佳润超高速工作液系列将引领往复走丝线切割进入新时代

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电火花线切割加工工艺集锦

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佳润超高速工作液系列将引领往复走丝线切割进入新时代

1）电火花线切割效率发展简史：

“1”时代：在本世纪初前，往复走丝电火花线切割的加工效率一直徘徊在100mm²/min以内，其主要原因是受制于一直沿用乳化液为加工介质，导致大能量切割时极间放电状况恶化，一旦切割能量上升即产生断丝，因此切割电流长期止步于3-4A之间； “2”时代：随着本世纪初复合工作液概念的提出并逐步市场化后，复合工作液极大地改善了放电切割的极间状态，可以采用4-6A的切割电流进行长期稳定切割，由此往复走丝的最高切割效率开始进入了200mm²/min时代，且随着软硬件技术的发展，俗称“中走丝”的多次切割技术首先在浙江及江苏地区兴起，并逐渐完善，从而成为一种实用的改善表面加工质量及精度的工艺方法，但切割电流超过6A后，工件表面烧伤加重，断丝几率升高，因此往复走丝的最高切割效率又进入了一个新的瓶颈阶段； “3”和“4”时代：随着对往复走丝极间放电机理的深入研究，研究者逐步认识到要突破往复走丝切割速度“2”时代的瓶颈，必须解决极间在大电流放电加工情况下，工作介质能继续存在并进行正常排屑的问题，按该思路，研制出了新型的“佳润系列”超高速工作液，使得往复走丝机床最高切割效率正式进入了“300mm²/min”时代，并且已经挺进“400mm²/min”时代，这必将带来往复走丝电火花线切割加工的一个新纪元！可以预见，随着超高速工作液的研制成功，结合崭新的高频脉冲电源及相关配套技术，往复走丝的切割效率将在不远的将来进入“5”时代！

2） “2”时代效率瓶颈产生的原因：

自从本世纪初以“佳润系列”为代表的复合工作液产业化后，电火花线切割的切割效率得到了飞速的提高，切割速度一跃进入了“2”时代，但切割效率超过200mm²/min后，由于在大能量加工条件下，极间介质汽化严重，最终导致极间没有足够的工作介质将蚀除产物带出切缝，从而使得200mm²/min以上切割速度的提升遭遇到瓶颈。

(a) 极间有充足工作液的切割情况

(b) 极间无充足工作液产生烧伤的情况

图1 复合工作液加工正常切割表面及有烧伤表面示意

图1(a)为切割电流6A以内，极间有充足复合工作液的切割示意及工件切割后表面情况，此时切割表面色泽基本均匀，极间可以进行正常的放电；但当切割电流超过6A后，即切割效率超过150-200mm²/min后，工件表面将因为往复走丝的缘故，逐渐产生严重的交叉烧伤痕迹，如图1(b)所示，并且如继续增加放电能量，切割效率上升将十分缓慢，甚至不再升高，而工件表面烧伤则更加严重，且电极丝断丝几率大大升高。其主要原因在于随着放电能量的增加，电极丝带入切缝（单边放电间隙0.01-0.02mm）的有限工作介质将被放电产生的巨大热量瞬间汽化，导致极间，尤其是在电极丝出口区域（图1(b)红色区域）处于工作介质很少甚至无工作介质状态，使该区域的冷却、洗涤、排屑及消电离状态恶化。由于工件和电极丝在该区域得不到及时的冷却，并且排屑困难，从而使得工件表面产生严重烧伤，而电极丝的断丝几率也会大大增加，这就是高速往复走丝切割速度提升目前面临的瓶颈。

3） “3”和“4”时代的实现：

要实现切割速度的继续提升，就必须在很高放电能量加工的同时，仍然维持极间存在足够的液体工作介质，以起到保持极间维持正常放电、冷却及消电离状态。因此，新研制的“佳润系列”超高速“H系列”工作液脱离了原来复合工作液的模式，采用了全新的高溶点、高汽化点介质并溶于水中以保障在高放电能量条件下，尽可能减少极间介质的汽化量，维持极间放电仍然处于充满工作介质的状态，传统复合工作液与超高速工作液极间放电携带蚀除产物示意如图2所示；此外由于大能量放电加工中，电极丝会受到能量巨大的正离子轰击，导致电极丝损耗加大甚至断丝，因此工作介质还要能起到保护电极丝作用，由此工作介质中采用了阳离子胶团保护技术，包裹住电极丝，并利用胶团保护膜自身的气化带走部分正离子轰击电极丝后产生的热量，使电极丝尽可能少受损伤，这样电极丝承受放电能量的能力将大大提高，电极丝损耗显著降低，同时断丝几率也大大下降，如图3所示。由于保护层物质一直由工作液产生，因此能在整个加工过程中始终保护住电极丝少受损伤。

