CN114054873A - 用于高速线材切割的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了用于高速线材切割的方法。一种高速线材电化学放电切割方法(HS‑WECDM)，其中借助于线材电极处理工件，其中在所述线材电极处施加相继的负极性脉冲，由此至少部分地发展出分立的电气放电，其特征在于，方法进一步包括在负脉冲之间在线材电极处施加正极性脉冲，并且立即检测到随着每个正极性脉冲发生的点火，并且立即中断正极性脉冲。
Description
技术领域
本发明涉及用于线材电化学放电切割的方法，特别是涉及用于高速线材电化学放电切割的脉冲形成方法。
背景技术
线材电气放电加工处理(WEDM)是用于准确切割导电材料的非传统处理。借助于线材电极在工件中切割出合期望的轮廓。线材和工件被根据加工程序的指令相对于彼此移动。通过在工件和线材之间施加脉冲电压、在电极间的空间(间隙)处引起火花放电来执行处理。
WEDM处理是通用的并且是极其精确的，因而WEDM机器被广泛地使用，特别是用于生产用于冲压的压模和冲头。WEDM处理是在工件浸没在电介质流体浴槽中的情况下或者使用同轴冲洗(主要是具有非常低的电导率的去离子水或油)进行的。线材电极是以典型地在从30到300 mm/s的范围内的移离(run-off)速度从线轴馈送的。在WEDM中，线材总是在同一方向上行进并且仅被使用一次。
相反，在此公开的方法涉及高速线材电化学放电切割。这种电气切割方法有时被称为快速线材切割、往复移动线材切割、高速WEDM(或简称为HS-WEDM或HS-WECDM或FW)。在下面，其被称为高速线材切割处理或HS-WECDM。HS-WECDM处理也是通过向间隙施加脉冲电压执行的，但是该处理关于传统的WEDM是非常不同的。
线材行进方向周期性地往复移动，从而钼线材被多次使用，这由于低的线材磨损而是可能的。此外，线材的行进速度达到20 m/s，即与传统的WEDM中相比更高得多。由于该原因，WEDM有时被称为低速WEDM(LS-WEDM)。在HS-WECDM机器和LS-WEDM机器中，线材行进方向一般是竖向的，其中加工液是借助于同轴喷嘴(即通过喷洒)馈送的。在HS-WECDM中使用的加工液是具有大约3 mS/cm的中等电导率的流体。因此在本说明书中其被称为电解液。HS-WECDM的高的线材行进速度通过将电解液携带到切口中来确保良好的冲洗，从而在没有加工液体浴槽的情况下正常地发生加工。
HS-WECDM机器的精度和通用性不可与LS-WEDM相比，然而这些机器对于诸如分离、分割、切片和开槽的任务的大量的操作而言是良好的。此外，它们的价格/性能比是有吸引力的。
最近，GF加工解决方案提出了AgieCharmiles CUT AM 500；一种新的往复移动线材切割机器，其被专门设计成将增添地制造的金属部件与基板分离(参见GF加工解决方案小册259.806.892-EN)。该机器是其中线材跨加工区域水平地行进的HS-WECDM。基板被安装在旋转台架上，通过该旋转台架在装载之后使基板旋转180°。因此如在EP3360636A1中示出那样，在基板被上下颠倒地翻转的情况下执行处理。以这种方式，要被分离的AM部件在切割时不阻塞切口，并且掉落的AM部件被容易地收集。
在电气加工处理中，冲洗是关键的因素。在水平切割中，在切口中的加工液的馈送更困难，特别是由于重力的原因。在此在上面描述的专用于分离增添地制造的金属部件的线材切割机器的情况下，由于如下事实而给出附加的困难：典型地在基板上同时生成若干个AM部件，形成被彼此间隔开的部件的阵列。冲洗这样的部件是非常困难的。
由于这些原因，在上面提到的水平HS-WECDM机器的情况下，优选地在加工流体浴槽中执行操作。流体浴槽确保切口的持久冲洗。
例如从CN101428364A或CN101670471A已知一种往复移动HS-WECDM，其中线材电极在工作罐中水平地行进以处理浸没的工件。
HS-WECDM处理通常是在线材电极处利用单极性的负极性脉冲执行的。切割电极的负极性造成材料移除实质上在工件侧处发生，保持钼线材电极的完整性。在相对处，脉冲发生器在线材处的正极性将引起在线材侧处发生腐蚀，导致线材损坏。
