毕业论文凌杰最终稿

毕业论文凌杰最终稿毕业论文凌杰最终稿/毕业论文凌杰最终稿电火花线切割加工工艺参数选择与优化试验专业：机械设计制造与其自动化学生：凌杰指导教师：朱永伟完成日期：2012.5.15扬州大学机械工程学院

摘要阐述了电火花线切割加工设备的组成部分、功能、工作原理与操作方法。论述了电火花线切割加工的基本原理，通过对制作电极，准备实验设备，对不同材料进行一系列的电火花线切割加工试验，对电参数进行在线测试，对加工件进行检测，对结果进行分析比较，优选参数，进行对比工艺试验，得到最佳试验结果，以研究电火花线切割加工各种孔径小孔与三维型面的工艺特性，即脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电流等加工电参数对加工精度、表面粗糙度与效率的影响规律，再进行分析、总结，形成可指导实际加工的工艺文件。关键词：电火花加工线切割加工参数优化工艺AbstractDescribestheelectricsparkwire-cuttingprocessingequipment,thefunction,thepartoftheworkingprincipleandthemethodofoperation.Discussesthebasicprincipleofelectricsparkwire-cuttingprocessing,throughtomakeelectrodes,readytoexperimentalequipmentofdifferentmaterialsforaseriesofedmwire-cuttingprocessingexperiment,withelectricparametersforon-linetest,totheproducttesting,theanalysisoftheresultscomparison,optimizingparameters,comparedtheprocesstest,getthebesttestresultstostudyedmwire-cuttingprocessingallkindsofporediameterholesandthe3dmodelprocesscharacteristics,namelythepulsewidthandpulseinterval,suchaspeakcurrentJiaGongDianparametersonthesurfaceroughnessandmachiningprecisionandtheinfluencelawofefficiency,againcarriesontheanalysis,thesummary,formingaguidepracticalprocessingprocessdocuments.Keywords:EDM，WEDM，Parameteroptimization，process目录TOC\o"1-3"\h\u1124摘要 II14184Abstract III4015第一章引言 127091.1特种加工技术的概念与其意义 1183411.2特种加工技术的类别与其应用范围 172591.2.1机械特种加工 1314801.2.2电气特种加工 219381.2.3热特种加工 2277461.2.4化学特种加工 2210621.3特种加工技术现状与实际应用 218111.3.1机械特种加工 227981.3.2电气特种加工 2224051.3.3热特种加工 3277721.3.4化学特种加工 3296521.4电火花线切割加工的发展与现状 3101741.4.1电火花线切割加工技术的发展趋势与工艺进展 36171第二章电火花线切割加工的机理与应用 794432.1电火花线切割加工基本原理 777742.1.1低速走丝线切割加工基本原理 8261542.1.2高速走丝线切割加工基本原理 9304622.2电火花线切割加工物理过程 10156192.3电火花线切割加工的特点 15117492.4电火花线切割加工的局限性 15197452.5电火花线切割加工的应用 1610674第三章电火花加工实验设备 17300443.1机床传动系统 17321843.1.1工作台的传动路线（见图3-2) 17133883.1.2运丝部件的传动路线（见图3-3） 18114063.1.3线架 1838373.2机床搬运和安装 19267503.3机床操作和调整 19292483.3.1班前准备工作 1920763.3.2工作台调整 2028983.3.3调整线架 20227193.3.4钼丝绕装 20150953.3.5.工件装夹 2114743.3.6.机床操作步骤 2177423.3.7机床的维护与故障的排除 22170633.4机床控制系统 23170253.4.1操作面板 236049第四章加工试验与分析 2616414.1试验简介 26273994.1.1试验方式 26307114.1.2试验设备 26306534.1.3试验过程 26163484.1.4试验结果记录 2680934.2电极工具头制作 29278254.2.1电火花线切割技术加工微凸起工具电极 29169904.3试验数据与现象分析 32176114.3.1影响切割速度的主要因素 32175574.3.2影响加工精度的主要因素 36152884.3.3影响加工表面质量的主要因素 3740234.3.4影响电极丝损耗的主要因素 3920657第五章试验总结结论体会与展望 40233755.1实验总结 4014065.1.1反映电火花加工工艺效果的主要指标 40206785.1.2电参数的影响 41229475.1.3非电参数的影响 42262115.2所获结论 44214535.2.1合理选择电参数 44295635.2.2合理调整变频进给的方法 45132775.3体会 48201955.4展望 4831230致谢 504636参考文献 515026附录 51第一章引言1.1特种加工技术的概念与其意义特种加工是一种利用化学能、电能、声能、机械能以与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,以与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。