慢走丝工作原理

慢走丝全称为慢走丝线切割，是中国通用标准行业术语，创始之初是为区分国内快走丝线切割，目前并未列入中国官方汉语词典词条。标准英文翻译全称:Low speed wire cut 简称：WEDM-LS

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慢走丝工作原理

是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型的一种加工机床

慢走丝加工时在线电极与工件之间存在的疏松接触式轻压放电现象。通过多年观察研究发现：当柔:性电极丝与工件接近到通常认为的放电间隙(例如8～10μm)时，并不发生火花放电，甚至当电极丝已接触到工件，从显微镜中已看不到间隙时，也常常看不到火花，只有当工件将电极丝顶弯并偏移一定距离(几微米到几十微米)时才发生正常的火花放电。此时线电极每进给1μm，放电间隙并不减少1μm，而是电极丝增加一点线间张力，而工作则增加一点侧向压力，显然，只有电极丝和工件之间保持一定的轻微接触压力后才能形成火花放电。据此认为在电极丝和工件之间存在着某种电化学产生的绝缘薄膜介质，当电极丝和工件接触时因其在不停运动，移动摩擦使该绝缘薄膜介质减薄到可被击穿的程度才会发生火花放电。

慢走丝机床性能指标

一般性能衡量指表为：精度，速度，表面光洁度，转角精度，真圆度

慢走丝线切割机所加工的工件表面粗糙度通常可达到Ra=0.6μm，且慢走丝线切割机的真圆度误差、直线误差，转角误差和尺寸误差都是快走丝线切割机

的N倍以上，所以在加工高精度零件时，慢走丝线切割机得到了广泛应用。

由于慢走丝线切割机是采取线电极连续供丝的方式，即线电极在运动过程中完成加工，

因此即使线电极发生损耗，也能连续地予以补充，故能提高零件加工精度。但慢走丝工作时影响其加工工作表面质量的因素很多，特别是慢走丝线切割机更需要对其有关加工工艺参数进行合理选配，才能保证所加工工件的表面质量

慢走丝加工时金属的蚀除分熔化和气化两种。宽脉宽作用时间长，容易造成熔化加工，使工件表面形貌变差，变质层增厚，内应力加大，易产生裂纹。而脉宽小到一定值时，作用时间极短，形成气化加工，可以减小变质层厚度，改善表面质量，减小内应力，避免裂纹产生。

先进的慢走丝采用的脉冲电源其脉宽仅几十ns，峰值电流在1 000 A以上，形成气化蚀除，不仅加工效率高，而且使表面质量大大提高

慢走丝加工采用水质工作液。水有一定的导电性，即使经过去离子处理，降低电导率，但还有一定的离子数量。当工件接正极，在电场作用下，OH-离子会在工件上不断聚集，造成铁、铝、铜、锌、钛、钨的氧化和腐蚀，并使硬质合金材料中的结合剂—钴成离子状态溶解在水中，形成工件表面的“软化层”。曾采用提高电阻率的措施(由几十千欧?厘米提高到几百千欧?厘米)，尽可能降低离子浓度，虽对改善表面质量起了一定的作用，但还是不能有效地彻底解决“软化层”的问题。

防电解电源是解决工件“软化层”的有效技术手段。防电解电源采用交变脉冲，平均电压为零，使在工作液中的OH-离子电极丝与工件之间处于振荡状态，不趋向工件和电极丝，防止工件材料的氧化。

采用防电解电源进行电火花线切割加工，可使表面变质层控制在1μm以下，避免硬质合金材料中钴的析出溶解，保证硬质合金模具的寿命。

测试结果表明，防电解电源加工硬质合金模具寿命已接近机械磨削加工，在接近磨损极限处甚至优于机械磨削加工。

慢走丝常用加工工艺

人为因素的控制与改善主要包括加工工艺的确定和加工方法的选择，这可以通过以下几点

来实现：

(1)实施少量多次加工。对于这个量，一般由慢走丝机床的加工参数决定，根据使用日本Sodick慢走丝公司制造的慢走丝线割机的经验，除第1次加工外，加工量一般是由几十微米逐渐递减到几个微米，特别是加工次数较多的最后一次，加工量应较小，即几个微米，以至加工次数越多工件的表面质量越好。由于减少慢走丝加工时材料的变形可以有效提高加工工件表面质量因而应采用少量、多次切割方式。在粗加工或半精加工时可留一定余量，以补偿材料因原应力平衡状态被破坏所产生的变形和最后一次精加工时所需的加工余量，这样当最后精加工时即可获得较为满意的加工效果。少量、多次切割可使加工工件具有单次切割不可比拟的表面质量，是控制和改善加工工件表面质量的简便易行的方法和措施