如所述那样，在具有竖向行进的线材电极的HS-WECDM机器中，冲洗典型地是通过喷洒执行的。在此，加工液是借助于顶部和底部冲洗喷嘴注入在切口中的，并且被由行进的线材拖拽。阴极由线材的在切口内部的部分表示，并且阳极由工件的围绕线材的邻近部分表示。工件的不与线材相邻的远端部分仍然处在阳极电势，但是没有被电解液喷洒。因而除了切割表面本身之外，仅上工件表面和下工件表面的一小部分受不想要的阳极氧化影响。
不幸的是，在电解液浴槽中，这种单极性的HS-WECDM方法在操作中导致巨大的问题，特别是工件的延伸的阳极氧化、加工液的分解、在包括线材行进线路和电流馈送器的整个工作区域中形成沉积物。这些问题引起在维护上的相当大的付出。
原因是在该HS-WECDM处理中使用的加工液是电解液并且电极被实质上浸没。在单极性的操作的情况下，加工区域变成电解电池，其中线材是负电极(阴极)并且工件是正电极(阳极)。单极性的操作导致在工件处的阳极氧化。当然，这适用于在电解液浴槽中操作的竖向HS-WECDM和水平HS-WECDM这两者。
在电解液浴槽中操作的水平HS-WECDM机器中，阴极由线材电极的浸没区段表示，而阳极由浸没的工件、工作台架的浸没部分和工作罐(如果是金属的)表示。在这样的情况下，整个工件表面可能经历不想要的阳极氧化。例如，钛AM部件可能形成有色的氧化物膜。此外，由于AM部件是靠近地接近于基板表面切割的，因此所述基板也经受强烈的氧化。
因此，在常规的脉冲技术的情况下所述水平HS-WECDM机器的平稳操作是不可能的。
发明内容
本发明的目的是解决所提到的阳极氧化的问题，同时保持高的切割速率，确保高的处理可靠性和非常低的线材电极磨损。实质上，该目的是通过目的在于设定点间隙电压(例如零或接近零的平均间隙电压)的创新的脉冲构形实现的。本发明的主要方面涉及高速线材电化学放电切割方法(HS-WECDM)，其中借助于线材电极处理工件，其中在线材电极处施加相继的负极性脉冲，负极性脉冲具有开路电压Uo2，由此至少部分地发展出分立的电气放电。方法进一步包括在负脉冲之间在线材电极处施加正极性脉冲。正极性脉冲具有正极性开路电压Uo1，并且立即检测到随着每个正极性脉冲发生的点火，并且立即中断正极性脉冲。
本发明的另一方面涉及高速线材电化学放电切割方法(HS-WECDM)，其中相继的脉冲周期被施加到所述工件和所述线材电极之间的间隙，并且每个脉冲周期包括在其中施加有正的开路电压Uo1的线材电极处的至少一个正极性脉冲，并且每个脉冲周期进一步包括在其中施加有负的开路电压UO2的线材电极处的负极性脉冲，并且在所述至少一个正极性脉冲的过程中发生的点火被立即检测到，并且这样的正极性脉冲被立即中断，并且在放电时间te2期间在所述负极性脉冲中发生的负极性放电被维持。
本发明的另一方面涉及实现零或接近零的平均间隙电压。因此，控制一个或多个加工参数以实现零或接近零的平均间隙电压。
本发明的另一方面涉及低陡度正极性脉冲的标识和抑制。
本发明的又一方面涉及通过包括正的间歇电压脉冲来实现零或接近零的平均间隙电压。
在下面对优选的实施例的描述中描述这些和其它方面。
本发明的详细描述和优选的实施例。
附图说明
现在将参照随附附图详述本发明的优选的实施例，随附附图示如下：
图1是具有往复移动的线材电极的喷洒类型的HS-WECDM，其中线材跨加工区域竖向地行进；
图2是类似于图1中示出的HS-WECDM的HS-WECDM，具有用于进行浸没处理的工作罐和浴槽；
图3是具有往复移动的线材电极的HS-WECDM，其中线材在浴槽中跨加工区域水平地行进；
图4是图3中示出的HS-WECDM，其中工件被上下颠倒地旋转；
图5是现有技术HS-WECDM处理的电压和电流波形；
图6是使用PPV脉冲的增强的HS-WECDM处理的电压和电流波形；
图7至图12是根据本发明的HS-WECDM处理的电压和电流波形；
图13a、图13b是多个叠加电压的绘图；
图14是多个叠加电流的绘图。
具体实施方式
首先，借助于各图解释和图示HS-WECDM机器的一些相关特征。图1示出示例性高速往复移动线材切割机器1000，其包括底座106，柱体101被安装在底座106上。梁102被在Z座架上安装于柱体101处，Z座架由点划线Z表示，从而上部线材引导头112可以被竖向地定位。承载下部线材引导头113的下部线材引导臂103被固定地安装在柱体101处。X座架104、Y座架105和台架110被串接安装在底座106上，从而安装在台架110上的工件2可以在X/Y平面中移动。具有泼溅防护121的工作罐120围绕台架以收集电解液。线材被存储在线材卷筒组件10上。以已知的方式，线材被从卷筒10解绕，行进通过线材行进线路，并且然后重新卷绕到所述卷筒。该图图示常规的往复移动线材喷洒类型的HS-WECDM机器(无浴槽)，其中线材竖向地行进通过加工区域。
