电火花线切割加工技术及其发展动向.doc

电火花线切割加工技术及其发展动向 X X X X X X X X X X X X X X 摘要：在分析总结国内外电火花线切割技术研究现状以及我国近几年来所取得的进步基础上，论述了我国电火花线切割技术的发展趋势及其主要任务。阐述近年来国内外电火花线切割加工技术的发展动向、电火花线切割加工技术的发展趋势以及我国电火花线切割加工领域亟待发展的关键技术。关键词：电火花线切割；研究现状；发展趋势一电火花线切割的加工原理 电火花线切割加工是比较常用的特种加工方法之一, 电火花加工又称放电加工( Electrical Discharge Machining, 简称EDM) , 它是在加工过程中, 利用工具电极和工件之间脉冲放电时的腐蚀现象使金属熔化或气化, 从而实现对各种形状金属零件的加工。因在放电过程中可见到火花, 故称之为电火花加工。图1 为电火花线切割加工原理, 在线切割加工时是用一根连续移动的电极丝作为工具电极来代替电火花加工中的成形电极, 电极丝接脉冲电源的负极, 工件接脉冲电源的正极, 脉冲电源发出一连串的脉冲电压, 加到工件和工具电极上。电极丝与工件之间施加足够的具有一定绝缘性能的工作液, 当电极丝与工件的距离小到一定程度时, 大约是0. 01 mm左右, 在脉冲电压的作用下, 工作液被击穿, 在电极丝与工件之间形成瞬间放电通道, 产生瞬时高温, 其温度可高达10 000 左右,高温使工件局部熔化甚至气化而被蚀除下来。工件安装于工作台上, 由微型计算机控制, 工作台带动工件不断进给, 便能将一定形状的工件切割加工出来1。二电火花线切割的加工特点电火花线切割具有如下特点:( 1) 采用电火花线切割加工, 由于只采用一根很细的金属丝作工具电极, 因此加工工件时不需要再制作相应的成形工具电极, 从而大大降低了制造工具电极所用的工作量, 节约了贵重的有色金属材料。( 2) 线切割加工时, 由于电极丝的连续移动, 使新的电极丝不断地补充和替换, 减轻了电蚀损耗对加工精度的影响。( 3) 利用线切割可以加工出精密细小、形状复杂的工件, 如0. 05 mm0. 07 mm的窄缝隙、圆角半径小于0. 03 mm的锐角等。( 4) 线切割加工零件的精度可达到0. 01 mm0. 005 mm, 表面粗糙度可达Ra1. 6 LmRa0. 4 Lm。( 5) 在加工时, 一般采用一个电规准一次加工完成, 半途不需要转换规准。( 6) 一般不要求对被加工工件进行预加工, 只需在工件上加工出穿电极丝的穿丝孔。( 7) 在线切割加工的切缝宽度与凸、凹模配合间隙相当时, 有可能一次切出凸模和凹模来。三电火花线切割技术1 单向走丝电火花线切割的技术1. 1 脉冲电源技术(1) 高效脉冲电源技术(2)高表面质量加工及微精加工脉冲电源技术1. 2 防止断丝技术 研究表明: 在200 A 以下较小电流峰值的加工时, 断丝前瞬间会有放电点时间集中、空间集中、短路频率增加等现象的发生; 在电流峰值500 A以上, 较大电流峰值的加工时, 断丝前瞬间并没有集中放电和短路频率增加等现象的发生。有学者观察到在断丝前的5 40 ms 内, 间隙电压会快速波动。他们开发了一个检测及控制系统, 在断丝发生前切断脉冲电源及伺服系统进给, 以防止断丝带来的危害, 但这种方法对加工效率有所影响。日本三菱电机公司开发的PM 控制就是加工过程中实时检测出工件厚度、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2。1. 3 微细丝加工技术1. 4 机械平台的改进1. 5 数控系统的增强(1) 加工过程检测及控制技术(2) 拐角加工精度控制技术(3) 变厚度识别及其自适应控制技术2.硅片的切割技术 太阳能硅片加工工艺流程一般经过晶体生长、切断、外径滚磨、平边、切片、倒角、研磨、腐蚀、抛光、清洗、包装等阶段。近年来光伏太阳能和半导体行业的迅速发展对硅片的切割和加工提出了更加苛刻的要求：一方面为了降低生产和加工成本，硅片向大直径的方向发展，而硅片的厚度则逐年降低。另一方面要求生产出的硅片具有较高的平面精度和较低的的表面粗糙度。这些要求都加大了硅片的加工难度，由于硅材料具有脆、硬等特点，直径增大造成加工中的翘曲变形，加工精度不易保证。厚度降低、芯片厚度减薄造成了材料磨削量大、效率下降等3。