CN101342623A

CN101342623A - 基于hswedm用脉冲电源的单向低速走丝电火花线切割加工方法

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Publication number: CN101342623A
Application number: CNA2008100225527A
Authority: CN
Inventors: 刘志东; 田宗军; 黄因慧; 汪炜
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2008-08-15
Filing date: 2008-08-15
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2028-08-15
Also published as: CN100571951C

Abstract

一种基于HSWEDM脉冲电源的单向低速走丝电火花线切割加工方法，其特征是：1)采用HSWEDM脉冲电源作为工作电源；2)采用黄铜丝线、包锌黄铜或以黄铜为基材的合金丝线作为工作电极，单向走丝；3)采用低速走丝，控制走丝速度为1～10m/min，同时向切缝中以0.1MPa以上的压力喷射导电率介于1×10^－2ms.cm^－1～10ms.cm^－1工作液，以及时将切割过程中产生的蚀除物从切缝中冲掉，并保证切缝内获得稳定的放电状态，实现低速走丝放电稳定切割。本发明解决了利用HSWEDM脉冲电源提高加工质量的难题，有利于提高电火花加工水平，同时具有方法简单、易于实现、投资少，见效快的特点。

Description

基于HSWEDM用脉冲电源的单向低速走丝电火花线切割加工方法

技术领域

本发明涉及一种电火花线切割加工方法，尤其是一种以HSWEDM(高速走丝电火花线切割)用脉冲电源和黄铜丝、包锌黄铜或以黄铜为基材的合金丝线作为工作电极进行低速走丝的电火花线切割加工方法，具体地说是一种可以将具有一定导电性及良好洗涤能力的工作液采用0.1MPa以上高压喷液方式用于目前低速走丝电火花线切割机床上，使其能进行正常放电切割的基于HSWEDM脉冲电源的单向低速走丝电火花线切割加工方法。

背景技术

对于电火花线切割而言目前形式上加工方式主要有两种：第一种是采用具有一定导电性能的工作液(绝大多数是含基础油5％左右的乳化液)无压力的浇注在切缝表面并采用钼丝为电极丝，通过双向的往复高速走丝(丝速6～10m/s)进行切割的高速走丝电火花线切割(HSWEDM)技术(原理如图1所示)。第二种是采用去离子树脂，将纯净水中离子去除并采用高压喷液方式喷入放电间隙进行冷却，电极丝一般采用黄铜丝、包锌黄铜或以黄铜为基材的合金丝线单向低速走丝(丝速1～10m/min)进行的低速走丝电火花线切割(LSWEDM)技术(原理如图2所示)。

这两类形式上完全不同的电火花线切割方式在其它技术方面也有很大的差异，其性能对比如表1所示。

两种电火花线切割最明显的技术差异主要体现在放电切割的高频脉冲电源方面，HSWEDM一般采用较低峰值电压和电流(峰值电流＜50A)且较宽的脉宽(脉冲宽度1～128μs，脉冲间隔1～1500μs)的高频脉冲电源就可以进行加工，而LSWEDM则必须采用较高的峰值电压和电流(目前峰值电流＞1000A)且十分窄的脉宽(脉冲宽度50ns～2μs，脉冲间隔1～15μs)的高频脉冲电源进行加工，而目前国内还很少有企业可以独立设计出具有较高工艺性能的LSWEDM高频脉冲电源，多数厂家目前LSWEDM生产方式仍是采用机械部分国内生产而控制系统从台湾全套进口配套的方法进行或者在国外控制系统模块基础上改进而成，其内部许多细节和核心技术并未完全消化。这种LSWEDM产品无论在可靠性、品牌效应、服务配件的供给、技术服务等方面都与原装机存在一定的差距，且对我国LSWEDM制造水平的提高收效甚微。现在国产的LSWEDM也只能达到中低档水平，从长远看我国仍然必须研制出自己的LSWEDM，但如果仍沿着传统的国外LSWEDM设计思路发展下去，对于大多数企业而言从人力和财力方面都是一项根本无力承担的工作，即使研制出的雏形，其技术指标及稳定性也与目前国际市场上的LSWEDM脉冲电源差距巨大。