(2)合理安排切割路线。该措施的指导思想是尽量避免破坏工件材料原有的内部应力平衡，防止工件材料在切割过程中因在夹具等作用下，由于切割路线安排不合理而产生显著变形，致使切割表面质量下降。

(3)正确选择切割参数。对于不同的粗、精加工，其丝速、丝的张力和喷流压力应以参数表为基础作适当调整，为了保证加工工件具有更高的精度和表面质量，可以适当调高慢走丝的丝速和丝张力，虽然制造线切割机床的厂家提供了适应不同切割条件的相关参数，但由于工件的材料、所需要的加工精度以及其他因素的影响，使得人们不能完全照搬书本上介绍的切割条件，而应以这些条件为基础，根据实际需要作相应的调整。例如若要加工厚度为27mm的工件，则在加工条件

表中找不到相当的情况，这种条件下，必须根据厚度在20mm～30mm间的切割条件和相应补尝量作出调整，主要办法是：加工工件的厚度接近哪一个标准厚度就选择其为应设定的加工厚度，而补偿量则根据加工工件的实际厚度，与表中标准

厚度的差值，按比例选取。

(4)采用距离密着加工。为了使工件达到高精度和高表面质量，可以采用密着加工，即应使上喷嘴与工件的距离尽量靠近(约0.05～0.10mm)，这样就可以避免因上喷嘴离工件较远而使线电极振幅过大影响加工工件的表面质量。

(5)注意加工工件的固定。当加工工件行将切割完毕时，其与母体材料的连接强度势必下降，此时要防止因加工液的冲击使得加工工件发生偏斜，因为一旦发生偏斜，就会改变切割间隙，轻者影响工件表面质量，重者使工件切坏报废，所以要想办法固定好被加工工件。

慢走丝变形问题及疑难加工

凸模加工工艺

凸模在模具中起着很重要的作用，它的设计形状、尺寸精度及材料硬度都直接影响模具的冲裁质量、使用寿命及冲压件的精度。在实际生产加工中，由于工件毛坯内部的残留应力变形及放电产生的热应力变形，故应首先加工好穿丝孔进行封闭式切割，尽可能避免开放式切割而发生变形。如果受限于工件毛坯尺寸而不能进行封闭形式切割，对于方形毛坯件，在慢走丝编程时应注意选择好切割路线(或切割方向)。切割路线应有利于保证工件在加工过程中始终与夹具(装夹支撑架)保持在同一坐标系，避开应力变形的影响。夹具固定在左端，从葫芦形凸模左侧，按逆时针方向进行切割，整个毛坯依据切割路线而被分为左右两部分。由于连接毛坯左右两侧的材料越割越小，毛坯右侧与夹具逐渐脱离，无法抵抗内部残留应力而发生变形，工件也随之变形。若按顺时针方向切割，工件留在毛坯的左侧，靠近夹持部位，大部分切割过程都使工件与夹具保持在同一坐标系中，刚性较好，避免了应力变形。一般情况下，合理的切割路线应将工件与夹持部位分离的切割段安排在总的切割程序末端，即将暂停点(Bridge)留在靠近毛坯夹持端的部位。下面着重分析一下硬质合金齿形凸模的切割工艺处理。一般情况下，凸模外形规则时，慢走丝加工常将预留连接部分(暂停点，即为使工件在第1次的粗割后不与毛坯完全分离而预留下的一小段切割轨迹线)留在平面位置上，大部分精割完毕后，对预留连接部分只做一次切割，以后再由钳工修磨平整，这样可减少凸模在慢走丝线切割上的加工费用。

硬质合金凸模由于材料硬度高及形状狭长等特点，导致加工速度慢且容易变形，特别在其形状不规则的情况下，预留连接部分的修磨给钳工带来很大的难度。因此在慢走丝线切割加工阶段可对工艺进行适当的调整，使外形尺寸精度达到要求，免除钳工装配前对暂停点的修磨工序。

由于硬质合金硬度高，切割厚度大，导致加工速度慢，扭转变形严重，大部分外形加工及预留连接部分(暂停点)的加工均采取4次切割方式且两部分的切割参数和偏移量(Offset)均一致。第1次切割电极丝偏移量加大至0.5—0.8mm，以使工件充分释放内应力及完全扭转变形，在后面3次能够有足够余量进行精割加工，这样可使工件最后尺寸得到保证。

