1、电火花线切割加工工艺设计及试验专业机械设计制造及其自动化学生指导教师完成日期2015525扬州大学机械工程学院I摘要阐述了电火花线切割加工设备的组成部分、功能工作原理及操作方法。论述了电火花线切割加工的基本原理。通过工厂电火花线切割加工试验，熟悉其加工特性，掌握线切割加工工艺。研究开发了能实现复杂曲面零件电火花线切割加工的加工工艺。阐明了其加工原理、特点、组成及运动规律,并对各种主要硬件装置进行阐述和开发从而拓宽了电火花线切割加工的工艺范围，从根本上解决了复杂曲面零件的加工难题，具有很强的应用和推广价值。关键词电火花加工，线切割加工，加工工艺，复杂型面IIABSTRACTTHISPAPEREX
2、POUNDSTHEPARTS,FUNCTIONS,WORKINGPRINCIPLEANDOPERATIONMETHODOFTHEELECTRICALDISCHARGEMACHININGEQUIPMENTTHEBASICPRINCIPLEOFEDMWIRECUTTINGISDESCRIBEDTHROUGHTHEFACTORYELECTRICALDISCHARGEMACHININGEXPERIMENT,FAMILIARWITHTHEMACHININGCHARACTERISTICS,CUTTINGPROCESSTECHNOLOGYTHERESEARCHANDDEVELOPMENTOFTHEMACHI
3、NINGPROCESSOFTHEEDMWIREFORCOMPLEXCURVEDSURFACEPARTSISDEVELOPEDTOCLARIFYTHEMACHININGPRINCIPLE,CHARACTERISTICS,COMPOSITIONANDTHELAWOFMOTIONOFTHE,ANDTHEMAINHARDWAREDEVICECARRIESONTHEELABORATIONANDDEVELOPMENTSOASTOBROADENTHEELECTRICSPARKWIRECUTTINGMACHININGRANGEOF,FUNDAMENTALLYSOLVESTHEPROBLEMOFMACHININ
4、GCOMPLEXCURVEDSURFACEPARTS,HASSTRONGAPPLICATIONANDPOPULARIZATIONVALUEKEYWORDSEDM,WIRECUTTING,MACHININGPROCESS,COMPLEXSURFACE电火花线切割加工工艺设计及试验III目录摘要I第一章引言111特种加工技术的概念及其意义112特种加工技术的类别及其应用范围1121机械特种加工1122电气特种加工1123热特种加工2124化学特种加工213特种加工技术现状及实际应用2131机械特种加工2132电气特种加工2133热特种加工2134化学特种加工314电火花线切割加工的发展及现状314
5、1电火花线切割加工技术的发展趋势与工艺进展3第二章电火花线切割加工的机理及应用721电火花线切割加工基本原理7211低速走丝线切割加工基本原理8212高速走丝线切割加工基本原理922电火花线切割加工物理过程1023电火花线切割加工的特点15231电火花线切割加工与电火花成形加工的特性比较1524电火花线切割加工的局限性1725电火花线切割加工的应用1726电火花线切割加工工艺及机床1827本章小节25第三章电火花加工实验设备2631机床传动系统27311工作台的传动路线27312运丝部件的传动路线28313线架2832机床搬运和安装2933机床操作和调整29331提前准备工作29332工作台调
6、整30333调整线架30电火花线切割加工工艺设计及试验IV334钼丝绕装30335工件装夹31336机床操作步骤31337机床的维护与故障的排除3234机床控制系统33341操作面板3334本章小结36第四章加工试验及分析3741试验方式3742试验设备3743试验过程3744实验记录3745试验结论49451电参数的影响51452合理选择电参数5246电火花线切割制作电极工具头53461电火花线切割技术加工微凸起工具电极5343本章小结56第五章试验总结结论体会及展望5751实验总结5752体会5853前景5954本章小节59致谢60参考文献61附录621第一章引言11特种加工技术的概念及其
