内年产量仅800台，至2004年已达1800台，2005年达2400台，2006年初步统计约3500台，产值约25～30亿人民币。

预计今后还有更大的发展空间。

HSWEDM的技术进步HSWEDM同样用于冲压模加工，但一般以中、低档模具为主。

由于它的实用性、经济性，所以在国内有较大的市场，目前年产量达3.5～4.0万台/年左右，产值约14亿人民币。

模具制造企业基本上都装备了这类机床，有的多达15～20台，可是这类机床加工精度较低（尺寸精度0.015mm），加工表面质量较差，但近来HSWEDM技术水平有了较大的进步。

根据LSWEDM多次切割实现精密加工的原理，开始对HSWEDM进行多次切割技术的研究，并有所突破。

如上海大量、苏州新火花等一些企业开发生产了多次切割HSWEDM新产品，提高了加工精度，改善了表面质量。

实现多次切割加工技术，主要解决的问题是：

加工过程中电极丝空间形位变化的控制，为此，采用高耐磨性的导向装置、恒张力的控制机构以及采用走丝速度程控调节等措施，这是实现多次切割的基本条件；窄脉宽、高峰值电流的新型脉冲电源是提高多次切割工艺水平的重要保证；又如：

采用短程往复走丝、改变跟踪控制方法、进行系统工艺试验开发多次切割软件等；提高机床的运动精度对多次切割的HSWEDM显得更为重要。

多次切割提高了HSWEDM的加工工艺水平。

例如：

苏州新火花公司的多次切割HSWEDM，在三次切割后表面粗糙度Ra≤1.2μm时，平均加工速度≥50mm2/min，加工工件表面光泽，无切割条纹。

机床的最大切割速度190mm2/min，最佳表面粗糙度Ra0.8μm；上海大量TP系列的多次切割HSWEDM，在进行三次切割后Ra≤1.0μm，加工精度（尺寸差）≤6.0μm。

以该公司加工的八方工件为例（下表），说明多次切割技术在HSWEDM上的应用，使HSWEDM加工工艺水平有较大提升。

项目

工艺指标

第一次切割

第一次切割

第一次切割

脉冲参数P

P33.1

P3.1

P0.0.0

补偿量f（mm）

0.14

0.10

0.09

切割速度v（mm²/min）

66

45

55

表面粗糙度Ra（μm）

3.45

1.40

0.80

加工精度（mm）

0.05

WEDM模具加工技术的展望

随着多工位级进模的不断发展，由单排级进模技术向双排多列级进模技术发展；而且多工位级进模的功能越来越复杂。

以电机铁芯自动叠片多工位级进模为例，有铁芯大规格自动叠片、铁芯双排扭槽叠片、多排直槽叠片、大回转叠片、双回转叠片等。

因此，模具结构越来越复杂、制造难度越来越大、精密加工的要求越来越高，为了满足模具发展的需要，推动了WEDM向更高层次的发展，而代表WEDM高层次发展方向的应属LSWEDM。

在LSWEDM的加工过程中，为了减少人的干预，保证达到预期的工艺指标，自动化、信息化是LSWEDM的发展方向。

在顶级机、高档机完善的专家系统及电极丝自动交换（多工位自动穿丝、双丝切割自动换丝）的基础上，进一步实现工件自动交换（AWC），以自动完成全部加工过程，减少人的干预，以达到预定的加工目标。

瑞士阿奇的AGIEVISONCNC系统与机器人或装卸装置及与网络功能相配合，组成智能化的制造系统。

例如，美国的Chelar工模具公司的瑞士阿奇EVOLUTION3LSWEDM，配用能安装10个工件托盘的SD10型机械手及PROWN&SHARPECMM测量机后，实现全自动无人看管运行，机床年运行工时已达6800h。

瑞士夏米尔公司千禧版的CNC系统是基于WINDOWSNT操作系统，在ROBOFIL240CC/440CC上控制内装的QCRW型机械手，具有能装卸重达100kg工件的托盘。

此外，CNC系统具有接入局域网（LAN）的标准配置，机上还装有一个RJ-45接口和以太网卡。

在自动化、信息化方面，还有日本沙迪克公司CNC系统、日本三菱的64位CNC系统等，有了这些功能完备的系统，配以标准化机械接口，通过3R系统或EROWA系统的机械手，可方便地实现工件（托盘）的自动交换。

 高速电火花线切割技术存在的问题首先是切割效率偏低，其次切割表面存在黑白交叉条纹也影响加工表面宏观质量的一个重要问题。

  电火花线切割稳定加工的前提是首先必须保证在切割过程中不频繁断丝。

断丝的几率是随放电能量和切割厚度的增加而加大，即与电极丝在放电通道内所受到离子轰击、冷却状态及停留时间密切相关。

切割的效率和表面粗糙度也与极间冷却与消电离并恢复绝缘状态有关。

目前普遍使用含有机械油5%左右的乳化液作为工作的介质，切割完毕后出现两个现象：

一、是工件是粘附在基体上的，一般需要用力甚至敲击才可以使其与基体脱离；二、是工件表面覆盖着胶粘的甚至是粉末状的蚀除产物，需要煤油才能刷洗干净。

这主要是放电通道内10000?