1.2特种加工技术的类别与其应用范围1.2.1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。1.2.2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。1.2.3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。1.2.4化学特种加工化学特种加工是用热化学方法、化学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。1.3特种加工技术现状与实际应用1.3.1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。1.3.2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0.2mm～5mm,也可以加工异型孔的小深孔机械零件。1.3.3热特种加工电子束、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与,也是机械加工不可缺少的一项技术。1.3.4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。1.4电火花线切割加工的发展与现状电火花线切割加工（WireCutElectro-dischargeMachine,，简称WEDM）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。1.4.1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: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。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，操作方便，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，除考虑热变形与先进的导向结构外，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，是影响其加工质量与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与可调速的走丝系统，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。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。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。2）继续完善数控电火花线切割加工的计算机绘图、自动编程、加工规机控制与其缩放等功能，扩充自动定位、自动找中心、低速走丝与自动穿丝、高速走丝与自动紧缩等功能，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与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与到：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与其工夹具；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。图1-1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1-2往复高速走丝线切割加工设备组成第二章电火花线切割加工的机理与应用2.1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与清洗的作用。图2.1电火花线切割加工原理示意图2.1.1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0.2～15m/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0.10～0.35mm。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与锥面的工件。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，间隙电压以与伺服跟踪速度与电火花成形加工相似。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8—X轴电动机9一数控装置10—Y轴电动机11一收丝筒12—电极丝13—进电块图2.2低速走丝电火花线切割工艺装置示意图2.1.2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7～11m/s，电极丝的直径为为0.12～0.22mm，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与工件两端。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2.3高速走丝电火花线切割工艺装置示意图2.2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、热动力以与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与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，极间介电液中的杂质以与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2.4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与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，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105～106A/cm2.