图2示出类似的高速往复移动线材切割机器2000，但是这是其中工件在操作中被浸没的浴槽类型的HS-WECDM机器。工作罐120延伸到工件水平面上方以包含电解液浴槽5。
图3示出另一示例性高速往复移动线材切割机器3000。该机器具有线材行进线路，其中线材电极水平地行进通过工作区域，即用于进行水平切割。机器3000包括底座206和安装在所述底座上的左柱体和右柱体201。梁202被安装在柱体201之间。左线材引导臂207承载左线材引导头212，并且线材引导臂207被安装在由点划线Z1表示的左Z座架上。右线材引导臂208承载右线材引导头213，并且线材引导臂208被安装在由点划线Z2表示的右Z座架上。以这种方式，两个引导头212、213可以被竖向地定位。Z座架Z1、Z2是耦合的或独立的。线材被存储在双线材卷筒组件20、30上。
具有构建于其上的若干个AM部件3的基板4被安装在旋转台架210上，旋转台架210进而被安装在Y座架204上。Y座架被安装在梁202下方。
图4示出与在图3中示出的相同的机器，但是其中旋转台架210被旋转180°，并且工作罐120填充有电解液5以使得流体水平面略高于切割位置。
当然，分离切割可以是在初始定向上执行的，其中如在图3中示出那样AM部件向上看去。然而，在分离过程中AM部件可能掉落或封闭切口。为此原因，在大多数情况下，如在图4中示出那样，有利的是使基板旋转。基板4被在初始定向上装载。其然后被借助于旋转台架210旋转180°以在AM部件向下看去的情况下执行分离切割。在此例如借助于装配篮来容易地收集掉落的AM部件。
Z座架Z1和Z2被移动到合期望的位置，典型地被移动到基板4的紧邻处。工作罐120被填充有电解液4，并且AM部件被借助于高速往复移动线材切割处理而从基板分离，而间隙的冲洗是通过由高速行进的线材拖曳到切口中的电解液来确保的。
图5至图14图示电压(间隙电压，UGap)和电流(间隙电流，IGap)波形。首先，参照图5描述在常规HS-WECDM的情况下使用的脉冲的典型的电压和电流波形。示出了四个负极性脉冲。注意，图5中示出的前三个脉冲周期是在点火延迟时间具有特征电压降的正常脉冲，而第四个脉冲周期是开路脉冲。在开路脉冲中不发生放电，但是其贡献于负的平均间隙电压。
常规的HS-WECDM机器一般是喷洒类型的。这些机器使用单极性的脉冲，在线材电极处具有负极性，如在图5中图示那样。在常规HS-WECDM的情况下使用的正常脉冲周期的主要阶段包括：
-在点火延迟时间td2期间在间隙处施加负电压Uo2，并且具有最大点火延迟时间td2max；
-在点火之后，在时间te2期间具有负极性的电气放电加工；以及
-在两个相继的脉冲之间施加间歇时间to。
对于这种机器类型而言相当大的负平均间隙电压是典型的(向下的阴影区域)，这在喷洒类型的HS-WECDM中不是大的问题。但是在电解液浴槽中，电流引起强的电解现象。如可以从电流的线图看到的那样，在延迟时间td2期间，电流IECM不为零。这是由于加工液的导电性，这在施加电压时还在开路脉冲的情况下确定线材和工件之间的电流流动。阴极和阳极之间的平均电压值(间隙电压)典型地在-30V到-40V的范围内。这引起氧化还原反应，在工件表面上方具有电流密度，这引起其氧化。
图6图示从LS-WEDM已知的电压波形和电流波形的规定，其包括“正的间歇电压”或PPV脉冲。PPV脉冲是在相继的负脉冲(向下的阴影区域)之间的间歇中施加的脉冲，其中适度的正电压UPPV(向上的阴影区域)被施加到间隙。在所述PPV脉冲中实际上不应当发生放电。对PPV脉冲进行设定以便获得零或接近零的平均间隙电压。例如，在其中PPV脉冲被强加到间隙的脉冲之间的间歇时间to被延长到所需要的延伸以获得零或接近零的平均电压。以这种方式，实质上防止了阳极氧化。正的间歇电压必须低于放电电压Ue，因为在所述PPV脉冲期间不想要进行放电。典型地，PPV电压UPPV在+5V至+25V的范围内，更典型地在+10V和+15V之间。在此的缺点是，间歇被显著延长以获得完全的补偿。因此，放电频率降低，并且加工速率降低。