C以上的高温，是乳化液分解生成胶体状或颗粒状的物质所致。

这些物质粘附在切缝内，并主要在切缝的出口堆积，严重影响电蚀产物的排出，并阻挡了新鲜工作液介质进入切缝。

由于两级间不能维持不断更新工作介质，从而直接影响正常放电的延续，甚至是在混有大量胶体物质的间隙内进行放电并产生电弧放电，从而使工件和电极丝表面得不到及时冷却，绝缘状态不正常，造成正常放电比例降低，切割速度降低，工件表面烧伤，换向条纹严重等一系列问题，同时损失电极丝的耐用度，严重时引起烧丝。

因此乳化液对于极间通道冷却、消电离均有较大影响，粘稠状的产物会对电极丝起到“保温”的作用，工件越厚，运丝越慢，电极丝的加工区域停留时间越长，断丝的几率自然就会增加，而乳化液在极间放电时将分解成胶体或颗粒状物质是一种必然的现象，所以使用乳化液必然会大大限制切割工艺指标的提高，极间冷却状态恶化其中最直接的结果是导致高速走丝机必须以十分保守的放电能量换取不断丝的加工状况。

目前使用乳化液为工作介质时一般平均切割电流都在3A以内，在这种放电能量条件下是不可能获得较高切割效率的

　因此在使用乳化液作为工作介质的前提下，以往对高频脉冲电源的改进及运丝系统的完善等措施对切割效率的提高均收效甚微，这就是目前高速走丝线切割的切割效率长期徘徊在很低水平的根本原因。

 此外由于使用乳化液会导致蚀除产物在切缝出口部位堆积，在存在大量蚀除产物且冷却不充分的条件下产生的放电，将导致炭黑物质反粘在工件表面并可能引起工件表面烧伤，产生黑白交叉条纹，因此切割表面的黑白交叉条纹一般出现在运丝的出口处，颜色是由工件内部向外逐渐变深，且由于重力的作用，在上下喷液基本对称时，电极丝自下向上运丝时由于蚀除产物的排出能力比电极丝由上向下运丝时弱，工件上部的条纹会比下部的条纹颜色深且长。

乳化液的洗涤能力越差，切割表面的条纹就会越明显；因此高速走丝线切割切割时产生黑白交叉条纹的根本原因仍是工作介质的洗涤性能的问题。

目前人们只能通过增大乳化液的浓度、添加一些洗涤性物质和增大脉间来改善切缝内的冷却和洗涤状态，减弱条纹的颜色。

  因此必须选用在放电过程中尽量不生成粘稠状高分子化合物的非油或少油性工作液，以保证切缝内工作介质的均匀与流动，才能达到改善放电状态的目的。

    我厂经过长期试验证明，当选用洗涤性良好的南京开源牌DX-2（高效能型）线切割乳化油或DX-4（通用合成型）线切割工作液的水溶性线切割液后，切割完毕工件自动落下，切割表面只有一层薄膜状物质，没有换向条纹，证明其极间呈现均匀冷却状况。

在此冷却条件下，可采用较大的放电能量（平均切割电流4～5A）进行持续稳定的切割，切割效率超过150mm2/min。

比且切割表面较光滑、平整，表面残存的金属液滴也较少。

从典型的放电波形观察，使用洗涤能力较差的乳化液时，由于极间充满导电的胶体或颗粒物质，采集到的放电波形基本没有击穿延时，较多比例有脉冲在起始时即呈现短路状态，且放电过程中电压跳动较大，说明放电过程中间隙状态不稳定，而在使用水溶性工作液条件下，放电波形呈现出间隙放电的典型特征——放电击穿延时现象，且间隙时的洗涤条件愈好（如切割厚度较小时），放电击穿延时的比例就愈高，放电电压的波动也较小，说明极间区域存在较均匀的工作介质，从而体现出间隙放电的特征。

   在使用水溶性工作液后，由于切缝内可得到均匀的冷却，切缝内工作介质在电极丝的带动下贯穿流动，因此换向条纹可很淡甚至消除。

采用水溶性工作液改善了极间的洗涤状态后，还可通过脉冲电源的改进增大放电间隙，从而进一步改善极间的洗涤状态，以适合采用更高切割能量进行高效率切割的需求。

  在试验中发现，在采用普通矩形波脉冲电源时，放电间隙较窄，在5A大能量加工时发生加工不稳定现象，短路和电弧放电的脉冲增多，此时虽平均加工电流增大，但有效的放电脉冲并没有增加，因此在这种情况下切割电流继续增加，加工速度基本不变，但断丝的几率会增加。

如要保持稳定加工的状态，继续增加电流，增加脉冲的击穿几率，还可提高切割效率。

  而对于不能保证极间均匀冷却的切割情况，电极丝在通过放电间隙的同时，也是蚀除产物将电极丝表层附着的膜抹干的过程，当切割工件较厚时，电极丝在工件出口处的相当长距离内将处于基本无工作介质保护膜状态，且是在冷却条件极为恶劣的条件下进行放电，这样的电极丝的损耗自然就会增加，同时断丝的几率也会大大增大。

如放电间隙加大，在同样能量切割时其丝损耗会较低，且同时还可维持较高切割效率的原因。

对于高速电火花线切割，电极丝的损耗也是一项重要的指标，要降低电极丝的损耗首先必须减少放电过程中离子对电极丝的轰击作用，并尽量减少电极丝对放电能量的吸收，这就需电极丝表面能快速汽化，使电极丝表面在得到冷却的同时把热能释放回放电通道内，形成汽化压力，从而提高对蚀除产物的排除能力，因此只有保持极间均匀冷却作用才可使工作介质在电极丝表面形成一层吸附膜，以减缓正离子对电极丝有轰击作用，同时通过工作介质自身的挥发带走大量的热量，以降低电极丝的损耗并提高其耐用度。