摘要：阐述了近年来国内外电火花线切割技术的发展现状、关键技术、发展趋势及我国近几年来所取得的进步。
关键词： 电火花线切割；发展现状；发展趋势
Abstract: the development situation of domestic and foreign WEDM technology key
Technology、development trends and progress made in our country in recent years are elaborated in this paper.
Key Words: Electric Discharge Wire-cutting Technology; research status; development trend
1 电火花线切割概述
1.1 电火花线切割加工简介
电火花线切割加工（Wire Cut EDM,WEDM）是在电火花加工的基础上于20 世纪50年代末最先在苏联发展起来的一种新的工艺，是用线状电极（铜丝或钼丝）靠火花放电对工件进行的切割，简称电火花线切割或线切割。线切割加工目前主要应用于冲模、挤压模、拉伸模、塑料模、电火花成形的工具电极及各种复杂零件加工等。线切割不仅使电火花加工的应用得到了发展，而且某些方面已取代了电火花穿孔、成形加工。目前国内外的线切割机床已占电火花加工机床的70%以上，我国是第一个用于工业生产的国家。
1.2 原理
电火花线切割加工与电火花成形加工一样，都是基于电极间脉冲放电时的电腐蚀现象。其工作原理如图1所示。绕在运丝筒4上的电极丝1沿运丝筒的回转方向以一定的速度移动，装在机床工作台上的工件3由工作台按预定控制轨迹相对于电极丝做成型运动。脉冲电源的一极接工件，另一极接电极丝。在工件与电极丝之间总是保持一定的放电间隙且喷洒工作液，电极之间的火花放电蚀出一定的缝隙，连续不断的脉冲放电就切出了所需形状和尺寸的工件。
1.3 国内外现状及发展趋势
电火花线切割技术经过近半个世纪的发展,现已十分成熟,并达到了相当高的工艺水平:最大的切割速度可达325mm2/min,最佳表面粗糙度Ra0.1~0.2m,加工尺寸精度可控制在几个微米之内,高速走丝电火花线切割机还能稳定切割1米的超厚工件。其工艺手段在许多情况下是常规制造技术无法取代的，其中主要的原因是电火花线切割加工方法几乎可加工具有任何硬度的导电金属材料,且加工过程中不受宏观力的作用,从而可保证较好的加工精度与表面质量为了提高电火花线切割工艺水平,提高机床自动化程度和智能化程度,满足市场的不同要求。近几年来电火花线切割加工在走丝系统、油基工作液、自动化及人工智能技术、微细电火花线切割加工等关键技术方面又取得了新的进展。
1.4 自动化、人工智能技术
随着计算机软硬件技术、电力电子技术、网络技术等相关技术的发展,电火花线切割加工的自动化程度越来越高,而人工智能技术的出现更是把电火花线切割加工推向了新的发展高度。
在电火花线切割加工中，正常加工及工件装夹花费了相当一部分时间，这种比例随生产规模的扩大而越来越显著，造成生产周期延长，成本升高，不利于大批量生产的需要。这种不利也表现在加工一些特殊形状或微小零件的加工、装夹过程，由此看，系统的自动化是大有必要的。下面列举了机种国外最新柔性、集成装夹系统。
（1）连续、一致性装夹
(2)辅助调试与准备系统
(3)装夹、操作自动化
(4)工艺集成型装夹方法
新型装夹机构的出现是随着生产对零件的加工精度不断提高的需要而发展起来的,目前的装夹精度已达到1Lm。此外,为了提高装夹机构的使用寿命,在装夹机构易磨损的地方还进行了涂层处理,硬度较高的TiC或WC一般作为涂层的主要材料。此外,装夹机构特别是装夹机构与工件的接触部分需有较强的刚度,这样可获得理想的装夹精度。
1.5 防断丝机理
引发电极丝断丝的因素很多,脉冲电源性能的优劣、运丝系统的稳定性、冲液条件、加工过程的自适应控制策略等,都对断丝概率有大影响。
偶发的断丝是引起电火花线切割加工误差甚至失败的重要原因。有许多可在线辨识加工异常情况的适应控制系统及相应的防止断丝的控制策略被开发出来。日本三菱电机公司开发的PM控制就是根据加工过程中实时检测出的工件厚度、工作液流通状况,并按工件厚度、工作液流通状况自动生成加工条件来控制加工能量,实现变截面加工等加工环境下最大速度的无断丝加工。
断丝的另一个主要原因是由于火花放电集中引起电极丝温度过高而熔断,其中一部分热量由工作液带走，这一点与检测到的断丝先兆是一致的。因此从热传导理论研究电极丝的温度分布成为研究断丝机理的主要研究途径。一些研究人员建立了电极丝热模型, 分别用解析法和有限差分法计算了不同加工条件下电极丝上的温度分布。研究表明：断丝前的热载荷超过平均值;脉冲宽度和丝径的大小对丝温的影响大;热对流系数对丝温的影响大,冲液的状态对避免断丝十分重要;焦耳热和丝振的作用可相对忽略。
1.6 微细加工技术
近年来在微电子产品、医疗器械、生物、航空、通信、MEMS等领域,微细产品的需求正在日益扩大,微细电火花线切割加工以其独特的加工方法,即非机械接触加工的特点,特别适应微型机械制造的要求，加工高精度的窄缝和复杂形状的微小零件, 并且具有较高的性价比可而备受关注,采用微细丝进行切割加工也是各厂商研究的一个重要方向，且其发展迅速。影响微细电火花线切割加工的因素很多,如 电极丝质量、放电检测、伺服检测和环境等,而脉冲电源、走丝系统、伺服进给、工作液、控制策略和工艺规划对微小零件的加工精度和表面质量有直接的影响。因此围绕微小复杂零件的微细电火花线切割加工关键技术的实现,对微细电火花线切割加工特有的加工技术进行研究。
微细电火花线切割加工与以下关键技术 密切有关：
1）微能量脉冲电源。控制控制脉冲电源的脉冲放电能量是实现微细电火花线切割加工的关键技术。因此制备微能量脉冲电源是提高加工精度、降低表面粗糙度的重要手段。
2）恒张力走丝系统。实现微细电火花线切割加工的关键条件是需要特殊的走丝系统。微细电火花线切割加工走丝系统的特殊性表现在以下两个方面。
a)低运动的走丝系统
b)高精确的张力控制
图5所示为恒张力走丝系统的原理图
C） 微驱动伺服进给系统。对于微细电火花线切割加工而言,要求伺服进给系统应该具有以下特性:
伺服进给系统的高精度特性；
伺服进给系统的闭环控制特性，可以实行实时反馈控制；
伺服进给系统的动态响应特性，对异常放电情况及时进行调节。
d） 微小零件的智能工艺规划系统。其主要包括以下两个方面：
微小零件的特征拟合技术；
微细电火花线切割加工智能工艺规划策略，且其须满足以下几个原则：微能量加工原则；低速加工原则；能量、伺服进给速度的简便原则。
2总结
电火花线切割加工技术是特种加工技术的一个重要应用分支，在相关重要制造领域中发挥着难以替代的作用。针对走丝系统、油基液的用，自动化、人工智能技术，防断丝机理，微细加工进行了探讨，分析了我国电火花线切割技术的进展和发展趋势。通过以上探讨论述，我国应该加强在在电火花线切割的关键技术方面的攻关，以提升我国电火花线切割行业的综合水平。
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论文作者:涂岳辉
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年10期
论文发表时间:2019/10/30
标签：电火花论文; 加工论文; 线切割论文; 微细论文; 电极论文; 工件论文; 技术论文; 《当代电力文化》2019年10期论文;