四我国电火花线切割技术现状与外国前沿 随着模具工业的发展,广大用户都纷纷提出, 电火花线切割加工不仅要切割速度快,而且要求加工质量好,否则难于满足模具发展需要。为了满足用户需要, 国外低速走丝电火花线切割机都开发应用了多次切割技术, 即第一次切割用较大的电规准进行高速粗切割, 然后用精规准和精微规准进行第二次、第三次甚至第四、五次切割, 将加工表面逐级修光,以获得较理想的加工表面质量和加工精度。低速走丝电火花线切割加工采用多次切割技术的应用结果表明, 多次切割是解决切割速度与加工表面质量矛盾, 提高线切割综合工艺效果的有效办法。在国外低速走丝电火花线切割机上开发应用多次切割技术的同时, 国内也在W E D M - H S 上进行了大量的多次切割试验,但始终没有在生产实践中得到应用,其主要原因是:在电极丝高速移动的情况下,运丝系统工作不稳定, 电极丝的空间形位变化异常, 使先后二次切割的空间位置难于保证一致, 加上高速走丝线切割的往返切割条纹明显, 要在W E D M - H S 上实现多次切割比较困难。大量试验研究结果表明, 中国特有的高速走丝电火花线切割机采用多次切割工艺, 不仅是必要的,而且是有可能的, 但必须创造如下条件:(1)按国家有关技术标准, 严格控制高速走丝电火花线切割机的制造精度和运丝系统的稳定性。(2)深入研究电极丝在加工过程中的空间形位变化,并提出稳定电级丝空间形位的有效措施。(3)采取有效措施,抑制往返切割条纹的产生。(4)开发一种能满足多次切割需要的高频脉冲电源及其跟踪控制系统。(5)深入研究W E D M - H S 的多次切割工艺, 合理设定粗切割、精修及精微修光的脉冲参数、加工轨迹补偿量、电极丝移动方式及其速度等,并开发相应的多次切割软件。(6)在机床和控制上要提高其稳定性,开发了高度集成的控制系统4。五 我国电火花线切割技术的发展趋势及主要任务 随着国民经济的高速发展和科学技术的不断进步, 社会对各类产品的需求量日益增大, 并对制造业提出了更高的要求。我国电火花线切割行业必然会珍惜这个大好发展机会, 积极采用现代研究手段和先进技术进行深入开发研究, 促使我国电火花线切割技术向信息化、智能化和绿色化方向不断发展, 以满足当前市场的需要。未来的发展, 将主要表现在以下几个方面。1，稳步发展高速走丝机的同时, 重视低速走丝电火花线切割机的开发和发展2，完善机床设计, 改进走丝机构(1) 为使机床结构更加合理, 必须用先进的技术手段对机床总体结构进行分析。(2) 为了提高坐标工作台精度, 除考虑热变形及先进的导向结构外, 还应采用丝距误差补偿和间隙补偿技术, 以提高机床的运动精度。(3) 高速走丝电火花线切割机的走丝机构,是影响其加工质量及加工稳定性的关键部件, 目前存在的问题较多, 必须认真加以改进。( 4) 支持新机型的开发研究。目前所开发的自旋式电火花线切割机、高低双速走丝电火花线切割机、走丝速度连续可调的电火花线切割机, 在机床结构和走丝方式上都有创新。3， 推广多次切割工艺, 提高综合工艺水平根据放电腐蚀原理及电火花线切割工艺规律知道, 切割速度与加工表面质量是一对矛盾, 欲想在一次切割过程既获得很高的切割速度, 又要获得很好的加工质量是困难的。提高电火花线切割的综合工艺水平, 采用多次切割是一种有效方法。4，发展PC 机控制系统, 扩充线切割机的控制功能( 1) 开发和完善开放式的数控系统。扩充数控系统功能。( 2) 继续完善数控电火花线切割加工的计算机绘图、自动编程、加工规机控制及其缩放等功能, 扩充自动定位、自动找中心、低速走丝的自动穿丝、高速走丝的自动紧丝等功能, 提高电火花线切割加工的自动化程度。(3) 研究放电间隙状态数值检测技术, 建立伺服控制模型, 开发加工过程伺服进给自适应控制系统。( 4) 开发和完善数值脉冲电源, 并在工艺试行策略等, 我们将继续进行研究5。参考文献：1浅谈电火花线切割加工 王玉玲 山西冶金技师学院, 1672-6413( 2009) 03-0174-02 2电火花线切割加工技术及其发展动向 朱 宁1, 叶 军1 , 韩福柱2 , 顾 琳3 , 卢智良1 1. 苏州电加工机床研究所有限公司 2. 清华大学精密仪器与机械学系, 3. 上海交通大 学机械与动力工程学院 1009- 279X( 2010) S0- 005