7、意义特种加工是一种利用化学能、电能、声能、机械能以及光能和热对金属或非金属材料进行加工的方法。它具有传统加工无法比拟的优点1能量密度高,能加工常规切削方法难以加工的材料2作用时间短,热影响小,工件不易变形3可进行细小精密零件加工4无切屑或者粉末状切屑,易于自动处理5加工过程易于自动化。随着科学技术迅猛地发展,新型材料不断地涌现出来,而有些材料对工件制造的精度要求越来越高,因而对切削加工提出了新的要求。由于受刀具材料性能、结构、设备加工能力的限制,使用传统的切削方法难以完成对高强度、高韧性、高硬度、高脆性、耐高温和磁性等新材料,以及精密复杂或难以处理的形状的加工。为了解决这些加工的难题,目前国内
8、外正在不断开发研究或采用的特种加工技术和方法,并已攻克和解决了一些难以加工的技术关键问题,推动了科技进步,提高了生产效率和产品质量,在工作上发挥了较好的作用。12特种加工技术的类别及其应用范围121机械特种加工机械特种加工不同于传统的切削加工方法,而是用机械能或者间接用声能、热能进行加工。可分磨料流动加工、磨料喷射加工、液力加工、低应力磨削、热辅助加工、超声波加工、全成型加工、喷水加工等8种方法。它适用于切割、穿孔、研磨、抛光、去毛刺、蚀刻、磨削、拉削、镗削和套料等加工范畴。122电气特种加工电气特种加工是将被加工的金属工件置于直流电场和电解液中产生阴极溶解的电化学反应而对金属材料进行加工的一
9、种方法。通常称为电化学加工电解加工。它有电解液冲刷加工、成型管电解加工、电化学削平加工、电化学珩磨加工、电化学车削加工、电化学去毛刺加工、电化学放电磨削加工、电化学加工、电火花线切割加工工艺设计及试验2电化学抛光加工等10种方法。它适用于磨削、成型、去毛刺、车削、珩磨、抛光等加工范畴。123热特种加工热特种加工是用电子束、激光束、等离子束、电火花放电产生热量来熔蚀金属而达到加工目的。它有电子束加工、电火花磨削、电火花成型加工、电火花切割、电火花线切割、激光加工、等离子束加工等8种方法。它适用于钻孔、成型、磨削、车削、切割、开割、划线等加工范畴。124化学特种加工化学特种加工是用热化学方法、化学
10、腐蚀方法进行加工的。它有化学加工、光化学加工、热化学加工、电抛光等4种方法。它适用于削平、抛光、腐蚀、去毛刺和飞边等加工范畴。13特种加工技术现状及实际应用131机械特种加工在一般采用金属切削刀具难以加工的场合,采用机械特种加工。它是借助于水、磨料、超声波、热能等,实施对工件进行的精密加工。132电气特种加工电气特种加工又称为电解加工。它是特种加工技术中重要的方法之一,是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解来将工件加工成形的。电解加工成功应用于锻模、齿轮、花键、高温合金叶片等机械零件成型加工,采用电解液冲刷加工和成型管电解加工可以加工孔径02MM5MM,也可以加工异型孔的小深孔机械零件。133热
11、特种加工电子束、激光束、等离子束、电火花放电加工等热特种加工,是特种加工应用较为普通的一种技术,电火花放电加工更为成熟更为普及,也是机械加工不可缺少的一项技术。电火花线切割加工工艺设计及试验3134化学特种加工化学特种加工是一种使用面较窄的特种加工技术,它是在工件表面产生化学反应,使用金属腐蚀溶解而改变工件尺寸和形状,具有加工周期短、变换产品快、工艺性能好等特点,它主要用于印刷线路板制造,这种使用场合称为化学铣切。另一种化学加工方法是把工件暴露在高温、腐蚀性气体中来切除材料。14电火花线切割加工的发展及现状电火花线切割加工（WIRECUTELECTRODISCHARGEMACHINE,，简称W
12、EDM）是在电火花加工基础上于20世纪50年代末最早在前苏联发展起来的一种工艺形式，是用线状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。它已获得广泛的应用，目前国内外的线切割机床已占电加工机床的60以上。141电火花线切割加工技术的发展趋势与工艺进展目前电火花线切割加工技术的研究与发展趋势主要表现在以下几个方面1在稳定发展高速走丝机的同时，重视低速走丝电火花线切割的开发和发展1）高速走丝机仍然稳步发展高速走丝电火花线切割机是我国的发明创造。由于高速走丝有利于改善排屑条件，适合于大厚度和大电流高速切割，加工性能价格比优异，是我国电加工行业的主要发展机型。2）重