放电通道是由数量大体相等的带正电和带负电离子以与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。这样，在两极之间将沿放电通道形成--个瞬时高温热源。图2.4矩形脉冲道放电电压与放电电流波形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、声能以与电磁波辐射能等：其中大部分转换成热能，用于加热两极放电点与极间放电通道，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：①在电场作用下，带电粒子（电子和正离子）对电极表面的轰击；②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：③放电通道的热辐射；④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。3）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3.14所示。图2.5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，以与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、气泡给余热等）在短时间内还来不与扩散，介电液的高温与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2.5所示。图2.5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，以与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、气泡给余热等）在短时间内还来不与扩散，介电液的高温与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，以与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、电极材料抛出以与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与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。正因为如此，电极丝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，电蚀产物与极间介电液的温度不断增加，加上电极丝的持续进给以与电极丝的振动等，使极间各处的间隙大小与物理状态千变万化，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：极间距离减小以与电蚀产物浓度增加，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2.6所示。图2.6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2.6极间放电电压波形高速走丝电火花线切割加工因电极丝振动较明显，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、正常放电与短路三种不同波形，如图2.7所示。图2.7-a为短暂延时立即击穿放电；图2.7-b为击穿放电后产生瞬时短路又发生击穿过程；图2.7-c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2.7线切割时的极间电压波形2.3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，常用来加工淬火钢、硬质合金。磁钢以与不锈钢等金属材料，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（0.03~0.35mm）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0.03mm钼丝作电极丝，切缝可以减小到0.04mm，内角半径小到0.04mm；（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）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。2.4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。2.5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、精密零件加工与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、挤压模、拉伸模、塑料模、电火花成形用的工具电极以与各种复杂零件加工等。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、凹模与卸料板等。模具配合间隙、加工精度通常都能达到0.01～0.02mm(双向高速走丝线切割机）和0.002〜0.005mm(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。切割电火花成形加工用的电极一般穿孔加工用的电极以与带锥度型腔加工用的电极，以与铜钨、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。加工零件在试制新产品时，用线切割在坯料上直接割出零件，例如试制切割特殊微电机硅钢片定转子铁心，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。