此外，在PPV的情况下，存在重复的微点火的风险，该重复的微点火不被电流维持，因此立即熄灭。这些重新点火减小了PPV脉冲的补偿效果，并且可能贡献于线材磨损。为此原因，PPV脉冲的使用仅是部分地令人满意的，虽然其可能解决阳极氧化的问题。
图6进一步示出具有相对短的点火延迟时间td2的负脉冲，这是通过高的间隙压缩实现的，即相对小的间隙。这种规定减少了要由PPV脉冲(向上的阴影区域)补偿的区域U(t)×dt(向下的阴影区域)。然而，高的间隙压缩使间隙清洁恶化，这可能导致切割处理的劣化，导致降低的切割速率和降低的表面质量。
因此常规的脉冲形式不适合于无阳极化的高效率HS-WECDM处理。
本发明介绍了一种新的脉冲类型，其与常规脉冲组合地使用。新的脉冲类型实质上不贡献于材料移除，但是尤其专用于有效地降低平均间隙电压，获得合期望的平均间隙电压，例如零或接近零的电压。
因此本发明的主要方面涉及高速线材电化学放电切割方法(HS-WECDM)，其中借助于线材电极来处理工件，其中在线材电极处施加相继的负极性脉冲，负极性脉冲具有开路电压Uo2，由此至少部分地发展出分立的电气放电，其特征在于方法进一步包括在负脉冲之间在线材电极处施加正极性脉冲，正极性脉冲具有正极性开路电压Uo1，以及立即检测到随着每个正极性脉冲发生的点火，以及立即中断正极性脉冲。
在检测到点火时，尽可能快地中断正极性脉冲。中断正极性脉冲可以包括使脉冲极性反转。
在优选的实施例中，在包括至少一个这样的正极性脉冲和负极性脉冲的脉冲周期中嵌入新的脉冲类型。通过嵌入和操纵创新的正极性脉冲，可以控制平均间隙电压以实现合期望的设定点值。
更具体地，创新HS-WECDM切割方法的该实施例包括：在所述工件和所述线材之间的间隙中施加相继的脉冲周期，以及每个脉冲周期包括在其中施加有正的开路电压Uo1的线材电极处的至少一个正极性脉冲，以及脉冲周期进一步包括在其中施加有负的开路电压Uo2的线材电极处的负极性脉冲，以及立即检测到在所述至少一个正极性脉冲的过程中发生的点火，以及立即中断这样的正极性脉冲，以及在正极性脉冲之后立即施加负极性脉冲，以及在放电时间te2期间在所述负极性脉冲中发生的负极性放电被维持。
换句话说，脉冲周期包括：一个或多个第一脉冲，其中正极性电压被施加到线材电极；以及第二脉冲，其中负极性电压被施加到线材电极。理想地，仅存在一个正极性电压脉冲，然而，如果第一正极性电压由于提前点火或出于其它原因而被中断，则可以施加进一步的正极性脉冲。正极性的第一脉冲的开路电压Uo1足够高以引起电气放电。然而，在HS-WECDM中正极性放电并非是合期望的，因为线材被正的放电破坏，导致线材在短时间之后损坏。至少一个正极性的第一脉冲的目的不是贡献于切割处理本身，而是最小化平均电极间电压的绝对值，并且最后是为了对抗阳极氧化效应。例如，根据本发明，施加正极性电压Uo1，并且对间隙充电直到发生正极性点火，但是立即检测到点火并且尽可能快地抑制放电。正极性脉冲的放电时间te1持续不超过几微秒，例如4μs。因此，正脉冲的点火延迟时间td1几乎等于正极性脉冲持续时间ti1。由此很大程度地防止了对于这些HS-WECDM机器而言如此重要的线材磨损。
然后，紧接在该至少一个正极性脉冲之后，将负极性脉冲施加到线材电极，优选地在每个脉冲周期内仅有一个负极性脉冲被施加到线材电极。例如，在正常放电脉冲的情况下，通过施加负极性开路电压Uo2来对间隙充电。放电典型地以点火延迟时间td2之后的点火开始。在放电时间te2期间，维持具有放电电压Ue2的负极性放电，由此切割工件。在本发明的情况下使用的该负极性脉冲因此非常类似于常规的负极性脉冲。显然，处理包括取决于处理条件的各种类型的负极性脉冲。不良的负脉冲被以已知方式标识并且被抑制。
在实施例中，在第一脉冲周期内施加的正极性开路电压Uo1高于放电电压Ue1，典型地在+40V至+150V的范围内，例如+70V。利用该电压，正极性放电可以正常发生，但是根据本发明，检测到点火并且例如通过立即施加反向的脉冲极性来立即停止正脉冲。更高的正极性电压的优点是，其间施加所述正电压的脉冲时间ti1可以是相对短的，减少了死区时间并且保持高的切割速率。
具有相对高的开路电压Uo1的第一脉冲因此与具有相对低的UPPV的相同长度的正的间歇电压脉冲相比更有效得多。根据本发明，准许发生正极性点火，以便充分利用正极性电压，以最大的贡献减小平均间隙电压。然而，如果在预先限定的最大点火延迟时间td1max之后尚未发生点火，则停止正极性脉冲，如下面进一步详述的那样。