13、视低速走丝电火花线切割的开发和发展低速走丝电火花线切割机由于电极丝移动平稳，易获得较高精度和表面粗糙度看，适于精密模具和高精度零件加工。现在需要加强对低速走丝机的深入研究，开发新的规格品种，为市场提供更多的国产低速走丝电火花线切割机。于此同时，还要在大量实验研究的基础上，建立完整的工艺数据库，完善其CAD/CAM软件。2完善机床设计，改进走丝机构1）为使机床结构更加合理，必须用先进的技术手段对机床总体结构进行分析。应用陷阱的计算机有限元分析模拟软件对机床的结构进行力学和热稳定性分析。还应注重造型设计，在保证机床技术性能和清洁加工的前提下，使机床结构合理，操作电火花线切割加工工艺设计及试验4方便
14、，外形新颖。由于电火花加工中工具电极与工件之间没有宏观作用力,因此,将电火花加工装置、尤其是电极驱动机构进行微小型化,使电极进给驱动系统的惯性得以大幅度减小,必将更好地发挥电火花加工技术的工艺特点。2）机床上的坐标工作台大多采用十字滑板结构，为了提高它的精度，除考虑热变形及先进的导向结构外，还应采用丝距误差补偿和间隙补偿技术，以提高机床的运动精度。对于大型线切割机来说，采用十字滑板工作台结构就不够合理，而南昌江南电子仪器厂开发的DK77100型龙门式机床则值得研究。龙门式机床的工作台只作Y方向运动，X方向运动在龙门架上完成，上下导轮座挂于横架上，可以分别控制。这不仅增加了丝架的刚性，而且工作台
15、只作Y方向运动，省去了X方向滑板，有助于提高工作台的承重能力，降低整机总重量。3）高速走丝电火花线切割机的走丝机构，是影响其加工质量及加工稳定性的关键部件，目前存在的问题较多。目前巳开发的恒张力装置及可调速的走丝系统，应在进一步完善的基础上推广应用。（3）推广多次切割工艺，提高综合工艺水平切割速度与加工表面质量是一种矛盾，欲想在一次切割过程既获得很高的切割速度，又要获得很好的加工质量是困难的。提高电火花线切割的综合工艺水平，采用多次切割是一种有效方法，即用较大的电规准进行第一次切割，以获得较高的切割速度，然后依次减小电规准，进行第二次、第三次切割，逐步修光，以获得满意的加工表面粗糙度和加工精度
16、。高速走丝电火花线线切割机采用多次切割工艺不仅是必要的，而且是可行的。（4）发展PC机控制系统，扩充线切割机的控制功能目前国内已有的基于PC机电火花线切割机数控系统主要用于加工轨迹的编程和控制，PC机的资源并没有得到充分开发利用，今后的趋势是将在以下几个方面进行深人开发研究1）开发和完善开放式的数控系统。目前高速走丝电火花线切割机所用的数控软件是在DOS基础上开发的，有很大的局限性，难于进一步扩充其功能。现在应加速向以PC机为基础的开放式、多任务管理与控制系统发展，以便充分开发PC机的资源，扩充数控系统功能。电火花线切割加工工艺设计及试验52）继续完善数控电火花线切割加工的计算机绘图、自动编程
17、、加工规机控制及其缩放等功能，扩充自动定位、自动找中心、低速走丝及自动穿丝、高速走丝及自动紧缩等功能，提高电火花线切割加工的自动化程度。3）研究放电间隙状态数值检测技术，建立伺服控制模型，开发加工过程伺服进给自适应控制系统。为了提高加工精度，还应对传动系统的丝距误差及传动间隙进行精确检测，并利用PC机进行自动补偿。4）开发和完善数值脉冲电源，并在工艺试验基础上建立工艺数据库，开发加工参数优化选取系统，以帮助操作者根据不同的加工条件和要求合理选用加工参数，充分发挥机床潜力。5）深人研究电火花线切割加工工艺规律，建立加工参数的控制模型，开发加工参数自适应控制系统，提高加工稳定性。6）进一步开发有自
18、主版权的电火花线切割和人工智能软件。积极采用现代技术，促进电火花线切割技术发展今后的电火花线切割技术开发研究将会涉及到用激光测量技术来分析研究机床零部件的制造质量；用有限元技术来分析机床结构的力学性能和热稳定性；用陶瓷等新材料来制造机床的关键零部件及其工夹具；用模糊控制技术来开发伺服进给和加工参数控制系统；用人工神经网络技术来研究各种复杂系统的输入量与输出量之间的关系并建立相关的神经网络模型；用数值模拟（计算机仿真）技术上过程的各种疑难问题，并预测其结果；用专家系统或人工智能系统来控制加工过程等。14本章小节本章节主要是对电火花线切割的发展介绍，了解电火花线切割的未来发展和目前电火花线切割加工
19、技术的研究与发展趋势。了解电火花线切割机床的分类以及加工环境，为以后的加工提供理论的支持。电火花线切割加工工艺设计及试验6图11为电火花线切割加工机床1一贮丝筒2走丝溜板3丝架4一上滑板5一下滑板6床身电源7电源、控制柜图12往复高速走丝线切割加工设备组成电火花线切割加工工艺设计及试验7第二章电火花线切割加工的机理及应用21电火花线切割加工基本原理电火花线切割加工时，在电极丝和工件之间进行脉冲放电。如图所示，一般电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。当一个脉冲发生时，在电极丝和工件之间产生一次火花放电，在放电通道的中心温度瞬间可以达到10000以上，高温使得放电附近的金属瞬间熔化甚至汽