具体的工艺分析如下：

(1)预先在毛坯的适当位置用穿孔机或电火花成形机加工好Φ1.0—Φ1.5mm穿丝孔，穿丝孔中心与凸模轮廓线间的引入切割线段l长度选取5—10mm。

(2)凸模的轮廓线与毛坯边缘的宽度应至少保证在毛坯厚度的1/5。

(3)为后续切割预留的连接部分(暂停点)应选择在靠近工件毛坯重心部位，宽度选取3—4mm。慢走丝

(4)为补偿扭转变形，将大部分的残留变形量留在第1次粗割阶段，增大偏移量至0.5—0.8mm。后续的3次采用精割方式，由于切割余量小，变形量也变小了。慢走丝

(5)大部分外形4次切割加工完成后，将工件用压缩空气吹干，再用酒精溶液将毛坯端面洗净，凉干，然后用粘结剂或液态快干胶(通常采用502快干胶水)将经磨床磨平的厚度约1.5mm的金属薄片粘牢在毛坯上，再按原先4次的偏移量切割工件的预留连接部分(注意：切勿把胶水滴进下水嘴或滴到工件的预留连接部分上，以免造成不导电而不能加工)。慢走丝

3凹模板加工中的变形分析

在慢走丝加工前，模板已进行了冷加工、热加工，内部已产生了较大的残留应力，而残留应力是一个相对平衡的应力系统，在线切割去除大量废料时，应力随着平衡遭到破坏而释放出来。因此，模板在线切割加工时，随着原有内应力的作用及火花放电所产生的加工热应力的影响，将产生不定向、无规则的变形，使后面的切割吃刀量厚薄不均，影响了加工质量和加工精度。

针对此种情况，对精度要求比较高的模板，通常采用4次切割加工。第1次切割将所有型孔的废料切掉，取出废料后，再由机床的自动移位、自动穿丝功能，完成第2次、第3次、第4次切割。a切割第1次，取废料→b切割第1次，取废料→c切割第1次，取废料→……→n切割第1次，取废料→a切割第2次→b

切割第2次→……→n切割第2次→a切割第3次→……→n切割第3次→a切割第4次→……→n切割第4次，加工完毕。

这种切割方式能使每个型孔加工后有足够的时间释放内应力，能将各个型孔因加工顺序不同而产生的相互影响、微量变形降低到最小程度，较好地保证模板的加工尺寸精度。但是这样加工时间太长，机床易损件消耗量大，增加了模板的制造成本。另外机床本身随加工时间的延长及温度的波动也会产生蠕变。因此，根据实际测量和比较，模板在加工精度允许的情况下，可采用第1次统一加工取废料不变，而将后面的2、3、4次合在一起进行切割(即a切割第2次后，不移位、不剪丝紧接着割第3、4次→b→c……→n)，或省去第4次切割而做3次切割。这样切割完后经测量，形位尺寸基本符合要求。4次及3次切割中各次的加工余量、加工精度、表面粗糙度的参考值见表1及表2。初步估算一下，型孔之间的移位、穿丝、剪丝、上水、下水等均按1min计算。采用这种切割方法，加工1块有100个型孔的模板，每次将会节省大约9h的加工时间，切割4次共节省大约30h，这样对使用费用昂贵的慢走丝线切割机床来说，既提高了生产效率，又降低费用消耗，因此也降低了模板的制造成本。

凹模板型孔小拐角的加工工艺

由于选用的切割丝直径越大，切割出的型孔拐角半径也越大。当模板型孔的拐角半径要求很小时(如R0.07—R0.10mm)，则必须换用细丝(如Φ0.10mm)。但是相对粗丝而言，细丝加工速度较慢，且费用昂贵(大多需进口丝)。如果将整个型孔都用细丝加工，就会延长加工时间，造成浪费。经过仔细比较和分析，采取先将