第三章电火花加工实验设备图3-1DK7740E电火花数控线切割机床图中，1为床身，2为工作台，3为运丝装置，4为线架，5为夹具，6为防水罩（冷却液箱在机床后侧，图中为给出）图3-1实验的型号为DK7740E电火花数控线切割机床。机床由主机和控制台两部分组成。机床主机部分由床身、工作台、运丝装置、线架、冷却液箱、夹具、防水罩等部件组成。工作台行程400mm*500mm。3.1机床传动系统3.1.1工作台的传动路线（见图3-2)X向：控制系统发出进给脉冲步进电机D齿轮4/齿轮3横向丝杠1螺母8Y向：控制系统发出进给脉冲步进电机E齿轮5/齿轮6纵向丝杠2螺母7控制系统每发出一个脉冲，工作台就移动0.001mm，通过X、Y向两个摇手柄也可以使工作台实现X、Y向移动。图3-2工作台传动系统图3.1.2运丝部件的传动路线（见图3-3）电动机G联轴器运丝筒高速旋转齿轮9/齿轮10齿轮11/齿轮12丝杠13螺母14带动拖板行程开关。运丝装置带动电极丝按一定线速度运行，并将电极丝整齐地排绕在运丝筒上，行程开关控制运丝筒的正反转。图3-3运丝装置传动系统图3.1.3线架运丝筒旋转带动电极丝往复运动，排丝轮、导轮保持电极丝轨迹、导电块进电。线架由两步进电机控制线架做U、V方向运动，实现锥度切割。3.2机床搬运和安装1.机床外包装箱吊运，主机吊运。吊装的钢丝绳长度和角度应适当，钢丝绳承受的载荷量必须大于4500Kg。吊绳应避免与机床零部件接触，必要时可以在接触处填放软性物，以免损伤机床外观与机床精度。搬运过程中应避免颠簸、倾斜、冲击等不平稳现象。2.机床安装方向应尽量使操纵者面对自然光源。机床周围不允许有强烈的振动源和强电磁场以与噪音干扰，否则会直接影响机床的正常工作。如果工作场地条件欠佳，可采用防震式地基将机床与震源隔离，防震沟内可填充软性物消震。本机床属精密机床，建议工作环境温度控制在20土5℃。3.机床拆箱后，将四只防震垫铁安装在机床床身下面，然后进行平面布置。拆去工作台上下两层导轨两端压紧用压板共8件，换上DK7750EJ.2-21挡板。同样拆去运丝导轨两端压紧用压板共4件，换上DK7725J.3-12挡板。4.丝杠副、导轨、导轮等关键件和重要运动部件应擦干净，不得有纱头之类杂物粘附其上面，凡已经去除防锈油脂的部位应立即擦上机械油N46以防止生锈，并使各部位在工作之前充分润滑。5.调节四只防震垫铁，将机床调节水平，要求水平仪在工作台面纵横向的读数允差为0.04/1000。3.3机床操作和调整3.3.1班前准备工作1.启动电源开关，让机床空载运行，观察其工作状态是否正常。内容包括：控制台必须正常工作十分钟以上。机床各部件运动副正常工作。脉冲电源和机床电器工作正常无失误。各个行程开关触点动作灵敏。工作液各个进出管路畅通无阻，压力正常，扬程符合要求。2.按机床润滑要求注油3.添加或更换工作液一般以每隔10-15天更换一次为宜。决定是否调换电极丝3.3.2工作台调整按下控制台键盘的ENGAGE（电机吸）键，手摇工作台纵横向手轮，检查步进电机是否吸住,手捏刻度盘并轻轻左右抒动，检查刻度值相对“0”位刻线有无左右松动，无松动时可进行随后加工。3.3.3调整线架1.导轮与排丝轮的调整调整时既要保证导轮与排丝轮转动灵活，又要无轴向间隙，更换时，导轮与排丝轮轴承内要加高速润滑油。用角尺或钼丝校正器检测钼丝与工作台垂直度，若钼丝与工作台不垂直，可用锥度旋钮与悬臂上的调整套来调节。3.3.4钼丝绕装1.机床操纵面板SA1旋钮左旋。2.上丝起始位置在贮丝筒右侧（远离运丝电机一端〉，用抓DK77324J9.1摇手柄将贮丝筒右侧停在线架中心位置。将右边撞块压住换向行程开关触点，左边撞块尽量拉远。4.松开上丝器上螺母4，装上钼丝盘5后拧上螺母4。5.调节螺母8，将钼丝盘压力调节适中。6.将钥丝一端通过上丝轮后固定在贮丝筒右侧螺钉上。7.空手逆时针转动贮丝筒几圈，转动时撞块不能脱开换向行程开关触点。8.按操纵面板SB2旋钮（运丝开关〕，贮丝筒转动，钼丝自动缠绕在筒上，达到要求后，按操纵面板SB1急停旋钮，上丝结束。9.手动上丝按上述2至7操作后用SK7720J.9.2摇手柄转动贮丝筒即可。10.剪断钼丝，松开上丝器上螺母4，取下钼丝盘5后拧上螺母。11.绕丝，将钼丝另一端固定在贮丝筒左侧螺钉上。12.用DK7720J.9.3紧丝轮手动紧丝二至三遍，用力应均匀。注意：开运丝时必须拿掉摇手柄以防飞出伤人!3.3.5.工件装夹1.装夹工件前先校正电极丝与工作台的垂直度。2.选择夹具，A型机切割锥度零件时夹具需安装垫块，切割无锥度零件时取下垫块。E型机为一种夹具。3.将夹具固定在工作台上。4.装夹工件时应根据工件图纸要求用百分表等量具找正基准面，使其与工作台的X向或Y向平行。5.装夹工件位置应使工件的切割区控制在机床行程范围内。6.装夹工件时应保证在切割过程中工件与夹具不应碰到线架的任何部分。7.工件装夹完毕要清除工作台面上的一切杂物。图3-4工件装夹3.3.6.机床操作步骤1.开机，电源开关QS左旋。2.把加工程序输入控制台。3.E型机床根据工件的厚度调整线架跨距（切割工件时不允许调整线架跨距）。4.安装工件。5.绕电极丝。6.开运丝开关。7开水泵开关，调节喷水量。开水泵时，应先把调节阀关掉，然后逐渐开启，调节至水柱包容电极丝射向切割区即可，水量不必太大。注意：开水泵时，如不关闭或关小调节阀，会造成冷却液飞溅开脉冲电源选择电参数将控制台上的波段开关旋到自动加工档，启动程序运行，进入切割时调节电位器旋钮，观察机床电流表，调节使指针稳定(允许电流表指针略有晃动)。10.加工结束后应先关闭水泵开关，然后关闭运丝开关，检查X、Y座标是否到达终点，到终点时拆下工件，清洗并检查质量。未到终点时应检查程序是否有错、控制台是否有故障。注意：机床电气操纵面板和控制台控制面板上都有红色急停按钮开关，工作中如有意外情况，按下此开关即可断电停机！下图为加工现场画面如图3-5图3-5加工过程图3.3.7机床的维护与故障的排除1.机床的维护1)整机应保持清洁，停机8小时以上应揩抹干净并涂防锈。