20、化，高温也使得电极丝和工件之间的工作液产生部分汽化，这些汽化后的工作液和金属蒸汽瞬间迅速膨胀，并具有爆炸特性。这种热膨胀和局部爆炸作用，使得金属材料以熔化和汽化的方式抛出，实现对工件材料进行电蚀切割加工。为了确保每一个脉冲放电时电极丝与工件之间产生火花放电而不是电弧放电，必须要使两个脉冲之间有足够的间隔时间，以使间隙中的电离充分消除或转移，并且恢复本次放电通道处间隙中介质的绝缘强度，以免在同一点上发生接连放电而产生的电弧放电现象。一般电火花线切割加工的脉冲停歇时间以脉冲宽度的4倍以上（比电火花成形要长一些）。另外，为了确保电极丝不被瞬时的局部高温烧断，必须向放电间隙中注入大量的工作液，这些工作
21、液不仅可以使电极丝得到充分的冷却，还可以起到消除电离和排屑及清洗的作用。图21电火花线切割加工原理示意图电火花线切割加工工艺设计及试验8211低速走丝线切割加工基本原理低速走丝电火花线切割机床的电极丝作低冲单向运动,一般走丝速度为0215M/MIN。低速走丝电火花线切割加的电极丝为黄铜丝、镀锌黄铜丝或者钼丝，电极丝直径一般为010035MM。图所示为低速走丝电火花线切割工艺装置示意图。电极丝的路径是从储丝筒6出来，经过上导轮后穿过要切割的工件，再经过下导轮，被收丝筒11没收或排出不再重复使用。被切割的工件2固定在工作台7上，被切割面水平放置。在切割过程中，工件在工作台上受电动机8、9的拖动，在
22、水平方向按照预置的XY轨迹伺服运动，电极丝除了由上至下不停运转外，还可以下导轮为轴心，上导轮在上拖板的拖动下按预置轨迹作方向的运行，这些运动的合成可以切割出不同曲面及锥面的工件。脉冲电源1的正、负极性通过进电块分别加在工件和电极丝上，为放电加工提供脉冲能量。低速走丝的加工方式一般为浸液式，工作液为去离子水，与高速走丝线切割相比，低速走丝对工作液的要求比较高，工作液的电阻率、离子数量、杂质含量都要严格控制在允许范围内。由于低速走丝的电极丝张力可以得到很好的控制，电极丝的振幅影响比较小，在加上工作液的电阻率也比高速走丝的电阻率高许多，因此低速走丝线切割加工时，间隙电压以及伺服跟踪速度与电火花成形加
23、工相似。1脉冲电源2工件3工作液箱4一去离子水5泵6储丝筒7工作台8X轴电动机9一数控装置10Y轴电动机11一收丝筒12电极丝13进电块图22低速走丝电火花线切割工艺装置示意图电火花线切割加工工艺设计及试验9212高速走丝线切割加工基本原理高速走丝电火花线切割机床的主要特点是电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为711M/S，电极丝的直径为为012022MM，电极丝的材料为钼丝。图所示为高速走丝电火花线切割工艺装置示意图。它是利用电极丝4作为工具电极进行切割的，电极丝穿过工件上预钻好的小孔，经导轮3由储丝筒2带动电极丝作正反向交替运转。加工能量由脉冲电源8供给，靠进电块分别加在电极丝及工件两端。
24、工件安装在工作台上，由数控装置1按加工要求发出指令，控制执行电动机11带动工作台在水平X、Y两个坐标方向移动，加工出的零件截面形状与设计轨迹完全相同。如果机床带有锥度切割装置，上下导轮受步进电动机驱动的十字托板控制，使电极丝与中心线偏移角度，并与X、Y轴的运动轨迹合成来实现锥度加工，从而可以实现各种变截面零件加工。在加工时，由喷嘴6将工作液以一定的压力喷向加工区。高速走丝线切割加工因为电极丝往复运动后容易松丝，张力不好控制，电极丝振动明显，极间短路是不可避免的。为了抑制电极丝的振幅，一般都采用过跟踪方法控制切割的进给速度，换句话说就是加工过程中，间隙电压偏短路。为了避免由于频繁短路造成烧丝现象
25、发生，利用提高电极丝的运转速度，靠高速运转的电极丝向放电间隙内带人的工作液的速度加快，冲液量加大，蚀除物更有效地排出，同时有助于断弧和消除电离，这也是高速走丝线切割的电极丝运行速度相对较高的原因之一。1一数控装置2储丝筒3导轮4一电极丝5工件6喷嘴7绝缘板8脉冲电源9一液压泵10工作液箱11执行电动机图23高速走丝电火花线切割工艺装置示意图电火花线切割加工工艺设计及试验1022电火花线切割加工物理过程电火花线切割加工的物理过程是非常短暂而复杂的，根据大量实验资料的分析来看，每次电火花腐蚀的微观过程是电动力、电磁力、热动力以及流体动力等综合作用的过程，并可大致分为介质击穿和通道形成、能量转换和传