(a) 传统复合工作液携带蚀除产物	(b) 超高速工作液携带蚀除产物

图2 两种工作液极间携带蚀除产物示意

图3 电极丝表面保护原理示意图

4） “3”和“4”时代实现的其他关键条件

图4 大电流切割进电导丝示意图

       进电在大能量加工条件下是一个十分关键的问题，首先，由于钼丝不是良导体，自身存在比较大的电阻，这个电阻在加工电流比较小的情况下，对加工效率和稳定性影响不大，但一旦电流升高后，从进电点到加工区域段的电阻就会消耗较大的脉冲电源能量，而这个能量消耗还会导致电极丝发热，加工效率降低；其次，进电的接触点也会有接触电阻，因此如果接触面积过小，则此点接触电阻将升高，在加工过程中发热更加严重，必将大大增加钼丝在进电点的损伤几率；第三，钼丝在走丝过程中，不可避免会有微弱的跳动，这种跳动一般肉眼不易察觉，但实际是存在的，一旦在进电点产生微弱的跳动，在小能量加工时对钼丝危害不大，但在大能量加工时，一旦有微小的跳动，就会导致进电点接触不稳定，且会因为跳火（往往人眼不易察觉）而导致断丝。因此针对上述情况，对于切割电流超过10A的高效切割，建议按如图4所示改进进电方式。
       首先，进电点前移，靠近加工区，以减少脉冲电源能量在钼丝上的损耗；
       其次，为较少接触电阻，需要尽可能大地增加进电的接触面积，建议用大圆弧状进电接触方式进电，此外，为保持钼丝与进电块良好的接触，应该定期检查和更换接触线段，一般建议加工50小时需要更换一次位置；
       第三，为减少进电点发热的情况，在进电处最好增加工作液冷却；
       第四，也是最关键一点，就是要维持进电点的稳定，不允许进电点产生跳动，因此建议采用图4所示的进电块压在钼丝上，而不是钼丝挂在进电块上的方式，以增加接触点的可靠性，当然进电的方式是多种多样的，但是一个原则就是必须可靠进电。

5）超高速工作液产品及使用建议

图5 JR1H超高速复合工作液

       目前已经推出“佳润系列”JR1H超高速工作液（图5），近期还将推出性能更佳的JR3H超高速乳化膏以适应更广泛的市场需求。
       两种产品可以根据不同的加工需求，调节不同的配比浓度以适应不同的加工要求。
       JR1H超高速工作液一般推荐的配比浓度是1:10，如果切割电流超过10A，可以适当增加浓度，切割电流小于5A可以降低浓度；
       JR3H超高速乳化膏一般推荐的配比浓度是1:20，如果切割电流超过10A，可以适当增加浓度，切割电流小于5A可以降低浓度；
       配制上述产品时采用自来水即可，当然用纯净水更好，使用过程中没有其他特殊要求，如果希望获得更好的工艺效果及通过“中走丝”修刀获得更高的表面质量，使用者还可以不断摸索总结加工的工艺规律。
       超高速工作液切割效率的一般规律如图6所示。

图6 超高速工作液加工规律

超高速工作液无论是液体或膏体都遵循上述加工规律，因此建议线切割机床的加工电流选择区域为：

快走丝：线臂进电块进电方式，按液体1:10，膏体1:20，工作电流至少＞5A（该类机床一般最大加工电流在6-8A）；
中走丝：线臂进电块进电方式，按液体1:10，膏体1:20，工作电流＞6-8A （该类机床一般最大加工电流在10A以内）；
改进型中走丝：进电点前移且冷却，按液体1:5-10，膏体1:10-20，工作电流＞10-15A；
特殊机型：进电点前移且冷却，按液体1:5，膏体1:10，工作电流＞15-20A。

6） “佳润”超高速产品切割示例

表1 杭州华方“快走丝”6.5A切割情况（JR1H）

注：传统线臂上进电块进电方式

表2 杭州华方“中走丝” 8.5A切割情况（JR1H）

注：传统线臂上进电块进电方式