表1高速走丝与低速走丝技术方面的差异对比表

比较项目	高速走丝电火花线切割机床	低速走丝电火花线切割机床
比较项目	高速走丝电火花线切割机床	低速走丝电火花线切割机床	走丝速度	6～10m/s	1～10m/min
走丝方向	往复	单向	走丝速度	6～10m/s	1～10m/min
走丝方向	往复	单向	工作液	乳化液\水基工作液(无压浇注)	去离子水(高压喷射)
电极丝材料	钼丝\钨钼丝	黄铜丝	工作液	乳化液\水基工作液(无压浇注)	去离子水(高压喷射)
电极丝材料	钼丝\钨钼丝	黄铜丝	高频脉冲电源	等频低压低峰值电流	窄脉宽高峰值电流(高效、优化、智能、防电解、超精等)
切割速度	60～80mm²/min	120～200mm²/min	高频脉冲电源	等频低压低峰值电流	窄脉宽高峰值电流(高效、优化、智能、防电解、超精等)
切割速度	60～80mm²/min	120～200mm²/min	加工精度	0.01～0.02mm	±0.005～±0.01mm
表面粗造度(μm)	Ra：2.5～5.0	Ra：0.3～1.25	加工精度	0.01～0.02mm	±0.005～±0.01mm
表面粗造度(μm)	Ra：2.5～5.0	Ra：0.3～1.25	最大切割厚度	600～1000mm	500mm

另一方面由于运丝方式的差异，HSWEDM电极丝空间位置不易控制，导丝器磨损严重并且加工中会产生电极丝的损耗。由于往返的运丝加工方式，加工精度受到电极丝空间位置变化及丝损耗的影响，所以HSWEDM加工精度及表面粗糙度的提高均受到很大的局限。

以往HSWEDM之所以采用高速运丝加工的一个最主要问题是由于工作液采用的是含基础油5％左右的乳化液，因此在放电后蚀除产物与乳化液内的油性组分会生产粘连性蚀除产物，堵塞在切缝内，并且切缝也比较窄(单边放电间隙＜0.02mm)，因此采用高压喷液的方式工作液根本无法进入切缝内，只能依靠高速运丝将附着在电极丝上的乳化液带入切缝，并且通过电极丝高速离开放电区域来减少断丝的危险(如图3所示)。

而LSWEDM可以采用低速运丝的原因是其工作介质采用电导率很低的去离子水，其生成的蚀除产物是非粘连的颗粒状，可以通过高压喷液的作用，排出蚀除产物，并且其高频脉冲电源因为具有较高的峰值电压和电流，所产生的放电间隙也比较宽(单边放电间隙＜0.05mm)，即使采用较低的运丝速度也可以维持正常切割。

因此HSWEDM与LSWEDM差异产生的最根本原因是因为放电介质的不同导致的放电间隙内状态的不同，使得前者必须采用高速运丝方式，并且即使采用喷液冷却方式，因为间隙内蚀除产物粘连且不易排出的特性，收效也不明显。

选用具有一定导电性且具有良好洗涤能力的工作液，保障放电时在放电间隙内形成十分干净的极间状态(如图4)，使得可以沿用传统LSWEDM的运丝及喷液方式，并可以选用目前国内技术已相当成熟的HSWEDM脉冲电源及控制系统进行切割，从而达到既可以利用LSWEDM低速走丝系统以维持电极丝在空间位置的稳定性及单向低速走丝导丝器磨损缓慢且不用考虑电极丝损耗的特点，又可以利用国内控制系统及高频脉冲电源成本低，技术成熟的特点，形成一种新的以较高电导率工作液为放电介质的LSWEDM方式，是目前电火花加工领域迫切需要解决的难题。

发明内容

本发明的目的是针对国内由于LSWEDM高频脉冲电源技术方面的制约导致整个控制系统成为其发展的主要瓶颈的问题，发明一种基于HSWEDM脉冲电源的单向低速走丝电火花线切割加工方法。

本发明的技术方案是：

一种基于HSWEDM用脉冲电源的单向低速走丝电火花线切割加工方法，其特征是：

1)采用高速走丝电火花线切割(以下简称HSWEDM)用脉冲电源作为工作电源；

2)采用黄铜丝线、包锌黄铜或以黄铜为基材的合金丝线作为工作电极，单向走丝；

3)采用低速走丝，控制走丝速度为1～10m/min，同时向切缝中以0.1MPa以上的压力喷射导电率介于1×10^-2ms.cm^-1～10ms.cm^-1工作液，以及时将切割过程中产生的蚀除物从切缝中冲掉，保证切缝的通畅，实现低速走丝稳定切割。

所述的工作液主要由油酸、表面活性剂、氢氧化钾、植物油、防锈剂和工业纯净水组成，其重量百分比为：油酸7％～8％，表面活性剂20％～25％，氢氧化钾5％～8％，植物油4％～6％，防锈剂6％～8％，工业纯净水：余量。

本发明的电火花线切割方法由于电导率较高，因此采用较低的峰值电压和电流就可以形成击穿放电进行正常加工。

本发明的工作液对于去离子水具有较强的洗涤性能和较强的防锈蚀性能。

本发明的工作液配制完成以后只需按比例稀释无需进行任何处理就可以直接作为LSWEDM的工作液，可以省去传统LSWEDM需要用树脂对纯水进行去离子的装置，从而可以降低加工成本。