26、递、电极材料的抛出、极间介质消电离等几个阶段。电火花线切割加工实际上是一个重复脉冲放电过程，前一个脉冲放电所形成的电蚀产物及放电凹坑必定会影响后一个脉冲的放电过程，因而实际加工时的放电过程会比单个脉冲放电过程复杂得多。但单个脉冲放电毕竟是研究电火花线切割加工机理的基础。为有助于掌握电火花线切割加工的基本规律，并对电火花线切割设备提出合理的要求，仍有必要进一步了解单个脉冲放电的微观过程。1单个脉冲瞬时击穿放电过程电火花线切割加工一般都是在水基工作液（去离子水和皂化油的乳化液，也有用煤油的）中进行的。当脉冲电压施加在电极丝与工件之间时，极间电场将会因电极表面的微观不平而变得极不均匀，极间介电液中的
27、杂质以及弱电解质的极性分子都会在极间电场的作用下向电场较强的方向聚集、结链，进一步引起极间电场的畸变。当极间距离逐步缩小或是脉冲电压不断升高时，极间某处的电场强度将会超过极间介电液的介电强度，使介电液发生雪崩式的碰撞电离，并形成极间放电通道。此刻，极间电阻将在很短时间内从绝缘状态急速下降到数欧姆以下，而电流随即上升，极间电压相应下降到火花维持电压，如图24所示。极间放电通道实际上是高温、高压的电离气体，其初始压力可达数百甚至数千个大气压。这个内部高压将极力使通道及其周围瞬时形成的分子团（以后发展成气泡）急速扩展，并产生强烈的冲击波向外传播。在放电的初始阶段，气泡和放电通道之间并没有明显的界面，
28、但因放电通道除受到周围液体介质惯性的压缩作用外，还受到它自身电磁场箍束效应作用，因而气泡会在放电过程中与放电通道界面分离并继续扩展，放电通道则被约束成一个细小的通道，其截面甚小，致使通道中的电流密度高达105106A/CM2放电通道是由数量大体相等的带正电和带负电离子以及中性离子组成的等离子体。通道中的正负带电离子在极间电场作用下高速运动时，将发生剧烈碰撞，并产生大量的热量，使通道温度升高到10000义以上。与此同时，阳极表面和阴极表面分别受到电子流和离子流的高速轰击，也将产生大量热量。电火花线切割加工工艺设计及试验11这样，在两极之间将沿放电通道形成个瞬时高温热源。图24矩形脉冲道放电电压及
29、放电电流波形2）幻电火花放电时的能量转换极间介质一旦被击穿放电，脉冲电源就将通过放电通道瞬时释放能量，并把电能转换为热能、动能、磁能、光能、声能以及电磁波辐射能等其中大部分转换成热能，用于加热两极放电点及极间放电通道，使两极放电点的金属局部熔化或汽化。热能与电火花线切割加工密切相关，传递（或称分配）给电极表面的主要有下列几种形式在电场作用下，带电粒子（电子和正离子）对电极表面的轰击；电极材料汽化喷爆时所形成的蒸气炬对相对的电极表面的冲击放电通道的热辐射；放电通道中高温气体质点对电极表面的热冲击。在上述四种传递形式中，带电粒子对电极表面高速轰击是主要的。由于负电子的质量和体积都相当小，在电场作用
30、下能获得很高的加速度和速度，所以在脉冲放电的最初阶段就会有大量的高速电子轰击阳极表面；而正离子则因质量惯性大，加速度小，在短时间内无法获得很高的速度，所以,采用高频窄脉冲电源的电火花线切割加工，都应选用正极性加工，即工件接电源正极，以充分利用电子的轰击作用来提高切割速度。电火花线切割加工工艺设计及试验123）电极表面被蚀材料的抛出传递给电极表面的能量转化成热能，并在电极表面放电点附近形成一瞬时高温热源。这个热源的中心处温度最高，并向工件材料内部传导，形成一个温度梯度场，即离放电点中心愈远愈低。据工件材料的熔点和汽化点不同，使受热材料形成余金属汽化、金属熔融、金属固态受热三种情况。由于电极材料的
31、熔化和汽化过程十分短促，有爆炸特性。爆炸力将把熔化和汽化的金矚材料抛巧电极表面，而在电极表面留下一个小凹坑，如图314所示。图25放电凹坑形成研究发现，在高速走丝电火花线切割加工情况下，脉冲放电时所形成的电极表面高温热源，不可以简化成一个固定的点热源，而只能简化成快速移动的点热源。这种热源所形成的放电凹坑不是半球形，而是鸭蛋形。移动速度愈快，以及脉冲放电持续时间愈长，其凹坑的长度将愈长。4）消电离和极间介电性能的恢复一个脉冲放电结束之后，极间电场急速减小到零，碰撞电离也随之停止，而且放电通道会因消电离过程（即通道中的正负带电粒子复合成中性粒子过程）而使通道中的带电粒子急速减少，并逐渐恢复极间介