2)线架部件导电块、排丝轮、导轮周围应经常用煤油清洗干净，清洗的脏油不得漏至工作台的回水槽内。3)为保持机床加工精度，导轮、排丝轮与其支承轴承一般使用6-8个月后即应成套更换。4）冷却液循环系统如有堵塞应与时疏通，特别要防止冷却液渗入机床内部造成短路，以致烧毁电气元件。5）机床装有断丝停机保护机构，一旦断丝应与时将电极丝清理干净。6）当供电电压超过额定电压土10V时，建议控制台接专用电源。7）本机床按照使用规则在两班制条件下，其规定精度保持两年。机床到第一次大修的时间不大于8年。3.4机床控制系统图3-6机床控制面板3.4.1操作面板机床电器装在控制柜的后面门内，工作过程大致如下：1、合上三相四线电源闸刀，再合上控制柜内右侧（从后门打开看）的空气开关，放开11紧急停止按钮，控制柜电源接通。2、按下12走丝停止按钮，启动变频器，走丝电机开始转动。3、切割工件前按下15工作液开启按钮4、停止加工可按13走丝启动按钮和16电源开关，或者直接按下11紧急停止按钮。（尽量少按急停按钮）1间隙电压表2加工电流表3脉冲宽度选择档指示灯4脉冲间隔选择档指示灯5功放管数选择档指示灯6电流选择档指示灯7显示屏8选择按钮9增加按钮10减少按钮11紧急停止按钮12走丝停止按钮13走丝启动按钮14工作液关闭按钮15工作液开启按钮16电源开关图3-7控制面板图3-8显示屏图3-9系统主屏幕示意图图3-10屏幕显示图表说明图3-11远程操纵板第四章加工试验与分析4.1试验简介4.1.1试验方式试验方式是对几种不同材料进行不同参数加工试验。在电火花线切割加工试验之前，对所需要的相关参数进行了选择。如：电流、脉宽、脉间、间隙、电极规格与工件材料、加工面积、加工深度等，试验这些参数对加工生产率、精度、表面粗糙度的影响规律。4.1.2试验设备试验所采用的设备是电火花线切割加工机，型号为DK7740E，通过选择不同的参数对工件进行试验。4.1.3试验过程（1）装夹工件。工件在电火花线切割加工前，必须借助通用或专用的夹具与测量仪器进行装夹和校正。（2）对刀。（3）设置加工参数并进行加工。对刀以后，开启工作液，在机床电脑上设置加工参数。加工参数设定好后待工作液达到规定的深度后，按下启动按钮进行加工。4.1.4试验结果记录加工参数与波形的记录。加工的各种参数直接可以从显示器中读出，包括脉冲宽度，脉冲间隔，峰值电流的记录。输入电压可利用示波器测量其波形，通过RS232接口记录采集的波形。以下为实验记录:第1次加工试验4月23日图4-1上钳体零件图图4-2-1厚度：36cm材料：40Cr脉宽：40µs电流：3.3A电压：85V运丝速度：10m/s工作液：专用乳化液（绝缘）丝直径：0.18mm进给速度：40mm2/min加工时间：6h精度：0.02mm粗糙度：3.2µm第2次加工试验5月5日图4-3硅钢片零件图厚度：1mm*10片材料：硅钢脉宽：40µs电流：2A电压：85V运丝速度：10m/s工作液：专用乳化液（绝缘）丝直径：0.18mm进给速度：10mm2/min加工时间：2.5h精度：0.02mm粗糙度：3.2µm图4-2-2加工成果图4.2电极工具头制作4.2.1电火花线切割技术加工微凸起工具电极微细电火花线切割加工技术一个重要应用就是制备电加工用的微细工具电极。1基础设备图4-4电火花线切割机使用低速如图走丝精密电火花线切割机。机床由床身、立柱、X、Y坐标工作台、Z轴升降系统、U、V坐标轴、走丝系统、夹具、工作液系统和电器控制系统组成。2电火花线切割加工工具电极选用表4.1所示的微细线切割加工电参数进行加工。表4.1微细线切割加工电参数1线切割丝φ0.10mm镀锌铜丝2放电电流（A）133冲液压力（MPa）0.024闲置脉冲百分（%）205电极丝张力（N）4.06加工速度（mm/min）8.6等宽槽、不等度槽端面工具头加工结果如图4.9（a）、（b）所示。500500μm（a）等宽槽（b）不等宽槽图4-2等宽与不等宽槽工具电极经体视测量显微镜测量，工具头尺寸为：等宽端面槽宽0.3918mm，槽轴向长度2.9619mm；不等宽端面槽宽为0.2590mm、0.365mm、0.5210m，槽轴向长度2.9477mm。图4.10（a）所示加工阵列正方形微凸起，先在一个方向进行“方波轨迹”微细线切割加工，切割的微凸起宽度：0.50mm，深度：3.0mm，间距：0.50mm，一个方向加工完毕，将工件旋转90°，再次进行“方波轨迹”线切割，完成阵列正方形微凸起的加工。加工结果如图4.10（b）所示。500500μm(a)微细精切割方波轨迹(b)正方形微凸起工具图4-3阵列正方形微凸起工具电极制作500500μm(a)微细精切割方波与斜波轨迹(b)菱形微凸起工具图4-4阵列菱形微凸起工具电极制作阵列菱形微凸起工具电极加工方法与正方形微凸起相似，区别在于加工菱形微凸起时，如图4.11（a）在一个方向进行“方波轨迹”微细线切割加工后，是将工件旋转45°，再进行“方波轨迹”线切割，完成菱形微凸起的加工，切割的微凸起宽度：0.70mm，深度：3.0mm，间距：0.50mm。加工结果如图4.11（b）所示。用同样的加工方法，可以制作高密度的阵列正方形和菱形微凸起工具阴极，如图4.12(a)、(b)所示。(a)阵列菱形微凸起工具(边长0.20mm)(b)阵列正方形微凸起工具(边长0.20mm)图4-5高密度的阵列正方形和菱形微凸起电极经体视测量显微镜测量，工具头尺寸为：正方形边长：0.4921mm，深度为：2.9443mm；菱形边长：0.7269mm，深度为：2.9566mm。3.电极工具头的制作精度与表面质量1）复制精度利用前述微细电加工技术组合制作的微细电极表面粗糙度可达到Ra0.20μm，尺寸精度一般可达到±0.001mm。圆柱电极制作过程中的放电损耗、电火花放电加工的圆角效应、微细超声复合电加工中的机械磨损在圆周方向均匀分布，不影响孔、轴类电极形状精度，但影响尺寸精度；对于非圆电极，在其制作与加工试验中，尖端放电损耗、圆角效应与复合加工中机械磨损的不均匀性，影响了零件形状精度与尺寸精度；所以，电极设计、制作中应充分考虑，并给予补偿。2）表面质量实践中，需根据加工件表面的粗糙度要求来确定制作电极的允许表面粗糙度值。