图7图示根据本发明的HS-WECDM处理的双极性的电压和电流波形。
根据参照图7图示的示例性实施例，在HS-WECDM的情况下使用的正常脉冲周期的主要相位包括：
-在点火延迟时间td1期间，在间隙处施加正电压Uo1(线材极性为正)，例如+70V；
-一旦检测到点火，电压的极性就被瞬时地从正反转到负，这使电流停止并且引起火花立即熄灭；
-在点火延迟时间td2期间，立即在间隙处施加负电压Uo2，例如-70V；
-在点火之后，在时间te2期间利用负极性Ue2(例如-35V)进行电气放电加工；以及
-在两个相继的脉冲之间施加间歇时间to。
根据本发明的实施例，通过将线材电极处的极性从正反转到负来中断正极性脉冲。
正极性开路电压Uo1应当是可能地高的，并且接受点火的发生。根据本发明的实施例，正极性开路电压Uo1高于正的放电电压Ue1。例如，正极性开路电压Uo1=+70V并且负极性开路电压Uo2=-70V。放电电压Ue主要取决于工件材料。
根据本发明的实施例，测量间隙电压，并且计算平均间隙电压，并且控制一个或多个加工参数以实现设定点平均间隙电压。
间隙电压被实时地连续与特定的电压阈值进行比较。此外，以特定的频率测量电压，并且计算平均间隙电压，例如每250μs进行测量。平均间隙电压可以是通过进行近似积分或移动平均来确定的。平均间隙电压与合期望的设定点平均间隙电压的偏差用作为误差信号以至少控制加工参数。根据误差信号来连续地调整一个或多个加工参数。通过适当地控制一个或多个加工参数，贯穿于切割处理实现并且保持合期望的平均间隙电压。优选地，这是在平均电压控制回路内实现的；平均电压控制回路并不替代主处理控制回路，主处理控制回路控制间隙宽度、辨别并且停止不良火花等。
根据实施例，设定点平均间隙电压为零或接近零。根据另一实施例，设定点平均间隙电压包括例如在0V和+2V之间的略微正的间隙电压。
在某些情况下，略微正的间隙电压是有利的。然而，这并不是一般地适用的。设定点平均间隙电压是特定于要被切割的工件材料的。事实上，某些材料对于负平均间隙电压非常敏感。诸如英科耐尔718(Inconel 718)的其它材料不太敏感，并且可以利用略微负的平均间隙电压进行加工。在加工参数的设定中将这点纳入考虑，因为首先重要的切割速度不应当被不必要地限制。
根据进一步的实施例，被控制以实现合期望的平均间隙电压的加工参数包括以下中的一个或多个：
-正脉冲和/或负脉冲的数量，
-正极性开路电压Uo1和/或负极性开路电压Uo2，
-负脉冲的参考点火延迟时间td2Ref，或负脉冲的参考电压Uo2Ref，
-负脉冲的最大放电时间te2max，
-正脉冲的最大点火延迟时间td1max和/或负脉冲的最大点火延迟时间Td2max，
-馈送速率。
在第一示例中，控制正脉冲的数量或份额以实现零或接近零的平均间隙电压：
-如果平均间隙电压在合期望的电压范围内(接近零伏)，则那么不改变正脉冲和负脉冲的数量；
-如果平均间隙电压为负，低于合期望的电压范围，则那么增加正脉冲的份额；
-如果平均间隙电压为正，高于合期望的电压范围，则那么减小正脉冲的份额。
例如通过在正极性脉冲之后中断脉冲周期的一部分即抑制脉冲周期的部分负脉冲来增加正脉冲的份额。这样的脉冲不贡献于材料移除，但是贡献于降低平均间隙电压。
在第二示例中，调整正极性开路电压Uo1和/或负极性开路电压Uo2以实现零或接近零的平均间隙电压。例如，控制正极性开路电压Uo1以实现零或接近零的平均间隙电压：
-如果平均间隙电压在合期望的电压范围内(接近零伏)，则那么不改变正极性开路电压Uo1；
-如果平均间隙电压为负，低于合期望的电压范围，则那么增加正极性开路电压Uo1；
-如果平均间隙电压为正，高于合期望的电压范围，则那么减小正极性开路电压Uo1。
第三示例包括调整负脉冲的参考点火延迟时间td2Ref或负脉冲的参考电压UO2Ref。通过调整这些参考值之一，对间隙距离进行控制，这进而影响平均点火延迟时间，并且平均间隙电压相应地变化。
第四示例包括限制负极性放电的放电时间te2。例如，在放电时间te2Max之后中断脉冲周期的一部分。通过设定最大放电时间te2max，限制对平均间隙电压的负面贡献。然而，使负极性放电的放电时间te2变化有一些缺点。相反，具有理想的固定长度和形状的所谓的等能负脉冲对于高切割速率和低线材磨损而言通常是合期望的。