拐角半径适当增大，用粗丝切割所有型孔达到尺寸要求，再更换细丝统一修割所有型孔的拐角达到规定尺寸。

下面是矩齿形凹模板(内拐角半径为R0.07mm)的慢走丝加工工艺。

(1)先用Φ0.20mm切割丝加工模板型孔至要求尺寸，内拐角部分加工至R0.15mm。

(2)退磁，关机。

(3)更换Φ0.10mm细丝。将切割丝输送带移至未使用过的位置。如果输送带3

个位置均已使用且咬送细丝的效果不佳，则更换新的输送带。

(4)重新找正中心。带有2个金刚石锥体的切割丝导向插件(本导向插件为AGIE 公司慢走丝线切割机床专用)点式支撑可使切割丝的下偏点被精确的定位，使切割丝精确地进行导向。当切割丝直径为Φ0.20mm时，找正中心在b点，当切割丝直径为Φ0.10mm时，找正中心在a点，｜ab｜=｜bo｜-｜ao｜=0.1〖KF(〗2〖KF)〗-0.05〖KF(〗2〖KF)〗=0.0707mm。因此更换Φ0.10mm的细丝重新找正中心的坐标值应与原中心坐标值相差大约0.0707mm。

(5)修改图形圆角半径，重新编程，避开其它型孔轮廓线，将型孔的拐角半径修整为R0.07mm。

5多型孔凹模、固定板、卸料板的加工顺序

多型孔凹模、固定板、卸料板考虑到各个型孔在加工过程中受残留应力及加工热力影响而产生的微量变形，因此在实际生产中采用型孔加工顺序一致的方法保证其型孔位置变形的一致性，从而保证了凹模、固定板、卸料板型孔的同轴度。慢走丝线切割机床加工精度高、功能强，但加工成本高，若要充分发挥机床的作用，创造好的经济效益，必须对工件进行合理的加工工艺分析和技术性能分析，充分了解慢走丝机床的结构性能以及熟练掌握机床的操作技能，合理选用水参数和电参数，减少加工过程中的断丝情况，在实践中不断总结经验教训，这样才能最大限度地发挥机床的潜力，提高慢走丝生产效率。

影响慢走丝加工工件表面质量的机床因素的控制与改善

慢走丝电火花线切割机属于高科技和高精度机床，机床的维护保养非常重要，因为加工工件的高精度和高质量是直接建立在机床的高精度基础上的，因此在每次加工之前必须检查机床的工作状态，才能为获得高质量的加工工件提供条件。需注意的环节和应采取的措施如下： (1)长期暴露在空气中的电极丝不能用于加工高精度的零件，因为电极丝表面若已被氧化，就会影响加工工件的表面质量，所以保管电极丝时应注意不要损坏电极丝的包装膜，以免电极丝与空气接触而被氧化，在加工前，必须检查电极丝的质量。另外，电极丝的张力对加工工件的表面质量也有很大的影响，加工表面质量要求高的工件，应在不断丝的前提下尽可能

提高电极丝的张力。

(2)慢走丝线切割机一般采用去离子水做工作液。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熔化并气化金属，放电结束后又迅速恢复放电间隙成为绝缘状态。绝缘性能太低，将产生电解而形不成击穿火花放电；绝缘性能太高，则放电间隙小，排屑难，切割速度降低。一般电阻率应在5×104～10×104cm，加工前必须观察电阻率表的显示，特别是机床刚起动时，往往会发现电阻率不在这个范围内，这时不要急于加工，让机床先运转一段时间达到所要的电阻率时才开始正式加工。为了保证加工精度，有必要

提高加工液的电阻率，当发现水的电阻率不再提高时，应更换离子交换树脂。再者必须检查与冷却液有关的条件，检查加工液的液量，还应检查过滤压力表，其压力值应在.0×13-3Pa以上。当加工液从污浊横向清洗槽逆向流动时则需要更

换过滤器，以保证加工液的绝缘性能、洗涤性能、冷却性能达到要求。

(3)必须检查导电块的磨损情况。慢走丝线切割机一般在加工了50～100h后就必须考虑改变导电块的切割位置或者更换导电块，有脏污时需用洗涤液清洗。必须注意的是：当变更导电块的位置或者更换导电块时，必须重新校正丝电极的垂直

度，以保证加工工件的精度和表面质量。

(4)检查滑轮的转动情况，若转动不好则应更换，还必须仔细检查上、下喷嘴的损伤和脏污程度，用清洗液清除脏物，有损伤时需及时更换。还应经常检查贮丝筒内丝的情况，装得太满会影响丝的畅通运行，使加工精度受到影响。此外，导电块、滑轮和上、下喷嘴的不良状况还会引起线电极的振动，这时即使加工表面能进行良好的放电，但因线电极振动，加