选择微细组合电加工的电参数值愈小，制作电极的表面粗糙度值愈小，尺寸精度愈高，但电极制作效率将会显著降低，所以在保证电极表面粗糙度与加工精度要求的基础上，尽量选择较高的电参数，以提高效率。4.小结了解了微结构加工工具——微细工具电极的工作要求、材料的选择、总体与端面形状设计；总结了微细工具电极的几种制作方法，实际设计、制作了微轴型、等宽与不等宽槽型、等宽与不等宽米字形筋型、阵列微凸起、微齿轮等工具电极；为后续的电火花线切割加工做好了准备。4.3试验数据与现象分析4.3.1影响切割速度的主要因素电火花线切割加工是基于脉冲放电时的电腐蚀原理，即每次脉冲放电都会在工件表面形成一个高温热源而使一定的工件材料被蚀除，并在工件表面留下一个微小的放电凹坑。而且，脉冲放电能量见愈大，传递给工件上的热量就愈多，被蚀除的材料也愈多，并近似于正比例关系。设在一个脉冲当量的作用下蚀除的材料体积为Vi，则有Vi=kw根据叠加原理，1min重复脉冲放电的蚀除量（即加工速度，或称蚀除率）V为式中，V为加工速度，即1min内工件材料的蚀除量，mm3/min；Vi为一个脉冲放电时工件材料的蚀除量，mm3；f为重复脉冲放电频率，s-1;k为系数，与电极丝材料、工件材料、脉冲参数、工作液以与排屑条件等有关；w为单个脉冲放电能量，J；λ为有效脉冲利用率。单个脉冲放电所释放的能量w切取决于极间电压u（t）、放电电流与脉冲放电持续时间ton，即：实际上，击穿后的极间火花维持电压Ut是一个与电极对材料与工作液种类有关的数值（如在煤油中用铜丝加工钢时约为25V，而在乳化液中用铜丝加工钢时则为20V左右），而与脉冲电压幅值、放电电流大小关系不大，如图4-9所示。在实际加工过程中电火花线切割加工的切割速度Vs和上述描述的加工速度V(蚀除率）略有不同，在相同的脉冲能量下，由于电极丝的直径不同导致加工速度有所差异，二者之间大致相差一个切缝宽度b：式中，Vs为切割速度，mm2/min；V为加工速度（蚀除率），mm3/min；b为切割缝宽度，mm；d为电极的直径，mm；δ为单向放电间隙，mm；w为单个脉冲放电能量，J；k为系数，与电极对材料、脉冲参数、工作液以与排肩条件等有关的系数；λ为有效脉冲利用率。由此可知，影响电火花线切割加工切割速度的因素很多，包括脉冲参数、电极丝的直径以与与系数k相关的众多因素，下面将有重点地分别加以论述。图4-9极间放电电压与电流1.脉冲参数对切割速度的影响1）峰值电流Im的影响在其他条件保持不变的情况下，提高脉冲峰值电流总可以按比例提高单个脉冲放电能量，因而可以按比例提高切割速度。从图4-10a中不难看出：①在高速走丝的情况下，切割速度在一定范围内随脉冲峰值电流的增大而增大；②当峰值电涑增大到一定程度时，由于加工电流增大，电蚀产物浓度增加，会影响加工稳定性而使切割速度增大速度减慢，甚至会导致切割速度因峰值电流继续增大而下降。电极丝直径愈细，这种现象出现得愈早；③较粗的电极丝在较大的峰值电流情况下仍可稳定加工，不仅是因为电极丝横截面积大，能承受较大的峰值电流，还因为用粗电极丝加工时切缝较宽，有助于电蚀产物的排出。正因如此，在加二过程中可以体会到在峰值电流小而排屑条件良好的情况下，细电极丝的切割速度会比粗电极丝高一些。图4-10b所示的低速走丝情况，在一定的范围内，切割速度几乎与单脉冲能量（峰值电流）成比例增加，但若峰值电流过大加上冲液状况不良而影响其切缝排屑，切割速度就会减慢，并有可能引起断丝。一般来讲，慢速运丝线切割机的切缝排屑主要靠高压冲洗强制排屑，切缝宽一点有利于高压水流进人，排屑效果好。图中粗丝在相同条件下切割速度高一点，主要是因为低速走丝排肩条件差，粗丝加工时切缝较宽有助于排屑。图4-10峰值电流与切割速度脉宽ton对切割速度影响在其他条件保持不变的情况下，切割速度将随着脉冲宽度ton的增加而增加。如图4-11所示。但当脉宽增大到一定范围时，切割速度将明显偏离其正比关系，甚至还会随脉宽的增加反而下降。另外，脉冲宽度过大还有可能使正常的脉冲放电状态转变为瞬间电弧放电状态，烧坏工件或造成断丝。由于低速走丝时排屑条件较差，一般都不采用增加脉宽的方法来提高切割速度，而是以窄脉冲高峰值电流方式来提高切割速度。高峰值电流有助于增大放电爆炸力，扩大放电间隙，以改善排屑条件。目前,低速走丝线切割所用的脉宽都在10µs以下，有的采用亚微秒级脉宽，最小可小至50ns左右。而最大峰值电流Im可达1000A。此外，在低峰值电流情况下，脉冲宽度过大也会导致热量向工件内部传散的比重增大，不仅会影响切割速度，而且还会影响加工表面热影响层厚度。脉冲间隔toff对切割速度的影响在其他加工条件保持不变的情况下，减小脉冲间隔toff会使脉冲放电频率增加,从而使切割速度随之提高，如图4-12所示。实验结果表明，当脉冲间隔toff远远大于脉宽ton时，脉冲间隔的减小会便切割速度成比例地增大；当toff减到可以与脉宽ton比拟时，这种反比例关系将会明显偏离，加上脉冲间隔过小会使切割中的电蚀产物浓度剧增而使加工变得不稳定，严重影响切割速度的提高，甚至因脉冲间隔过小而产生电弧放电使电极丝烧断，致使线切割加工无法继续进行。脉冲间隔的合理选取，与其他脉冲参数、走丝速度、电极丝直径、工件材料与厚度等多种因素有关，应视不同条件而异。在高速走丝的条件下，因其脉冲峰值电流一般都在20A以下，一般认为脉冲间隔为脉冲宽度的3～5倍为佳。如果工件厚，排屑条件恶劣时,可以适当增加脉冲间隔，降低加工切割速度，提高切割的稳定性。.图4-11脉冲宽度与切割速度的关系图4-12脉冲间隔与切割速度的关系2.非电参数对切割速度的影响电极丝与其移动速度对切割速度影响电极丝直径我们可以采用增大电极丝直径的方法来提高切削速度，电极丝承受峰值电流的大小是与其截面积成正比的，增大电极丝直径有利于施加大峰值电流，从而提高切割速度。在追求高效切割时，一般还是采用粗丝并加大峰值电流进行加工。电极丝材质电极丝张力走丝速度电极丝振动进电方式工作液对切割速度的影响工作液的种类乳化液成分和浓度表4-1乳化液浓度与切割速度喷液方式与压力工件材料与厚度对线切割速度影响表4-2不同材料的电火花切割速度进给控制对切割速度的影响进给速度在高速走丝电火花线切割加工时，采取过跟踪进给，可以抑制其开路波形出现。