进一步的示例包括控制馈送速率。馈送速率分别确定点火延迟时间和间隙的大小。此外，其确定在处理中将发生的开路脉冲的比率或百分比。
通过利用创新方法使平均间隙电压为零或接近零，实质地减少或抑制阳极氧化，同时将放电频率和切割速率保持得高。间歇时间to实质上未被延长，如在使用PPV脉冲时的情况那样。
然而，不排除根据本发明的双极性的脉冲周期和PPV脉冲的组合，并且这种组合是另一实施例的目的，如在下面进一步解释的那样。
在一些实施例中，控制加工参数以获得合期望的平均间隙电压，其中控制间隔在小于一毫秒到达到1000毫秒的范围内。相对长的控制间隔对于拉平(level)每个控制间隔的脉冲周期的平均电压可能是有利的。
在另一实施例中，控制加工参数以便以实时或接近实时的方式(意味着尽可能快地)获得在脉冲电平下的合期望的平均间隙电压。在此，由负脉冲生成的负的平均间隙电压的近似时间积分(粗略地，[(Uo2×td2)+(Ue2×te2)])被至少部分地由随后的脉冲周期的正脉冲生成的正的平均间隙电压的近似时间积分(粗略地，(Uo1×td1))所补偿。一旦实现了由随后的脉冲周期的正脉冲进行的合期望的补偿，就中断所述随后的脉冲，并且使脉冲极性反转。在这种情况下，重置近似的时间积分并且开始新的积分。在没有完全实现由随后的脉冲周期的正脉冲进行合期望的补偿的情况下，忽略偏差或者通过接下来的一个或多个脉冲补偿偏差。以这种方式，准确地并且连续地实现合期望的平均间隙电压。
加工参数的实时控制可以是与先前列出的规定组合地采用的，以例如通过调整间隙压缩来增加或减小平均间隙电压。
根据实施例，通过标识落在点火阈值UthV3之下的间隙电压来检测正极性脉冲点火。
通过立即检测点火，几乎防止了放电电流Ie1。事实上，点火，即落到点火阈值以下的间隙电压的下降沿可以被在几微秒内非常快速地检测到。点火延迟时间td1的持续时间因此几乎等于整个正极性脉冲持续时间ti1。
图8示出用于检测间隙状态的一些典型阈值，用于放电脉冲分类和处理控制：开路阈值UthV4、UthV8；点火延迟阈值UthV3、UthV7；电弧阈值UthV2、UthV6；以及短路阈值UthV1、UthV5。在正常脉冲的情况下，当正极性开路电压Uo1被施加到间隙时，间隙电压上升沿通过并且短暂地保持在阈值UthV4之上，并且然后在点火处间隙电压落到阈值UthV3之下。这个最后的事件触发正极性脉冲的中断以及使脉冲极性反向。
在优选的实施例中，使用点火阈值来检测正极性点火。为了更好地理解，下面的示例使用相同的点火延迟阈值UthV3，但是这不应被理解为是约束性的。例如，由于正极性脉冲间隙电压的下降沿的阈值UthV3的下冲被解释为点火；阈值UthV3的下冲因此引发正极性脉冲的中断。
点火阈值的电平被设定在放电电压Ue1和开路电压Uo1之间。典型的点火阈值电平为大约+50V。
根据本发明的实施例，正极性脉冲的点火延迟时间td1被限制为最大点火延迟时间td1max，和/或负极性脉冲的点火延迟时间td2被限制为最大点火延迟时间td2max。
因此，如果脉冲没有在最大点火延迟时间td1max内(相应地，在td2max内)点火，则那么中断该脉冲。例如，图9b)中示出的第2脉冲周期的负脉冲在最大点火延迟时间td2max内没有点火并且因此已经被中断。另一示例是图9c)中示出的第3脉冲周期的正脉冲，其在最大点火延迟时间td1max内没有点火并且因此已经被停止。预先确定用于正脉冲的合适的最大点火延迟时间td1max和用于负脉冲的合适的最大点火延迟时间td2max。
在图7中示例性地示出的本发明的典型实施例中，负极性脉冲紧接在正极性脉冲之后。通过这种规定，平均正延迟时间td1avg变得大部分长于平均负延迟时间td2avg。这可以由如下事实来解释：当正极性脉冲被中断时，间隙仍然被部分地电离。因此相邻的负极性脉冲的点火延迟时间td2典型地短于正极性脉冲的点火延迟时间td1。这降低了平均间隙电压，然而这一般地不足以实现零或接近零的平均间隙电压。
优选地，最大正点火延迟时间td1max比最大负点火延迟时间td2max长。
图9b)示出未点火并且已经在td2max处停止的负脉冲，并且图9c)示出未点火并且已经在td2max处停止的正脉冲。如在该示例中图示那样，与td2max相比td1max是相当地更长的。例如，最大点火延迟时间是td1max=150μs和td2max=50μs，意味着td2max/td1max=1/3。
