24年03期 | 线切割加工：中走丝与慢走丝技术比较

摘要

   线切割加工，这一现代工业中的精密技术，其原理源于电火花的放电作用。1943年，两位俄国学者拉扎连科夫妇在研究防止钨电极接触时造成火花而侵蚀的现象时，意外发现，只要将电极置于介电质液体中，这种侵蚀现象能被很精确的控制。这一发现为电火花加工技术的诞生奠定了基石，为工业制造领域带来了革命性的变革。

   线切割加工技术的原理是将工件接入脉冲电源的正极，采用钼丝或铜丝作为切割金属丝，连接至高频脉冲电源的负极作为工具电极，通过火花放电对加工零件进行切割。线切割加工技术无疑是机床加工领域中的一项关键技术。其中，中走丝与慢走丝作为两种常用的线切割机床加工工艺，均各自发挥着不可替代的作用。

1. 线切割机床—中走丝 

1.1 中走丝概述

   在数控车床的设计中，必须从改善伺服驱动系统的动作特性入手。通过严格管理伺服驱动系统，优化其动作特性，逐步改进整个装置的驱动设备。这包括改善设备的动态响应、减小系统的惯性、提高控制精度等方面。此外，还需要改善设备的压力水平和承载能力，以确保伺服驱动系统能够更合理地承载机械零部件，提高加工零部件的控制精度。在伺服设备装配到数控车床上之后，必须根据实际的工艺条件进行优化控制系统参数，以进一步提高对数控车床的偏差控制能力。

1.2 加工条件

   在日常加工中，切割速度的快慢直接关系到火花间隙的大小。保持适当的切割速度是关键，不能超过腐蚀速度，否则可能导致短路现象。同时，需要确保切割电流的稳定，以维持间隙大小的一致性。只有匀速的切割速度才能保证工件达到要求的尺寸。

   在加工过程中，大量废屑和微型颗粒物的产生是不可避免的。此时，冷却液发挥着至关重要的作用，主要用于排除废屑和消除电离子的不同，影响着电火花的间隙大小。特别是在加工高精度工件时，必须充分考虑到火花间隙和间隙补偿量。

   另外，工件的材料最好选用变形小、屈服极高的材料。

2. 线切割机床——慢走丝

2.1 慢走丝概述

   慢走丝作为线切割技术的一种，适用于加工各种导电材料，包括金属、硬质合金、碳化物和石墨等。在放电加工过程中，火花发生器产生高温火花，连续凹坑形成于工件表面。火花温度达到8,000至12,000摄氏度，而火花发生器释放的能量，正是决定这些凹坑大小的关键因素。慢走丝技术的魅力在于，它能够精确处理形状复杂且精细的工件。在慢走丝机床的运作中，电极丝以低速单向运动的方式运转，根据工件要求的不同，需要不断调整电极丝的运转速度。通常情况下，走丝速度约为0.2mm/s，可达微米级的表面精度，质量效果接近于磨削水平。值得注意的是，慢走丝机床中的电极丝为一次性使用。这是为了保持工作状态的稳定和走丝的均匀性，有效避免抖动，从而确保加工后工件的质量上乘。此外，慢走丝切割机床采用持续供丝的方式，一旦电极丝在放电过程中发生损耗，便能及时得到补充，确保加工过程的连续性和稳定性。

2.2 切割精度

   修切技术是提升加工精准度和表面质量的根本途径，它综合运用了制造技术、数控技术、智能化技术、脉冲电源技术、精密传动和控制技术等多种技术手段。在多次切割过程中，每次切割都有不同的作用：第一次切割为粗切，旨在初步成形工件，把零件切开，把金属材料大部分去除；第二次切割为修切，致力于提高零件的精确度，放电参数减小，轨迹分阶段缩小；而第三次及更多次的切割则专注于提高工件的表面粗糙度。根据工件的精度和表面粗糙度要求，可以合理选择切割刀数，通常为7至9刀。通过采用少量多次的切割方式，可以有效地控制加工参数，提高工件的表面质量。加工次数越多，工件表面质量就越好。

   在工件加工过程中，特别是在切割拐角时，可能会出现电极丝走丝停顿导致角部塌陷的问题。为了提高切割精度并避免此类问题的发生，拐角策略的运用就显得尤为关键，例如改变走丝路径、进行沟槽清角、内圆清角、V形清角等。通过合理的拐角策略，可以有效避免走丝停顿导致的角部缺陷，从而提高切割精度。

   此外，保持工件与电极丝的水平垂直状态对于保证加工精度至关重要。在加工过程中，上喷水嘴和下喷水嘴与工件贴面加工，间隙控制在0.1mm，上下水冲液能够有效排碳并冷却降温。

3. 不同及优缺点

   中走丝是一种往复高速走丝电火花线切割机床，使用持续运转的钼丝作为电极。通过脉冲火花放电蚀除金属，经过多次切割以减少误差，直至达到所需的切割形状。其工件质量介于高速走丝和慢速走丝之间，因此被称为中走丝。中走丝具有较快的加工速度，可调节走丝速度，在1～12m/s之间，加工质量在快走丝和慢走丝之间。

   慢走丝使用持续运转的铜丝作为电极，在较低的走丝速度（低于0.2m/s）下进行单向运动。这种方式使得电极与工件处于脱离子水的环境中进行脉冲火花放电。慢走丝适用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，其精度可达0.001mm，表面粗糙度质量接近磨削水平。此外，慢走丝采用先进的电源技术，实现了高速加工，最大加工速度可达350mm/min。

   中走丝的优点在于加工速度较快，适用于对表面质量要求较高，但又需要相对较高加工速度的任务。这包括一些模具制造和精密零件加工。而慢走丝则在于加工精度和表面质量方面表现出色，适用于对表面质量要求非常高、切割精度要求极高的任务，适用于各种复杂的金属零部件加工，特别是在模具、模型、五金、电子器件等领域中得到广泛应用。

   中走丝以其较高的加工速度，通常能够以较低的成本完成作业，适合对时间要求较紧的加工场景。然而，与快走丝相比，中走丝的成本可能较高。相对而言，慢走丝由于其卓越的精度和优异的表面质量，通常需要更长的加工时间从而推高了成本。

   在选择中走丝还是慢走丝时，必须权衡多方面的因素。如果项目对表面质量有着极高的要求，或者对切割精度有严格的规定，慢走丝可能是更合适的选择。反之，如果加工速度和成本效益是主要考量，中走丝可能会更加符合需求。

4. 结语

   综上所述，无论是中走丝还是慢走丝，它们都是电火花线切割加工的重要技术，各有所长。在实际应用中，应根据具体的加工要求，包括对表面质量、切割精度和加工速度的需求，来做出明智的选择。这样，才能确保既满足产品质量标准，又实现经济效益的最大化。

参考文献

[1]杨三强.往复走丝线切割多次切割技术与工艺的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014.

[2]李明辉，杨晓欣.数控电火花线切割加工工艺及应用[M].北京：国防工业出版社，2015.

[3]周晖.数控电火花加工工艺与技巧[M].北京：化学工业出版社，2016.