电
火
花
线
切
割
加
工
方
法
的
研
究
江苏迅达电磁线有限公司
目录
第一章电火花线切割加工机理
1.1脉冲电源
1.2机械系统
1.3断丝机理
1.4加工控制
第二章电火花线切割加工质量
2.1电火花线切割加工精度
2.2工艺参数对加工精度的影响
第一章 电火花线切割加工机理
1.1 脉冲电源
电火花线切割的加工用的脉冲电源的作用是把工频交流电源转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给电极放点间隙所需要的能量来蚀除金属。脉冲电源对电火花加工的生产率、表面质量、加工精度、加工过程的稳定性和工具电极损耗等技术经济指标有很大影响。电火花线切割脉冲电源的形式品种很多，如晶体管矩形波脉冲电源、高频分组脉冲电源、节能型脉冲电源等。
1.1.1 对脉冲电源的要求
对电火花线切割加工用脉冲总的要求是：
（1）有较高的加工速度 不但在粗加工时要有较高的加工速度，而且在精加工
时也应具有较高的加工速度。 （2）工具电极损耗低
（3）加工过程稳定性好 在给定的各种脉冲参数下能保持稳定加工，抗干扰能
力强、不易产生电弧放电、可靠性强、操作方便。
（4）工艺范围广 不仅能适应粗、中、精加工的要求，而且要适应不同工件材
料的加工。
脉冲电源要都满足上述要求是困难的，一般来说，为了满足这些总的要求，对电火花线切割加工脉冲电源的具体要求是：
1）
所产生的脉冲应该是单向的，没有负半波或负半波很小，这样才
能最大限度的利用极性效应，不过受工件表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工脉冲电源的脉宽较窄（2～60μs ）,单个脉冲能量、平均电流（1～5A ）一般较小，所以线切割加工总是采用正极性加工。
2）
脉冲的主要参数，如峰值电流 e i
、脉冲宽度t i 、脉冲间隔t 0
等应能在很宽的范围内调节，以满足粗、中、精加工的要求。
3）
脉冲电源不仅要考虑工作稳定可靠、成本低、寿命长、操作维修
方便和体积小等问题，还要考虑节省电能。
1.1.2 晶体管矩形波脉冲电源
晶体管矩形波脉冲电源是利用功率晶体管作为开关元件而获得单向脉冲的。它具有脉冲频率高、脉冲参数容易调结、脉冲波形较好、易于实现多回路加工和自适应控制等自动化要求的有点，所以应用非常广泛，特别在中、小型脉冲电源中，都采用晶体管式电源。
如图1所示，控制功率管VT 的基极以形成电压脉宽t 、电流脉宽t e 和脉冲间隔
t 0，限流电阻R 1、R 2决定峰值 e i
。
R 1
¦图 1 晶体管矩形波脉冲电压、电流波形及其脉冲电源
1.1.3 高频分组脉冲电源
高频分组脉冲波形如图2所示，它是矩形波派生的一种波形，即把较高频率的小脉宽t i和小脉间t0的矩形波脉冲分组成为大脉宽T i和大脉间T0输出。
矩形波脉冲电源对提高切割速度和减小表面粗糙度这两项指标是相互矛盾的，高频分组脉冲波形在一定程度上能解决这两者的矛盾，在相同工艺条件下，可获得较好的加工工艺效果，因而得到广泛应用。
图3为高频分组脉冲电源的电路原理图。图中的高频脉冲发射器、分组脉冲发生器和与门电路生成高频分组脉冲波形，然后经脉冲放大和功率输出，把高频
分组脉冲能量输送到放电间隙。一般取t
0≥t
i
,T
i
=(4～6)t
i
。
图 2 高频分组脉冲电压波形
图 3 高频分组脉冲电源的电路原理框图
1.1.4 节能型脉冲电源
为了提高电能利用率，近年来除用电感元件L 来代替限流电阻，避免了发热损耗外，还把L 中剩余的电能反输给电源。图4为这类节能电源的主回路原理及其波形图。
图4 a 中，80～100V （+）的电压和电流经过大功率开关元件VT 1（常用V-MOS 管或TGBT ），由电感元件L 限制电流的突变，在流过工件和钼丝的放电间隙，最后经大功率开关元件VT 2流回电源（-）。由于用电感L （扼流线圈）代替了限流电阻，当主回路中流过如图4b 中的矩形波电压脉宽t i 时，其电流波形由零按斜
线升至 e i
最大值（峰值）。当VT 1、VT 2瞬时关断截止时，电感L 中电流不能突然截止而继续流动，通过两个二极管反输给电源，逐渐减小为零。把储存在电感L 中的能量释放出来，进一步节约了能量。
由图4b 对照电压和电流波形可见，VT 1、VT 2导通时，电感L 为正向矩形波；放电间隙中流过的电流由小增大，上升沿为一斜线，因此钼丝的损耗很小。当
图 4 线切割节能型脉冲电源主回路和波形图
a）主回路图 b）电压电流波形图
b)
¦a)
VT
1、VT
2
截止时，由于电感是一储能惯性元件，其上的电压由正变负，流过的电
流不能突变为零，而是按原方向流动逐渐减小为零，这一小段“续流”期间，电感把储存的电能经放电间隙和两个二极管反输给电源，电流波形为锯齿形，更加快切割速度，提高电能利用率，降低钼丝损耗。
这类电源的节能效果可达80%以上，控制柜不发热，可少用或不用冷却风扇，钼丝损耗很低，切割20万mm2，钼丝仅损耗0.5μm;当加工电流为5.3A时，切割速度为130mm2/min；当切割速度为50mm2/min时，表面粗糙度Ra≤2.0μm。此电源已由苏州三光科技有限公司获得发明专利。
1.1.5 低速走丝线切割加工的脉冲电源
低速走丝线切割加工有其特殊性：一是丝速较低，电蚀产物的排泄效果不佳；二是昂贵的设备，必须有较高的生产率，为此常采用镀锌的黄铜丝作线电极，当火花放电时瞬时高温使低熔点的锌迅速溶化、气化爆炸式地、尽可能多地把工件上熔融的金属液体抛入工作液中。因此要求脉冲电源有较大的峰值电流，一般都在100～500A，但脉宽t
e
极短（0.1～1μs），否则电极丝将被烧断。
由此看来，低速走丝的脉冲电源必须能提供窄脉宽、大峰值电流。结合节能要求，在功放主回路中往往既无限流电阻，又无限流电感（有的利用导线本身很小的潜布电感来适当阻止加工电流过快的增长。这类脉冲电源的基本原理是由一频率很高（脉宽约0.1～1μs可调）的开关来触发、驱动功率级高频IGBT组件，使其迅速导通，因主回路中无电阻和电感，瞬时流过很大的峰值电流，达到额定值时，主震级开关电路使功率级迅速截止，然后停歇一段时间待放电间隙消电离恢复绝缘后，再由第二个脉冲触发功率级，如此重复循环。
此外，为了防止工件接（+）在水基工作液中的电解（阳极溶解）作用，使得电极丝出、入口处的工作表面发黑，影响表面质量和外观，有的脉冲电源还具有防电解功能。具体原理是在脉冲停歇时间内，使工件上带10V左右的负电压。
