二、WEDM-HS工......



二、WEDM-HS工藝指標大幅度提高的可行性分析
1、 WEDM-HS放電間隙分析
以往通常認為WEDM-HS單邊放電間隙基本在0.01m m左右，這主要是因為采用乳化液為工作介質時切割能量都局限在較小的范圍內，并且用普通

量具測量出的放電間隙是個虛值，由于脈沖電源的峰值電流較低，放電通道內金屬的蝕除形式以熔化為主，因此放電點周邊存在較多的毛刺及

凝固金屬液滴(圖5)，進一步減少了有效的放電間隙，但如果改用洗滌能力較強的復合工作液，其放電間隙將會提高且隨著放電能量的增加，

放電間隙也會大大增寬。
在采用復合工作液時經過測微顯微鏡直接測量工件表面的切縫寬度可得出在平均加工電流4安培時實際單邊放電間隙已超過0.03mm(未考慮切割

面的腰鼓度)，且隨著切割能量的繼續增加以及工作介質洗滌能力的增強而加大。因此在工作介質洗滌性能較好的情況下WEDM-HS完全可以通過

增加脈沖電源的峰值電流而獲得更大的放電間隙[2]甚至獲得與WEDMLS相近的放電間隙。因此在保持極間清潔的狀態下完全可以采用與WEDM-LS

類似的工作介質高壓噴射的方式協同高速運絲所產生的對工作介質的引流作用，并借助工作介質良好的洗滌作用獲得極佳的極間冷卻效果及對

蝕除產物的沖洗作用，從而獲得更高的切割效率及良好的切割表面質量。
2、WEDM-HS電極絲電流承載能力分析
處于高速運行的WEDM-HS電極絲在冷卻充分的條件下是完全可以承受平均電流20安培以上的短路電流的(Ф0.18mm)，這只需通過正常運行的電

極絲與工件短路就可得以驗證。但目前正常加工條件下一般都采用3.0A以內的平均加工電流進行切割，其根本的原因仍是放電間隙內不確定的

極間冷卻狀態所致，如果很好地解決了工作介質的洗滌性問題，保證工作介質在放電間隙內獲得均勻流動，同時借助具有良好洗滌作用的工作

介質的高壓噴射沖洗作用，在電極絲高速運行的條件下，使用同等直徑的高速運行的鉬絲應具有比低速運行的黃銅絲更好的冷卻條件與電流承

載能力，可以采用更大的放電能量進行切割從而獲得更高的穩定切割速度。表1為兩種走絲加工方式下加工條件對照表。
目前WEDM-LS用鍍鋅電極絲已經可以達到承受峰值超過700安培或平均值超過45安培的大電流切割的要求[3]，對比表1可以看出當選用了洗滌能

力良好的工作介質并采用高壓噴液的冷卻方式后，伴隨著對WEDM-HS脈沖電源的深入研究，WEDM-HS應該可以獲得切割效率及表面質量的顯著提

高。
3、電極絲運絲速度分析
WEDM-HS與WEDM-LS的最直接區別體現在走絲速度方面，但在采用洗滌性良好的工作介質后，WEDM-HS的走絲速度是完全可以降低的。WEDM-HS采

用工作介質電極絲帶入的方式進行冷卻，電極絲的高速運行有助于工作介質的進入與蝕除產物的排出。以往通常認為這種冷卻方式的采用主要
電火花線切割工藝指標主要包括切割效率、精度及表面完整性等項目，在切割效率方面目前低速走絲電火花線切割(WEDM-LS)一次切割最高效

率已經可達500m m2/min，中檔WEDM-LS實用的一次切割最高效率為150m m2/min左右[1]，而我國獨有的高速走絲電火花線切割(WEDMHS)自上世

紀80年代以來實用的一次切割最高效率仍徘徊在60～80 mm2/min，其它工藝指標也與WEDM-LS的相差甚遠，差距十分明顯。我國的電火花線切

割技術如何發展的問題已成為業內關注的焦點。
一、目前WEDM-HS存在的主要問題及分析WEDM-HS技術存在的主要問題首先是切割效率偏低，由此帶來諸如多次切割工藝實用意義不大，導致切
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割精度與表面質量無法大幅度改善等一系列問題；其次切割表面存在黑白交叉條紋也是影響WEDM-HS切割表面宏觀質量的一個重要問題。
電火花線切割穩定加工的前提首先必須保證在切割過程中不斷絲。斷絲的機率主要隨著放電能量和切割厚度的增加而加大，即與電極絲在放電

通道內所受到的離子轟擊、冷卻狀態及停留時間密切相關。切割的效率和表面粗糙度也與極間冷卻與消電離并恢復絕緣狀態有關。目前普遍使

用含有機械油5％左右的乳化液作為工作介質，切割完畢后出現兩個現象：首先切割完畢的試件是粘附在基體上的，一般需要用力甚至敲擊才
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可以使其與基體脫離；其次切割完畢的試件表面覆蓋著膠粘的甚至是粉末狀的蝕除產物，需用煤油才能刷洗干凈。這主要是伴隨著放電通道內

10000°C以上的高溫，乳化液將分解生成大量的含碳高分子化合物并與金屬蝕除產
物反應生成膠體狀或顆粒狀物質所致。如圖1所示，這些物質粘附在切縫內，并主要在切縫出口部位堆積，嚴重影響電蝕產物的排除，并阻擋

了新鮮工作介質進入切縫。由于兩極間不能保證存在不斷更新的工作介質，將直接影響正常放電的延續甚至是在混有大量膠體物質的間隙內進

行放電并產生電弧放電，從而使工件和電極絲表面得不到及時冷卻，絕緣狀態不正常，造成正常放電比例降低，切割速度降低，工件表面燒傷

，換向條紋嚴重并使加工質量惡化，同時損傷電極絲的耐用度，嚴重時引起燒絲。因此選用乳化液作為工作介質對于極間通道內冷卻狀態的改

善、消電離并恢復絕緣狀態均有較大的影響，甚至粘稠狀產物反而會對電極絲起到“保溫”作用，并且工件愈高，運絲速度愈慢，電極絲在加

工區域停留時間將愈長，斷絲的機率自然就會增加。而乳化液在極間放電時將分解成膠體或顆粒狀物質是一種必然的現象，所以使用乳化液必

然會大大限制切割工藝指標的提高。極間冷卻狀態惡化其最直接的結果將導致WEDM-HS必須以十分保守的放電能量換取不斷絲的加工狀況。目

前使用乳化液為工作介質時一般平均切割電流都在3A以內，在這種放電能量條件下是不可能獲得較高切割效率的。