32、电液的介电性能。必须指出，正负带电粒子的复合速度是比较快的，极间电导将在很短的时间内减少。但是，正负带电粒子的复合和极间电导的减少，并不等于极间介电性能的恢复。因为放电后的电蚀产物（含有微粒、气泡给余热等）在短时间内还来不及扩散，介电液的高温及大量的电蚀产物都会降低其介电性能。因此，在电火花线切割加工中，为了保证加工的正常进行，在先后二次脉冲放电之间都应有足够的停歇时间。其最小脉冲停歇时间的选择，不仅要考虑极间介电液的消电离汽化的金矚材料抛巧电极表面，而在电极表面留下一个小凹坑，如图25所示。电火花线切割加工工艺设计及试验13图25放电凹坑形成研究发现，在高速走丝电火花线切割加工情况下，脉冲放
33、电时所形成的电极表面高温热源，不可以简化成一个固定的点热源，而只能简化成快速移动的点热源。这种热源所形成的放电凹坑不是半球形，而是鸭蛋形。移动速度愈快，以及脉冲放电持续时间愈长，其凹坑的长度将愈长。4）消电离和极间介电性能的恢复一个脉冲放电结束之后，极间电场急速减小到零，碰撞电离也随之停止，而且放电通道会因消电离过程（即通道中的正负带电粒子复合成中性粒子过程）而使通道中的带电粒子急速减少，并逐渐恢复极间介电液的介电性能。必须指出，正负带电粒子的复合速度是比较快的，极间电导将在很短的时间内减少。但是，正负带电粒子的复合和极间电导的减少，并不等于极间介电性能的恢复。因为放电后的电蚀产物（含有微粒、
34、气泡给余热等）在短时间内还来不及扩散，介电液的高温及大量的电蚀产物都会降低其介电性能。因此，在电火花线切割加工中，为了保证加工的正常进行，在先后二次脉冲放电之间都应有足够的停歇时间。其最小脉冲停歇时间的选择，不仅要考虑极间介电液的消电离极限速度，而且还应该考虑电蚀产物的扩散和棑出，以及放电通道中的热量传散。5）实际加工时的重复脉冲放电过程从上面的论述中可以看出，一个脉冲经过击穿放电、能量转换、电极材料抛出以及极间消电离过程之后，便完成了一次电腐蚀，而在工件表面留下一个小凹坑。这个小凹坑是十分微小的，但无数个脉冲放电累积，就可以加工出所需要的形状和尺寸。此时，人们非常关心实际加工过程中重复脉冲放
35、电是如何进行的。生产实践表明，加工过程中的每个脉冲放电，绝不是简单地在二极之间相对最近的尖端处进行，而是一个复杂的连续过程。加工时，首先是在二极间介电能力最薄弱的凸起处产生火花放电。由于前一次放电所产生的加工屑及气泡等使放电周围的电蚀产物浓度增大，加上放电后的余热使此处的液温升高，都会降低此处工作液的介电能力，导致第二个脉冲容易在第一个脉冲放电的附近区域再次击穿放电。另一方面，没有发生脉冲放电的附近区域工作液比较干净，介电性能好，不易发生击穿放电。只有当加工区的间隙增大到超出能击穿放电的限度时，重复脉冲放电才会转移另一处相对易击穿的区域进行。电火花线切割加工工艺设计及试验14正因为如此，电极丝
36、移出加工区域的出口处放电间隙一般要比进口处的放电间隙大在实际电火花线切割加工过程中，由于电极材料的不断蚀除，电蚀产物及极间介电液的温度不断增加，加上电极丝的持续进给以及电极丝的振动等，使极间各处的间隙大小及物理状态千变万化，因而极间放电状态也是随机变化的。根据大量的实验资料可以得出极间距离减小以及电蚀产物浓度增加，都会减小击穿延时时间，或降低击穿初始电压，以致发生极间短路，其规律如图26所示。图26右边的放电压波形反映其极间距离较大或介电液的介电性能良好，而左边的电压波形则反映其极间距离小且介电液的介电性能差；最左边的电压波形是极间短路波形。图26极间放电电压波形高速走丝电火花线切割加工因电极
37、丝振动较明显，极间短路是不可避免的。为了抑制电极丝的振幅，一般都采取过跟踪方法控制线切割的进给速度，所以高速走丝电火花线切割加工时的空载波形出现的概率很小。实验表明，在一次放电过程中，也会出现空载、正常放电及短路三种不同波形，如图27所示。图27A为短暂延时立即击穿放电；图27B为击穿放电后产生瞬时短路又发生击穿过程；图27C是从空载到短路再到正常放电。这是用示波器观察到的放电波形，其发生的机理有待进一步研究。图27线切割时的极间电压波形电火花线切割加工工艺设计及试验1523电火花线切割加工的特点电火花线切割加工与其他电火花加工一样，其加工速度与工件材料的力学性能（硬度和韧性）无关，常用来加工
38、淬火钢、硬质合金。磁钢以及不锈钢等金属材料，也可以加工金刚石、陶瓷之类的非金属材料。电火花线切割的工艺特点可以归纳如下（1）它是用一根细长（003035MM）的金属丝作工具电极，而不需要制成特定形状的成形电极；（2）加工对象主要是平面形状，当机床上装有能使电极丝上、下导向器相对偏移的装置之后，还可以加工锥面或上下面异形的以直线为母线的复杂曲面；（3）因电极丝直径很细，切缝很窄，有利于材料的利用，还适合加工细微零件，如采用003MM钼丝作电极丝，切缝可以减小到004MM，内角半径小到004MM；（4）因电极丝细长，并不断更新（单向低速走丝）或往复使用，电极丝的丝径损耗很小，因而加工精度很高；（5