在适度压缩(即，相对大的间隙)的情况下，开放脉冲相对频繁地出现，因此通过将最大正点火延迟时间td1max设定成比最大负点火延迟时间td2max长来实现更长的平均正延迟时间td1avg。
在实施例中，最大负点火延迟时间td2max是预先设定的恒定值，并且如需要的那样调整最大正点火延迟时间td1max。如果平均间隙电压过度地为正，则那么减小最大正点火延迟。另一方面，如果平均间隙电压过度地为负，则那么增加最大正点火延迟。
在进一步的实施例中，如果在最大正点火延迟时间td1max内或者在预先限定的限制正点火延迟时间td1Lim内没有正极性脉冲的点火，则那么抑制负极性脉冲。
此外，可以调整电极间距离(间隙)以控制平均点火延迟时间，影响平均间隙电压。例如，通过减小间隙压缩，更可能发生开放脉冲。以与前述段落中记述的规定组合的方式，快速实现零或接近零的平均间隙电压。
由于任何正极性脉冲放电是被立即停止的，因此间隙不被从工件移除的新颗粒、新气泡等污染，从而无火花的正极性脉冲持续时间ti1～td1具有某种方式的脉冲间歇效果。实际上，由于“无火花”的正极性脉冲而可以减小脉冲间歇。
如所述那样，鉴于立即中断，通过监控落在点火阈值以下的间隙电压来标识正极性脉冲的点火。然而，并非所有不想要的正极性脉冲可以被以这种方式标识；某些脉冲不在间隙中建立开路电压，相应地不建立特征点火延迟，并且可能直接发展为正常放电或电弧而不点火。早期正极性脉冲是通过在上升沿处的点火表征的，而开路电压被施加到间隙。
某些这样的早期正极性脉冲在间隙电压的上升沿处不具有合期望的陡度，并且是不想要的。图13a、图13b和图14示出在1微秒/分格的非常伸长的时间标度下的电压和电流波形。该线图示出大数量的叠加的脉冲绘图，其中记录在如下时刻处开始：在该时刻开路电压被施加到间隙。正常脉冲的间隙电压波形UGapNormal是非常可重复的，具有非常低的展宽。相反，“弱”脉冲的间隙电压曲线UGaplow具有不同的斜率和形状，以及相当大的变化。因此本发明的另一方面涉及识别和抑制这些较弱地发展的正极性脉冲，特别是具有低的电压斜率的正极性脉冲。
因此，在优选的实施例中，如果在施加正极性开路电压Uo1之后的预先限定的时间tth1(tth2，tth3，…)内间隙电压未超过至少一个电压阈值Uth1(Uth2，Uth3，…)，则立即中断正极性脉冲。
因此可以通过与时间记录tth组合地设定电压阈值Uth来标识弱的正极性脉冲。这些弱的正极性脉冲被中断，因为它们对于减小平均间隙电压的较小的贡献。
然而，这些弱的正极性脉冲仍然贡献于减小平均负间隙电压。因此，根据实施例，在中断正极性脉冲之后施加短的间歇tp1，并且在所述短的间歇tp1之后将进一步的正极性脉冲施加到线材电极。可以施加若干个弱的正极性脉冲以贡献于减小平均负间隙电压。在一些情况中，如在图10B)中示出那样，在一次或多次尝试之后，间隙电压可以超过开路电压阈值，形成特征点火延迟波形。
优选的实施例包括掩蔽滤波器，其包括多个阈值点(Uth；tth)。图13b示出其中使用三个阈值点的掩蔽来辨别低陡度脉冲的示例。
根据另一实施例，由创新方法使用的正极性脉冲和负极性脉冲被与更早描述的正的间歇电压脉冲组合。在这种情况下，正极性脉冲和PPV脉冲这两者都可以贡献于将平均间隙电压拉平到接近零。
在该实施例中，根据本发明的高速线材电化学放电切割方法进一步特征在于，在脉冲间歇中施加正的间歇电压脉冲，并且正的间歇电压脉冲的电压UPPV低于第一脉冲的放电电压Ue1。
图12图示根据该实施例的HS-WECDM处理的电压和电流波形。在此，在第一脉冲中施加的正极性电压Uo1的规定被与在电压UPPV下的正的间歇电压脉冲组合以获得零或接近零的平均电压。在两个相继的脉冲周期之间的间歇t0中将PPV脉冲施加到间隙。PPV脉冲可以被施加到一部分或整个间歇。例如，在线材处具有正极性电压的第一脉冲之前是PPV脉冲。
根据参照图12图示的实施例，在HS-WECDM的情况下使用的包括PPV脉冲的正常脉冲周期的主要阶段包括：
-在点火延迟时间td1期间在间隙处施加正电压Uo1(线材极性为正)；
-一旦检测到点火，就将电压的极性瞬时地从正反转到负，这使电流停止并且引起火花立即熄灭；
-在点火延迟时间td2期间，立即在间隙处施加负电压Uo2；