本发明的有益效果：

本发明解决了目前低速单向走丝电火花加工过程中依赖于需要较高峰值电压和电流的高频脉冲电源的问题，使得利用普通峰值电压和电流的高频脉冲电源即可完成低速单向走丝线切割加工，有利于提高电火花加工质量，降低成本，提升我国的电火花加工能力和水平。

本发明可直接利用现有传统的或经过改造的LSWEDM机械部分进行改造，解决了LSWEMD的维护和更新问题，换上HSWEDM电源并采用本发明的方法即可使原有的LSWEMD加工设备恢复到正常加工水平。

本发明采用高压喷液方式，具有方法简单、易于实现、投资少，见效快等特点。

本发明的工作液还可直接用于现有的配备目前HSWEDM控制系统和脉冲电源的LSWEMD机床上，可以省去传统LSWEDM机床需要用去离子树脂对纯水进行去离子的装置，从而可以降低加工成本。

附图说明

图1是现有的高速走丝电火花线切割原理图。

图2是现有的低速走丝电火花线切割原理图。

图3是采用乳化液作为工作液时的极间状况示意图。

图4是采用本发明的工作液时的极间状况示意图。

图中：1’为储丝筒，2’为导轮，3’为钼丝，4’为工件，5’为脉冲电源，6’为水泵，7’为工作液；1为压紧卷筒，2为电极丝自动卷绕电机，3为滚筒，4为供丝绕线轴，5为预张力电机，6为导轮，7为恒张力控制论，8为恒张力控制伺服电机，9为压紧卷筒，10为压紧卷筒，11为电极丝，12为喷嘴(内有导丝器)，13为测压装置，14为电源，15为工件，16为高压水泵，17为清液槽，18为导轮，19为拉丝卷筒，20为废电极丝回收箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图4所示。

一种基于HSWEDM用脉冲电源的单向低速走丝电火花线切割加工方法，其要点是：

1)采用HSWEDM用脉冲电源(如苏州市开拓电子技术有限公司生产的YH中走丝电火花脉冲电源)作为工作电源；

2)采用黄铜丝线作为工作电极，单向走丝；具体实施时，黄铜丝线还可采用包锌黄铜线和以黄铜为基材加入其它一些合金成分的合金线(如铜钼合金丝线、铜钨合金丝线、铜锌合金丝线等)，同时实验证明，使用包锌黄铜丝和铜基合金丝的加工效果优于单独使用纯黄铜丝；在最大切割速度方面有显著提高(可提高10％-50％)。

以下是常用的工作液配制方法：

工作液一。

取油酸7kg、表面活性剂20kg、氢氧化钾5kg、植物油4kg、防锈剂(如三乙醇胺)6kg和工业纯净水58kg混合，加热搅拌均匀即可使用。

工作液二。

取油酸8kg、表面活性剂25kg、氢氧化钾8kg、植物油6kg、防锈剂(如三乙醇胺)8kg和工业纯净水45kg混合，加热搅拌均匀即可使用。

工作液三。

取油酸6.5kg、表面活性剂22.5kg、氢氧化钾6.5kg、植物油7kg、防锈剂(如三乙醇胺)7kg和工业纯净水50.5kg混合，加热搅拌均匀即可使用。

本发明的工作液也可应用于现有传统的或经过改造的LSWEDM机床上，并采用高压喷液方式，可选用国内技术相当成熟的等频脉冲电源和控制系统，实现低峰值电压和峰值电流正常加工。从而可以达到通过切割工艺指标特别是通过多次切割提高切割零件加工精度和表面质量的目的。

采用本发明的方法可以利用HSWEDM脉冲电源加工出在加工精度、表面粗糙度方面接近于表1中LSWEDM脉冲电源才能达到的加工效果，因此，效果十分明显。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1、一种基于HSWEDM用脉冲电源的单向低速走丝电火花线切割加工方法，其特征是：

1)采用高速走丝电火花线切割(HSWEDM)用脉冲电源作为工作电源；

3)采用低速走丝，控制走丝速度为1～10m/min，同时向切缝中以0.1MPa以上的压力喷射导电率介于1×10^-2ms·cm^-1～10ms·cm^-1工作液，以及时将切割过程中产生的蚀除物从切缝中冲掉，并保证切缝内获得稳定的放电状态，实现低速走丝放电稳定切割。

2、根据权利要求1所述的基于HSWEDM脉冲电源的单向低速走丝电火花线切割加工方法，其特征是所述的工作液主要由油酸、表面活性剂、氢氧化钾、植物油、防锈剂和工业纯净水组成，其重量百分比为：油酸7％～8％，表面活性剂20％～25％，氢氧化钾5％～8％，植物油4％～6％，防锈剂6％～8％，工业纯净水：余量。