39、）常用水基工作液（去离子水或乳化液），不会发生火灾，有助于实现无人看管下的连续运转；（6）依靠数控系统的丝径偏移补偿功能，可以方便地调节凹、凸模的配合间隙，依靠锥度切割功能还可以实现凹、凸模一次同时加工；（7）自动化程度高、操作方便、加工周期短、加工成本低。231电火花线切割加工与电火花成形加工的特性比较表21为电火花线切割加工与电火花成形加工的特性比较特性电火花线切割加工电火花成形加工放电加工机理电火花线切割加工与电火花成形加工的放电机理是一样的，都是基于电极与工件之间脉冲放电时的电火花腐蚀，实现对工件的蚀除加工过程电极形状用细长的金属丝作为电极丝，电极丝一般为钼丝、黄铜丝、镀锌黄铜丝，电极
40、丝的直径为01035MM普通电火花成形加工电极做成与工件的形状基本一致（但是展成电火花加工及旋转限位伺服加工的电极除外）。电极的材料为纯铜、黄铜、电火花线切割加工工艺设计及试验16石墨等机床结构电火花线切割机床一般由床身、XY工作台、线架（或称十字托板）、储丝筒、工作液、循环系统、电源及控制柜组成电火花线成形机床主要由床身、XY工作台、工作液槽、储液箱、电源及控制柜组成电极与工件伺服运动轨迹及方式电火花线切割机床加工时作为电极丝要作往复或单向运转。同时电极丝与工件还要作几个方向的相对运动，首先是工作台X轴Y轴在水平方向按预置轨迹伺服进给，另外线架的上导轮还要带着电极丝按照预置轨迹伺服进给，另外
41、线架的上导轮还要带着电极丝按照预置轨迹沿U轴V轴（分别与X轴Y轴平行）伺服进给，两种伺服运动的合成实现各种特殊曲面的加工。在加工同截面的工件时，预置的运动轨迹与工件的外形是一致的电火花成形加工伺服运动方式是以主轴头上、下伺服运动为主工作台可以沿X轴Y轴作短距离的平动，有些机床的主轴头加上旋转附件可以实现在上、下伺服的同时还有旋转伺服运动，这两项运动的合成可以实现螺旋加工。目前数控电火花成形加工的轨迹可以预置，加工轨迹与最终加工的形状可能不一样影响加工精度及效率的参数影响电火花线切割加工精度和效率的主要参数有电源电压、脉冲宽度、脉冲停歇时间、脉冲峰值电流、间隙电压、伺服跟踪速度、工作厚度、电极丝
42、转速、冲液压力以及液体成分等影响电火花成形加工精度和效率的主要参数有电源电压、脉冲宽度、脉冲停歇时间、脉冲峰值电流、间隙电压、伺服跟踪速度、加工深度、抬刀排屑次数及时间、冲液压力放电介质的成分等衡量加工效率的单位MM2/MINMM3/MIN加工的工件形状及对毛坯的要求用于电火花线切割加工的工件不能是不通孔式。毛坯首先要求是导电材料，已经完成热处理工序，有定位基准面，有些工件需要钻加工预备孔用于电火花成形加工的工件毛坯首先要求是导电材料，已经完成热处理工序，有定位基准面。加工的工件可以是不通孔式放电加工介用于电火花线切割放电加工常用介电火花成形加工常用介质为普通煤电火花线切割加工工艺设计及试验1
43、7质质为线切割专业乳化液、线切割专用水基工作液、去离子纯净水、煤油油或电火花专用加工煤油工作液供给方式电火花线切割加工的工作液供给方式分为冲液式和浸液式两种电火花成形加工的工作液供给方式一般为浸液式加冲液式24电火花线切割加工的局限性1主要用于金属等导电材料，但在一定的条件下也可加工半导体和非导体材料。2一般情况下加工速度较慢，生产率不高。3会损耗电极丝，影响成形精确度。25电火花线切割加工的应用电火花线切割加工不仅有很多工艺特点，而且非常经济有效，为新产品试制、精密零件加工及模具制造开辟了一条新的工艺途径。现已广泛用于国民经济各个生产制造部门，并成为一种必不可少的工艺手段。目前主要用于冲模、
44、挤压模、拉伸模、塑料模、电火花成形用的工具电极以及各种复杂零件加工等。（1）加工模具适用于各种形状的冲模。调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。模具配合间隙、加工精度通常都能达到001002MM双向高速走丝线切割机）和00020005MM单向低速走丝线切割机）的要求。此外，还可加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑压模等，也可加工带锥度的模具。（2）切割电火花成形加工用的电极一般穿孔加工用的电极以及带锥度型腔加工用的电极，以及铜钨、银钨合金之类的电极材料，用线切割加工特别经济，同时也适用于加工微细复杂形状的电极。（3）加工零件在试制新产品时，用线切割在坯料上