:工表面也很容易产生波峰或条纹，最终引起工件表面粗糙度变差。(5)保持稳定的电源电压。电源电压不稳定会造成电极与工件两端不稳定，从而引起击穿放电

过程不稳定而影响工件的表面质量。

2.3 影响慢走丝割加工工件表面质量的材料因素的控制与改善

为了加工出尺寸精度高、表面质量好的线切割产品，必须对所用工件材料进行细

致考虑，这主要应从以下几方面着手：

(1)由于工件材料不同，熔点、气化点、导热系数等都不一样，因而即使按同样方式加工，所获得的工件表面质量也不相同，因此必须根据实际需要的表面质量对工件材料作相应的选择。例如要达到高精度，就必须选择硬质合金类材料，而

不应该选不锈钢或未淬火的高碳钢等，否则很难实现所需要求。

(2)由于工件材料内部残余应力对加工的影响较大，在对热处理后的材料进行加工时，由于大面积去除金属和切断加工会使材料内部残余应力的相对平衡受到破坏，从而可能影响零件的加工精度和表面质量。为了避免这些情况，应选择锻造

性好、淬透性好、热外理变形小的材料。

(3) 慢走丝加工过程中应将各项参数调到最佳适配状态，以减少断丝现象。因为发生断丝的地方会出现两次放电，使加工工件表面质量下降。另外在加工过程中还应注意倾听机床发出的声音，正常加工的声音应为很光滑的“哧-哧”声。还应注意正常加工时的火花应是蓝色的而不是红色的。此外，正常加工时，机床的电流表、电压表的指针应是稳定不动或者振幅很小，此时进给速度均匀而且平稳，

是慢走丝加工工件获得高精度和高质量的保证。

影响慢走丝加工工件表面质量的因素很多，但只要对其进行系统的分析和科学的分类，就可以对这类复杂而且零乱的因素进行控制与调配，从而改善和提高工件的精度和表面质量。

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慢走丝目前市场情况

顶级慢走丝机床

瑞士、日本制造的慢走丝机床

这种慢走丝线切割机代表了目前的最高水平，如瑞士夏米尔公司的千系列慢走丝机床、日本三菱电机公司的PA系列超高精度慢走丝机床、日本牧野公司的UPJ-2超精密慢走丝机床等。这类慢走丝机床的最大特点是加工精度很高，在±0.002 mm以内，表面粗糙度Ra<0.2μm，一般都能使用0.03 mm的电极丝进行微精加工，主机大都具有热平衡系统，一些慢走丝机床采用在油中进行切割加工。瑞士阿奇夏米尔公司的双丝慢走丝机床也属于这个档次。这个档次的中型慢走丝机床每台售价一般在200万元以上。

中档慢走丝机床

中档慢走丝机床除了采用无电阻防电解电源外，一般均带有自动穿丝装置，能采用0.10 mm的电极丝进行切割，精度在±0.003 mm左右。最高加工效率能达500 mm2/min的超高速机也属于这个档次，如夏米尔公司的240CC、440CC机，日本三菱电机公司的FA-V超高速高性能机等。这个档次的中型机床每台售价在100万元以上。

低档慢走丝机床

为了抢占中国市场，日本、瑞士的电加工机床制造企业推出了这档慢走丝机床，价格一般在50～80万元/台。如瑞士阿奇公司的XENON慢走丝、夏米尔公司的380慢走丝，日本沙迪克公司的AQ系列、三菱电机公司的FA系列，台湾的庆鸿慢走丝等。这类机床一般由这些公司在中国设立的工厂制造，如北京阿奇夏米尔公司、大连三菱公司、苏州沙迪克特种公司。

这档慢走丝机床的配置和性能满足了用户采用低速走丝电火花线切割加工的基本要求。一般都采用无电阻、防电解电源，具有水浸式加工、锥度切割功能。实用的最高加工效率为120～150 mm2/min ，最佳表面粗糙度达Ra＜0.5μm，切割精度可达±0.005mm，一般都采用0.15 mm以上的铜丝进行切割。这档机床一般都具备自动穿丝功能，可供用户选配。

台湾慢走丝的最高加工效率在200 mm2/min左右，实用加工效率为100～ 150 mm2/min，切割表面粗糙度为Ra 0.5～0.8μm。一般认为台湾慢走丝的切割精度应在±0.005 mm左右。

慢走丝机床目前在中国的市场占有率

日本沙迪克慢走丝和台湾的庆鸿慢走丝目前在中国的市场占有率最高

二种机床的占用率达到50%（并列排名NO1）

日本三菱慢走丝和台湾的莱通慢走丝，国产的苏三光慢走丝

三种机床的占有率达到30%（并列排名NO2）

其它的如夏米尔慢走丝，法那克慢走丝，西部慢走丝，牧野慢走丝等市场占有率只有20%

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