快走丝线切割加工黑白条纹产生原因分析及对策

唐 磊，王 涛

1.浙江理工大学，浙江杭州 310018

2.浙江纺织服装职业技术学院，浙江宁波 315211

3.宁波工程学院，浙江宁波 315211

快走丝线切割加工黑白条纹产生原因分析及对策

唐 磊1,2，王 涛3

1.浙江理工大学，浙江杭州 310018

2.浙江纺织服装职业技术学院，浙江宁波 315211

3.宁波工程学院，浙江宁波 315211

本文分析了数控电火花线切割加工工件产生的黑白条纹的原因，以及提高数控电火花线切割加工工件表面粗糙度的一些方法，重点说明黑白条纹的去除方法。通过改进工作液喷射方式，根据工件调试不同切削液等各种办法，可以很大 程度上减轻黑白条纹，提高高速线切割加工的表面粗糙度，使得工件表面光洁均匀。

数控；线切割；电 火花；黑白条纹；HSWEDM

1 电火花线切割加工概述

现有的数控线切割电火花加工机床分为低速走丝（LSWEDM）和高速走丝（HSWEDM）两类。低速走丝线切割机床一般用黄铜作为电极丝。电极丝采用单向低速运行，用一次就废弃。高速走丝机床的电极丝使快速往返运行的，电极丝在加工过程中反复使用。这类电极丝主要有钼丝、钨丝，市场上常用的是直径0.18mm的钼丝。快速走丝方式的丝速一般为每秒几百毫米到十几米，如果丝速为10m/s时，相当于l 微秒时间内电极丝移动0.01mm。这样快的速度，有利于脉冲结束时，放电通道迅速消电离。

2 电火花线切割加工产生黑白条纹的原因分析

采用往返式高速走丝方式的电火花线切割加工，所加工的钢工件表面往往都会出现明显的黑白相间的条纹（如图1），切割表面存在黑白交叉条纹影响加工表面宏观质量的一个重要问题。

图1 高速走丝方式电火花线切割加工表面黑白条纹

通过反复观察工件加工过程和加工后工件检测，可以发现一个规律，在滚筒运丝换向的一个切割行程内，条纹的出现与电极丝的运动方向有关，电极丝进入处呈黑色，出口处呈白色。这是因为排屑和冷却条件不同造成的。电极丝从上往下运动时，工作液从上部浇注，由电极丝带入切缝内，放电产物则由电极丝从下部带出加工区。这时，上部工作液充分，冷却条件好，电极丝进口处工作液充分，放电是在工作液（乳化液）中进行，下部工作液少，冷却条件差，但排屑条件较上部好。工业液在放电区域内受高温影响瞬时高压气体，并急速向外扩散，对上部的电蚀产物排出造成困难。这时，放电产生的炭黑等物质凝聚附着在上部加工表面，使之呈现黑色。在下部，排屑条件较好，工作液少，放电产物中炭黑较少，况且放电常常是在气体中发生，因此加工表面呈现白色。同理，当电极丝从下向上移动时，下部呈黑色，而上部呈白色。这样，往返走丝的电火花线切割加工表面，就形成了黑白交错相间的条纹。

这种黑白相间的条纹，通常都会对加工表面粗糙度产生一定的影响。电极丝进口处工作液充分，放电是在工作液（乳化液）中进行。而在电极丝出口处，液体少，气体多，在低压放电的条件下，气体中放电间隙相对较小。所以，进口处的放电间隙比出口处大，结果使白色条纹比黑白条纹凸出。根据运丝系统稳定性不同，白色条纹会比黑白条纹凸起几微米至几十微米。

3 限制黑白条纹的对策

根据黑白条纹产生的原因可知，在电极丝往复移动的情况下，产生黑白条纹是很难完全避免的。但生产实践表明，黑白条纹的深浅变化并不一致，有的十分明显，凹凸相差几十微米；有的则是黑白条纹并不明显，凹凸相差也只有几个微米，说明黑白条纹是可以限制的。限制黑白条纹的方法，在生产实践中主要有以下几种：

1）确保运丝系统稳定性。调整储丝筒使其运转平衡，导向导轮无轴向窜动和径向跳动现象；

2）采用更合理的工作液喷射方式。采用螺旋式喷嘴，使工作液沿电极丝轴线喷出，且上下均匀；

3）选用洗涤性强的皂化液做线切割加工工作液。

根据不同的加工工艺指标，一般在5%～20%范围内，（乳化液5%～20%，水95%～80%）。一般按质量比配置，也可大致按体积比配置。对加工表面粗糙度要求比较高的工件浓度比可适当大一些，约15%～20%。对要求切割速度高和大厚度的工件，浓度可适当小一些，5%～8%。

4）线切割加工常选用模具材料Cr12的切割方法，Cr12属于高合金工具钢，具有较高的淬透性和耐磨性、热处理变形小，能承受较大的冲击载荷。对于模具上常用的这种材料，具有良好的线切割加工性能，工作液用蒸馏水配制浓度稍小一些可以减轻表面的黑白条纹，使工件表面洁白均匀。

5）超短行程往返切割方法，每次走丝换向的实际切割距离很短，大约为丝径的1/4左右，电极丝上、下运动时形成的凹凸不平将相互叠在一起，黑白条纹将难于看出。虽然储丝筒旋转换向频繁，但整个切割过程仍然在满丝筒的全长钼丝上进行，有效地避免了集中放电后的丝径损耗问题。

6）电极丝往返移动过程中，采取电极丝仅在一个方向移动时放电，而在另外两个方向（反方向）移动时不放电。这样做也可限制黑白条纹的产生，但单方向移动时切割的生产率较低。

通过以上6种办法，可以很大程度上可以减少减轻黑白条纹，提高高速线切割加工的表面粗糙度，使得工件表面光洁均匀。

[1] 张学仁.数控电火花线切割加工技术[M].哈尔滨工业大学出版社，2001，11.

[2] 刘志东.基于复合工作液的电火花线切割加工技术研究[J].电加工与模具，2008（增刊）.

[3] 刘瑞已.电极丝及丝速和条纹对线切割的影响[J].机械工程师，2005（3）.

TG48

A

1674-6708（2010）18-0091-01

唐磊，助教，浙江理工大学在读硕士，工作单位：浙江纺织服装职业技术学院，研究方向：机械/模具CAD/CAM

王涛，助教，工作单位：宁波工程学院