-在点火之后，在时间te2期间利用负极性Ue2进行电气放电加工；以及
-在两个相继的脉冲之间的间歇时间to内施加正的间歇电压。
根据进一步的实施例，在每个脉冲或多个脉冲之后计算平均间隙电压，并且调整PPV脉冲的电压UPPV和/或持续时间tPPV以实现合期望的设定点平均间隙电压。在该实施例中，例如通过调整PPV脉冲电压和/或持续时间来调谐PPV脉冲以获得零平均电压。
Claims (15)
1.一种高速线材电化学放电切割方法(HS-WECDM)，其中借助于线材电极处理工件，其中在所述线材电极处施加相继的负极性脉冲，负极性脉冲具有开路电压Uo2，由此至少部分地发展出分立的电气放电，其特征在于所述方法进一步包括，在负脉冲之间在线材电极处施加正极性脉冲，正极性脉冲具有正极性开路电压Uo1，并且立即检测到随着每个正极性脉冲发生的点火，并且立即中断正极性脉冲。
2.根据权利要求1所述的HS-WECDM切割方法，其特征在于，相继的脉冲周期被施加到在所述工件和所述线材电极之间的间隙，并且脉冲周期包括在其中施加有正的开路电压Uo1的线材电极处的至少一个正极性脉冲，并且脉冲周期进一步包括在其中施加有负的开路电压UO2的线材电极处的负极性脉冲，并且在所述至少一个正极性脉冲的过程中发生的点火被立即检测到，并且这样的正极性脉冲被立即中断，并且在正极性脉冲之后立即施加负极性脉冲，并且在放电时间te2期间在所述负极性脉冲中发生的负极性放电被维持。
3.根据权利要求1或2所述的HS-WECDM切割方法，其特征在于，通过使在线材电极处的脉冲极性从正反转到负来中断正极性脉冲。
4.根据前述权利要求之一所述的HS-WECDM切割方法，其特征在于，正极性开路电压Uo1高于正的放电电压Ue1。
5.根据前述权利要求之一所述的HS-WECDM切割方法，其特征在于，测量间隙电压，并且计算平均间隙电压，并且控制一个或多个加工参数以实现设定点平均间隙电压。
6.根据权利要求5所述的HS-WECDM切割方法，其特征在于，设定点平均间隙电压为零或接近零。
7.根据前述权利要求之一所述的HS-WECDM切割方法，其特征在于，被控制以实现合期望的平均间隙电压的加工参数包括以下中的一个或多个：
a.正脉冲和/或负脉冲的数量，
b.正极性开路电压Uo1和/或负极性开路电压Uo2，
c.负脉冲的参考点火延迟时间td2Ref，或负脉冲的参考电压Uo2Ref，
d.负脉冲的最大放电时间te2max，
e.正脉冲的最大点火延迟时间td1max和/或负脉冲的最大点火延迟时间td2max；
f.馈送速率。
8.根据前述权利要求之一所述的HS-WECDM切割方法，其特征在于，由负脉冲生成的负平均间隙电压的近似时间积分至少部分地被由随后的脉冲周期的正脉冲生成的正平均间隙电压的近似时间积分补偿。
9.根据前述权利要求之一所述的HS-WECDM切割方法，其特征在于，通过标识落到点火阈值UthV3之下的间隙电压来检测正极性脉冲点火。
10.根据前述权利要求之一所述的HS-WECDM切割方法，其特征在于，正极性脉冲的点火延迟时间td1被限制为最大点火延迟时间td1max，和/或负极性脉冲的点火延迟时间td2被限制为最大点火延迟时间td2max。
11.根据前述权利要求之一所述的HS-WECDM切割方法，其特征在于，正脉冲的最大点火延迟时间td1max比负脉冲的最大点火延迟时间td2max长。
12.根据前述权利要求之一所述的HS-WECDM切割方法，其特征在于，如果在施加正极性开路电压Uo1之后的预先限定的时间tth1(tth2、tth3、…)内间隙电压未超过至少一个阈值Uth1(Uth2、Uth3、…)，则立即中断正极性脉冲。
13.根据权利要求12所述的HS-WECDM切割方法，其特征在于，在中断正极性脉冲之后施加短的间歇tp1，以及在所述短的间歇tp1之后将进一步的正极性脉冲施加到线材电极。
14.根据前述权利要求之一所述的HS-WECDM切割方法，其特征在于，在脉冲间歇to中施加正的间歇电压脉冲，并且正的间歇电压脉冲的电压UPPV低于放电电压Ue1。
15.根据权利要求13或14所述的HS-WECDM切割方法，其特征在于，在每个脉冲或多个脉冲之后计算平均间隙电压，并且调整PPV脉冲的电压UPPV和/或持续时间tPPV以实现合期望的平均间隙电压。
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