45、直接割出零件，例如试制切割特殊微电机硅电火花线切割加工工艺设计及试验18钢片定转子铁心，由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期、降低成本。另外修改设计、变更加工程序比较方便，加工薄件时还可多片叠在一起加工。在零件制造方面，可用于加工品种多，数量少的零件，特殊难加工材料的零件，材料试验样件，各种型孔、型面、特殊齿轮、凸轮、样板、成型刀具。有些具有锥度切割的线切割机床，可以加工出“天圆地方”等上下异形面的零件。同时还可进行微细加工，异形槽和标准缺陷的加工等。26电火花线切割加工工艺及机床就工艺可能性而言，现在的电火花线切割加工机床可以分为三类。1具有切割直壁二维型面的线切割加工工艺的机床这类机床
46、只有工作台X、Y两个数控轴，钼丝在切割时始终处于垂直于工作台台面状态，因此只能切割直上直下的直壁二维图形曲面，常用以切割直壁没有落料角（无锥度）的冲模、工具电极和零件。早期绝大多数线切割机床都属于这一类产品，它结构简单，价格便宜，可控精度较高。2具有斜度切割功能，可实现等锥角三维曲面切割工艺的机床这类机床除工作台有X、Y两个数控轴外，在上丝架上还安装有小型工作台U、V两个数控轴，使电极丝（钼丝）上端可作倾斜移动，从而切割出倾斜有锥度的表面。由于X、Y和U、V四个数控轴是同步、成比例的，因此切割出的斜度（锥角）是相等的，可用以切割有落料角的冲模。现在生产的大多数快走丝线切割机床都属于此类机床。可
47、调节的锥角最早只有310，以后由于技术上的改进可以增加到30甚至60以上。3可以实现变锥度、上下异性面切割工艺的机床这类机床在X、Y和U、V工作台等机械结构上与上述机床类似，所不同的是在编程和控制软件上有所区别。为了能切割出上下不同的截面，例如上圆下方（俗称为天圆地方）的多位曲面，在软件上需按上截面和下截面分别编程，然后在切割时加以“合成”（例如指定上下异性面上的对应点等）。电极丝（钼丝）在切割过程电火花线切割加工工艺设计及试验19中的斜度不是固定的，可随时变化。图28A所示为“天圆地方”上下异性面工件，图28B所示为一边截面为红桃，逐步过渡到另一端截面为草花的上下异性面工件。国内外生产的低速
48、走丝线切割机床，一般都有上下异性面的切割功能。图28线切割上下异性面工件4线切割工艺的扩展应用上述X、Y和U、V四轴联动能切割上下异性截面的线切割机床，但仍无法加工出螺旋表面、双曲线表面和正弦曲面等复杂表面。如果增加一个数控回转工作台附件，工件装在用步进电动机驱动的回转工作台上，采取数控移动和数控转动相结合的方式编程，用角方向的单步转动来代替Y轴方向的单步移动，即可完成上述这些复杂曲面的加工。图29A为在X轴或Y轴方向切入后，工件仅按轴单轴伺服转动，可以切割出如图29B所示的双曲面体。电火花线切割加工工艺设计及试验20图29工件倾斜、数控回转线切割加工双曲面零件图210为X轴与轴联动插补（按极
49、坐标、数控插补），可以切割出阿基米德螺旋线的平面凸轮。图210数控移动加转动（极坐标）线切割加工阿基米德螺旋线平面凸轮电火花线切割加工工艺设计及试验21图211八齿爪牙离合器及其加工示意图切割程序为（一次切出凹凸两个爪牙离合器）为1）BBBJ穿丝孔距离GXL3（X向移动）2）BBBJ1/2齿宽GYL4（Y向转动）3）BBBJ齿深GXL3（X向移动）4）BBBJ齿宽GYL4（Y向转动）5）BBBJ齿深GXL1X向移动6）BBBJ齿宽GYL4（Y向转动）7）电火花线切割加工工艺设计及试验22如图212A为钼丝自工件中心平面沿X轴切入，与轴转动二轴数控联动，可以“一分为二”地将一个圆柱体切成两个“麻花”瓣螺旋面零件，图212B为其切割出的一个螺旋面零件。图212数控移动加转动线切割加工螺旋曲面图213钼丝自穿丝孔或中心平面切入后与轴联动，钼丝在X轴向往复移动数次，轴转动一圈，即可切割出两个端面为正弦曲面的零件，如图213B所示。图213数控往复移动加转动线切割加工正弦曲面图214A为切割带有窄螺旋槽的套管，可用作机器人等精密传动部件中的挠性接头。钼丝沿Y轴侧向切入至中心平面后，钼丝一边沿X轴移动，与工件按轴转动相配合，可切割出如图214B所示带窄螺旋槽的套管，其扭转刚度很高，弯曲刚度稍低。电火花线切割加工工艺设计及试验23图2