低速走丝电火花线切割加工时，因排屑条件差不允许瞬间短路。进给控制方式4.3.2影响加工精度的主要因素加工尺寸精度机床种类放电间隙变化脉冲电源电压平均加工电压单脉冲能量加工进给速度工作液的电阻率工件厚度与电极丝振动影响加工尺寸精度的其他因素电极丝丝径精度与损耗工件材质与加工方法环境条件形位精度平直度走丝方式导向支点位置导向支点愈靠近工件上下端面，愈有助于减小平直度误差。工件厚度随着工件厚度的增加，电火花线切割加工时的进给速度相应降低。棱角形状精度由于放电力的作用而产生的电极丝（放电点）滞后现象对小圆角影响远远要超过电极丝半径和放电间隙的影响。间距精度定位精度电火花线切割加工的定位方式主要有两种：一是以孔为基准，通过电极丝与工件的接触（或产生火花）自动找正孔的中心；另一种是以端面为基准，找正加工的相对位置。工件基准面状态作为基准面，必须清洁且无毛刺，保证垂直度和平行度。装夹在工作台上后，其基准面必须与坐标轴平行，与工作台面保证垂直度。电极丝的张紧力与振动情况电极丝不允许有弯曲现象，且保证与工作台垂直。工作台的运动惯性自动定位时，限制机床的移动速度，避免超调现象发生，以提高定位精度。4.3.3影响加工表面质量的主要因素影响加工表面粗糙度主要因素脉冲参数工件材料工作液影响切割条纹的主要因素脉冲参数降低脉冲电压或者减少单脉冲放电能量，有利于减小单面放电间隙与电极丝的振动振幅，也有利于减小切割条纹的深度。走丝方式提高低速走丝的电极丝张紧力、缩短导向器与工件之间的距离、降低电极丝移动速度以与选用与电极丝丝径相匹配的导向器，都有助于电极丝运行稳定，减小条纹深度。对高速走丝，由于电极丝的高速移动，必然会引起强烈振动，加上导向轮不可避免的会产生径向跳动和轴向窜动，都会导致有规则的切割条纹的产生。采用高耐磨性导向器，并使导向器尽量靠近工件，也能改善加工表面切割条纹，提高表面质量。工件厚度与材质切割的工件厚度越小，或是导向器离工件越远，起切割条纹就越明显。工作液工作液的作用如下：在加工区起冷却作用，即对电极丝和工件进行冷却压缩放电通道，以集中放点能量。在放电区既要有具有快速的击穿效果，又必须具备消电离作用，快速恢复极间的绝缘状态。对放电产物的清楚作用。影响加工表面组织变化层的主要因素加工表面层的组织变化在电火花线切割加工过程中，由于脉冲放电时所产生的瞬时高温和工作液冷却作用，工件表面会发生组织变化，并可粗略地分为熔融凝固层、淬火层和热影响层。变化层的厚度变化层厚度是指熔融凝固层的厚度。因放电的随机性较大，在同样的加工条件下，不同点的熔融凝固层的厚度明显不均匀。变化层的厚度主要与脉冲放电能量有关，大约为Rmax的2～3倍。实验表明，熔融凝固层的厚度总体上来说随脉冲能量的增加而增加。显微硬度电火花线切割加工获得的表面总体上是硬脆的，适于用超声波抛光等方法去除加工表面软化层，提高模具使用寿命。显微裂纹与应力电火花线切割就爱共表面由于受高温作用并在工作液中迅速冷却，一般都会产生拉应力，甚至出现显微损耗。一般裂纹仅在熔融凝固层出现，且脉冲能量愈大或是工件材料愈硬脆，愈容易产生显微裂纹并出现某些空穴。所以，在切割硬脆材料时，应尽量选用窄脉冲精规准加工。4.3.4影响电极丝损耗的主要因素脉冲参数增大单脉冲能量，增大脉冲宽度和峰值电流以与提高电流电压，有利于提高切割速度，对于降低电极丝的丝径损耗来说，增大脉冲宽度更为有效。一般来说，增大脉冲峰值电流会使电极丝损耗增大，但只要适当控制电流的上升速度，其电极丝损耗的增加是有限的。但峰值电流增加有利于提高切割速度，得根据实际加工的侧重点，合理调配脉冲组合，以达到最佳状态。脉冲波形脉冲电流上升速度增大脉冲电流的上升速度会增大电极丝的丝径损耗，且上升速度越快，电极丝的丝径损耗也愈大。脉冲前沿时间并非愈长愈好，而是有一个最佳值。脉冲电流波形电极丝材料与移动速度为了获得好的工艺效果，应选用加工稳定性好、抗拉强度高，且耐损耗的材料做电极丝。常用的有黄铜丝、紫铜丝、钨丝、钼丝、钨钼丝等。工作液低速走丝电火花线切割加工主要用去离子水做工作液，极间污染程度不仅会影响工艺效果，也会影响电极相对损耗。实验表明，加工过程中的电化学所发生的阳极溶解有助于提高切割速度和改善加工表面粗糙度，而阴极所发生的阴极电镀现象有助于补偿电极丝的损耗。高速走丝电火花线切割加工采用皂化油乳化液。第五章试验总结结论体会与展望5.1实验总结本课题进行电火花线切割加工零件试验，熟悉其加工特性，进行参数优化，为其实际应用建立工艺基础。5.1.1反映电火花加工工艺效果的主要指标反映电火花线切割加工工艺效果的主要指标有:切割速度、表面粗糙度、加工精度和电极丝损耗量等。电火花加工线切割参数一般分为电参数和非电参数,它们相互影响,关系错综复杂。切割速度、表面粗糙度、加工精度和电极丝损耗量的主要影响表现在以下几个方面:1.切割速度在保持一定的表面粗糙度的切割过程中，单位时间内电极丝中心线在工件上切出的面积总和称为切割速度，单位为mm2/min。最高切割速度是指在不计切割方向和表面粗糙度等条件下，所能达到的切割速度。通常高速走丝线切割速度为80～180mm2/min，它与加工电流大小有关。为了比较不同输出电流脉冲电源的切割效果，将每安培电流的切割速度称为切割效率，一般切割效率为20mm2/（min·A）。2.表面粗糙度和电火花加工表面粗糙度一样，我国和欧洲常用轮廓算术平均偏差（µm）来表示，高速走丝线切割一般的表面粗糙度为义Ra5～2.5µm，最佳也只有Ra1µm左右；低速走丝线切割一般可达Ra1.25µm，最佳可达Ra0.04µm。用高速走丝方式切割钢工件时，在切割出表面的进出口两端附近，往往有黑白相间交错的条纹，仔细观察时能看出黑的微凹，白的微凸，电极丝每正、反向换向一次，便有一条黑白条纹，这是由于工作液出人口处的供应状况和蚀除物的排除情况不同所造成的。如图所示，电极丝入口处工作液供应充分，冷却条件好，蚀除量大但蚀除物不易排出，工作液在放电间隙中受高温热裂分解出的碳黑和钢中的碳微粒，被移动的钼丝带入间隙，致使放电产生的碳黑等物质凝聚附着在该处加工表面上，使该处呈黑色。而在出口处工作液少，冷却条件差，但因靠近出口排除蚀除物的条件好，又因工作液少，蚀除量小，在放电产物中碳黑也较少，且放电常在小包泡等气体中发生，因此表面呈白色。