高速走丝电火花线切割断丝故障分析

 

随着机械工业、电子工业特别是航空工业的迅猛发展，机械制造技术面临着诸 如涡轮叶片、航空螺旋、发动机机匣等难加工材料、复杂型面 、高精度表面及低刚度薄壁等弹性件等传统切削方法难以达到的难题。zui近几十年的时间里，人们通过各种渠道借助电能、热能、光能等多种能量及组合来探询新的加工工业，实现材料切除的特种加工技术，电火花线切割作为特种加工的一种特殊形式随着我国制造技术水平的提高得到了越来越广泛的应用。

线切割是通过线状工具电极与工件间按规定的相对运动对工件进行脉冲加工。其工作机理是多个单词放电腐蚀积累的结果，对它的认识还有待深化，目前一般认为单次脉冲放电腐蚀的物理过程由电离—击穿、放电—热蚀、抛出—消电离等三个连续阶段组成。高速走丝电火花线切割不仅消耗昂贵的电极丝、增加换丝辅助时间而影响加工效率提高产品成本，还直接影响产品加工质量，严重时导致产品报废，而且频繁的断丝会使操作者的心情烦躁，增加了影响产品质量的不确定因素。

影响断丝的因素有很多种，但大致可以归为机械因素、电特性、工作液、操作因素及其他因素等五大类，现分别介绍如下。

 

1.     机械因素

（1）电极丝传动系统  由于装配、机械磨损等原因引起的储丝筒径跳动和轴向蹿动、导轮振摆、导轮轴承磨损而引起电极丝剧烈抖动。一般要求导轮V形槽的斜面圆跳动不大于5μm,导轮轴向窜动不大于2μm；导轮端面与导轮衬套端面间隙应在0.3—0.5mm范围内。装配时将导轮、轴承、衬套清洗干净，轴承处填充高速润滑脂，装配后导轮在高速运转时无杂音。导轮、排丝轮一般机床厂都有组件提供，通常导轮、排丝轮及其轴承使用6—8个月后即应成套更换。

（2）工件材料

①不同的工件材料由于熔点、气化点、导电系数等都不一样，因此，就必须根据具体的材料及工件结构合理地选择加工参数。

②刚开始切入工件材料时由于工件表面有毛刺、氧化皮、热处理残渣、铸造表面清理不*等原因容易引进断丝。线切割非金属材料的研究已经展开，但目前的技术尚不能对非金属材料加工。如果工件材料不纯，焊接存在夹渣、铸件夹砂等存在非金属材料时就会引起断丝。因此，线切割毛坯在加工前应*清理表面，铸件、焊接件在加工时应采取措施，尽量避免夹杂物缺陷。

③工件内部存在应力，当切除部分材料后，应力平衡被打破，工件材料变形可能出现夹丝现象。通常在线切割加工之前要对工件进行人工实效处理以消除内应力；如果条件受限制，应合理选择切割工艺路线，尽可能避免破坏材料应力平衡，或安排粗、精加工，粗加工时尽量去除多的材料，通过工件变形释放内应力，留较小切割加工量可减少工件变形引起夹丝现象发生。

（3）当加工快结束时，被分离部分工件材料突然移位、自行跌落容易造成断丝。

（4）限位开关失灵，滑板超出行程位置导致机床断丝。

 

2.  电特性

（1）功率放大晶体管在脉冲停歇时间里，有较大漏电流出现拉弧而断丝。

（2）脉冲电源有较大幅度的负半波时，将具有反极性加工特性，对电极丝的蚀除量很大，引起电极丝过分损耗而断丝。

（3）导电轮、导电块引电触点接触不良，造成放电加工不稳定引起断丝。

（4）数控系统抗*力差，受干扰失控导致电极丝拉断，线切割机床应与振动源隔离，附近避免有强烈的电磁场，整个工作区应保持整洁，有条件的单位机床所在场所应恒温。

 

3. 工作液

火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行，工作液的绝缘性能可使击穿后的放电通道压缩，从而局限在较小的通道半径内火花放电，形成瞬时和局部高温来融化并气化金属，放电结束后又迅速恢复放电间隙成为绝缘状态，因此，工作液的选择与质量对加工过程能否进行及过程稳定性具有十分重要的影响。

线切割工作液可分水基和油基两种。油基工作液防锈性能较好、洗涤冷却性能差、切削速度和表面粗糙度稍差于水基工作液。油基工作液的质量标准为：棕褐色透明液体。pH值为8—10、全部乳化、48h产品无锈、水分及乙醇含量不大于10% 。

水基工作液由较好的洗涤、渗透、冷却性能，能提高切削速度，降低工件表面粗糙度值，但有的水基工作液防锈能力较差。水基工作液的质量标准为：黄色或橙色透明、半透明液体，固体为棕黄色，pH值为8—9，分散性均匀，防锈性（35°C±2°C）铸铁24h无锈，腐蚀性（55°C±2°C）45钢、黄铜24h无锈。

选用工作液时应根据侧重点选用线切割、质量可靠的、浓度适当的工作液，一般机床说明书中有推荐使用工作液牌号。此外工作液的清洁程度对断丝也有很大的影响，一般更换工作液以7天换一次为宜。

 

4．操作因素

（1）为了提高加工精度及工件的表面质量，应尽可能增大电极丝张紧力。但是，电极丝在放电加工时，频繁遭受急冷、急热的影响，并且往复经过多次弯曲、摩擦，绕丝过紧超过电极丝的弹性变形限度则会产生*变形而断丝；如果电极丝过松在快速运转时就容易跳出导轮而被卡断，为了有效保证张紧力的大小可以设置一个张紧轮。

（2）对一定直径和材料的电极丝所能承受的短路电流峰值是有限度的。工作时一般按电极丝所能承受的zui大短路电流峰值75%—90%选取。否则因短路瞬时冲击电流太大超过电极丝所能承受的电流值电极丝便被烧断。

（3）脉冲间隔选择太小时，脉冲停歇时间过短，不能充分消电离进而引起集中放电而断丝。

（4）工作液不足、放电间隙中排屑和消电离条件不佳，进给速度选择不当或进给速度不均匀，经常出现短路和开路的情况容易造成放电集中导致电极熔化。

5.其他因素

（1）电极丝材质抗拉强度低或者丝径选择太细容易断丝。通常情况下可根据根据厚度按下表选择电极丝直径。

工件材料厚度/mm	电极丝直径/mm
≥60	≥0.13
≥80	≥0.15
120	≥0.20

（2）电极丝保管不善表面氧化变脆。

 

 高速中走丝