由于在气体中放电间隙比在液体中的放电间隙小，所以电极丝人口处的放电间隙比出口处大。由于电极丝人口处和出口处的切缝宽度不同，就使电极丝在一次换向期间的切缝不是直壁缝，而具有一定的斜度，如图所示。图5.1线切割表面黑白条纹与其切缝形状电极丝往复运动产生黑白条纹b）电极丝入口和出口处的宽度c）电极丝不同走向处的剖面图1一电极丝运动方向2—微凹的黑色部分3—微凸的白色部分3.电极丝损耗量 对高速走丝机床，用电极丝在切割10000mm2面积后电极丝直径的减少量来表示。每切割10000mm2后，钼丝直径减小不应大于0.01mm。4.加工精度加工精度是指所加工工件的尺寸精度、形状精度（如直线度、平面度、圆度等〉和位置精度（如平行度、垂直度、倾斜度等）的总称。快速走丝线切割的可控加工精度在胃0.01～0.02mm左右，低速走丝线切割可达0.002〜0.005µm左右。5.1.2电参数的影响1.脉冲宽度ti通常ti加大时加工速度提高而表面粗糙度变差。一般ti＝2～60µs，在分组脉冲与光整加工时，ti可小至0.5µs以下。 2.脉冲间隔t0t0减小时平均电流增大，切割速度加快，但t0不能过小，以免引起电弧和断丝。一取取t0＝（4～8）ti，在刚切人、或大厚度加工时，应取较大的t0值。3开路电压ûi该值会引起放电峰值电流和放电加工间隙的改变。ûi提高，加工间隙增大，排肩变易,提高了切割速度和加工稳定性，但易造成电极丝振动，通常ûi的提高还会使丝损加大。4放电峰值电流Îε这是决定单脉冲能量的主要因素之一。Îε增大时，切割速度提高，表面粗糙度变差,极丝损耗比加大甚至断丝。一般Îε小于40人，平均电流小于5A。低速走丝线切割加，因脉宽很窄，电极丝又较粗且使用一次，故Îε常大于100A甚至达1000A。5放电波形在相同的工艺条件下，高频分组脉冲常常能获得较好的加工效果。电流波形的前沿上升比较缓慢时.电极丝损耗较少。不过当脉宽很窄时，必须要有陡的前沿才能进行有效的加工。5.1.3非电参数的影响电极丝与其移动速度对工艺指标的影响对于高速走丝线切割，广泛采用0.06 ～0.20mm的钼丝，因它耐损耗、抗拉强度高、丝质不易变脆且较少断丝。提高电极丝的张力可减轻丝振的影响，从而提高精度和切割速度。丝张力的波动对加工稳定性影响很大，产生波动的原因是：导轮、导轮轴承磨损偏摆、跳动；电极丝在卷丝筒上缠绕松紧不均；正反运动时张力不一样；工作一段时间后电极丝伸长，张力下降。采用恒张力装置可以在一定程度上改善丝张力的波动。电极丝的直径决定了切缝宽度和允许的峰值电流。最高切割速度一般都是用较粗的丝实现的。在切割小模数齿轮等复杂零件时，采用细丝才能获得精细的形状和很小的圆角半径。随着走丝速度的提高，在一定范围内，加工速度也提高。提高走丝速度有利于电极丝把工作液带人较大厚度的工件放电间隙中，有利于电蚀产物的排除和放电加工的稳定。但走丝速度过高，将加大机械振动，降低精度和切割速度，表面粗糙度也恶化，并易造成断丝，一般以小于10m/s为宜。低速走丝线切割机床，电极丝的材料和直径有较大的选择范围。高生产率时可用0.3mm以下的镀锌黄铜丝，允许较大的峰值电流和气化爆炸力。精微加工时可用0.03mm以上的钼丝、钨丝。由于电极丝张力均匀，振动较小，所以加工稳定性、表面粗糙度、精度指标等均较好。2.工件厚度与材料对工艺指标的影响工件材料薄，工作液容易进人并充满放电间隙，对排屑和消电离有利，加工稳定性好。但工件太薄，电极丝易产生抖动，对加工精度和表面粗糙度不利。工件厚，工作液难于进入和充满放电间隙，加工稳定性差，但电极丝不易抖动，因此精度较高，表面粗糙度较小。切割速度（指单位时间内切割的面积，单位为mm2/min）先随厚度的增加而增加，当达到某一最大值（一般为50～100mm）后开始下降，这是因为厚度过大时，冲液和排屑条件变差。工件材料不同，其熔点、气化点、热导率等都不一样，因而加工效果也不同。例如采用乳化液加工时：（1）加工铜、铝、淬火钢时，加工过程稳定，切割速度高。（2）加工不锈钢、磁钢、未淬火高碳钢时，稳定性较差，切割速度较低，表面质量不太好。（3）加工硬质合金时，比较稳定，切割速度较低，表面粗糙度小。3.预置进给速度对工艺指标的影响预置进给速度（指进给速度的调节，俗称变频调节）对切割速度、加工精度和表面质量的影响很大。因此，应调节预置进给速度，紧密跟踪工件蚀除速度，保持加工间隙恒定在最佳值上。这样可使有效放电状态的比例大，而开路和短路的比例少，使切割速度达到给定加工条件下的最大值，相应的加工精度和表面质量也好。如果预置进给速度太快，超过工件可能的蚀除速度，会出现频繁的短路现象，切割速度反而低（欲速则不达，表面粗糙度也差，上下端面切缝呈焦黄色，甚至可能断丝；反之，进给速度调得太慢，大大落后于工件可能的蚀除速度，极间将偏开路，有时会时而开路时而短路，上下端面切缝发焦黄色，这两种情况都大大影响工艺指标。因此，应按电压表、电流表调节进给旋钮，使表针稳定不动，此时进给速度均匀、平稳，是线切割加工速度和表面粗糙度均好的最佳状态。此外，机械部分精度（例如导轨、轴承、导轮等磨损、传动误差）和工作液（种类、质量分数与其脏污程度）都会对加工效果产生相当的影晌。当导轮、轴承偏摆，工作液冲水不均匀时，会使加工表面产生上下凹凸相间的条纹，恶化工艺指标。5.2所获结论5.2.1合理选择电参数1.要求切割速度高时当脉冲电源的空载电压高、短路电流大、脉冲宽度大时，则切割速度高。但是切割速庚和表面粗糙度的要求是互相矛盾的两个工艺指标，所以，必须在满足表面粗粮度的前提下再追求高的切割速度。切割速度还受到间隙消电离的限制，也就是说，脉冲间隔也要适宜。2.要求表面粗糙度好时若切割的工件厚度在80mm以内，则选用分组波的脉冲电源为好。它与同样能量的矩形波脉冲电源相比，在相同的切割速度条件下，可以获得较好的表面粗糙度。无论是矩形波还是分组波，其单个脉冲能量小，则Ra值小，亦即脉冲宽度小、脉冲间隔适当、峰值电压低、峰值电流小时，表面粗糙度较好。3.要求电极丝损耗小时应选用前阶梯脉冲波形或脉冲前沿上升缓慢的波形，由于这种波形电流的上升率低(即di/dt小），故可以减小丝损。4.要求切割厚工件时选用矩形波、高电压、大电流、大脉冲宽度和大的脉冲间隔可充分消电离，从而保证加工