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慢走丝线切割电解锈蚀放电状态的分析和控制 概述 由于电火花线切割加工（WEDM,Wire-EDM）具有不受加工材料硬度的影响，没有加工应力，加工精度高并能加工复杂形状工件及可以进行无人操作加工等优点， 因此，线切割加工被认为是当前一种主要的金属加工方法。 在慢走丝线切割加工过程中，与电源相联的电极丝通过放电产生的能量撞击工件表面来对工件进行切削。工件必须是导体，为防止加工过程中短路状态发生， 电极 丝与工件之间必须有绝缘工作液流过，这样才能有合适的条件来产生放电， 通常这种绝缘液体采用去离子水。它具有成本低、不易着火、便于安全生产的优点。 在相同的脉冲能量下，在水中进行放电切割能够提高加工生产率。减小电极丝损耗和改善被加工工件的表面质量、但是，当所采用的脉冲电源加在放电间隙上的空 载脉冲电压含有直流分量时，水中进行电火花线切割便会产生电解锈蚀放电状态，如电极丝及工件表面上会观察到水电解和阳极金属原子溶解现象。这就导致被加工 工件表面的电蚀过程失控，表面精度受损；增加了工件表面的锈蚀或氧化，减弱工件的机械强度。另外，水电解产生的氢气及氧气组成了“爆炸性” 气体混合物，在 火花放电时会发生爆炸，使加工工件表面产生缺陷，损坏电极丝，使固定电极移动，降低了加工精度。 慢走丝电火花线切割过程中电解锈蚀放电状态的分析 在线切割加工过程中，电解锈蚀放电状态十分普遍。这种令人头痛的放电状态主要与流过工作液的电流有关,如图 1 和图 2 所示。在图 1 中电极丝与脉冲电源负极 相连，工件电极即阳极与脉冲电源正极相连。图 2(a)和图 2(b)显示出线切割过程中放电状态的机理波形。图中给出加在正负电极上随时间变化的电压 V 及在 加工间隙中流过的放电电流 I。脉冲电源在每个周期发出一个脉冲电压， 在准备放电过程中电压V 达到电压峰值Va,而放电瞬间间隙两端电压降到放电间隙电压 Ve。随着放电的结束间隙两端电压降 V 到零伏。同时，放电过程中电极间流过电流为 Ie,放电结束后间隙电流为 Ir。 图 1 电解锈蚀放电状态示意图 首先，加工过程中阳极金属原子溶解是产生电解锈蚀的主要原因。由于水浸渍在电极之间，并且水的电导率很低，一般为几兆西门子每厘米到几十兆西门子每厘 米，于是间隙电压在其间便形成“漏电流”Ia。在漏电流 I 作用下工件表面溶解的金属原子电离释放出金属阳离子和自由电子，如下式所示： 其次，水电解也能够加快电解锈蚀的速度。虽然水是一种弱电解质，但它能够分解出正离子 H+和负离子 OH-,如下式所示： 加工 过程中在电场的作用下，正离子 H+和负离子 OH-分别向阴极和阳极移动， 电极丝表面附近，氢离子 H+得到电子后释放出氢气而增加了因放电引起爆炸的危险。 另外，加工时放电间隙很小，阳极离解下的金属阳离子 Mn+就有很大机会与氢氧根离子反应生成 M(OH)n 沉淀物沉积在工件表面。这样，工件的机械强度和表 面精度就将受影响。 由于加工时间一般为几小时或几天，而工件经常为钢，因此，电解锈蚀放电产生的阳极金属溶解、阳极金属氢氧化物沉积及 加工过程生成的氢气被火花引燃爆炸现象都将变得不可容忍。因为它不仅破坏加工金属表面精度，改变金属表面几 何形状，减弱工件的机械强度,与此同时，还破坏 所有在加工过程中与水接触、能够导电的机床各个部分，如：工作台、卡具和导电块等。加工结束后，对被电解锈蚀的金属工件进行精加工根本不可能达到预期效 果，另外，必须得对机床部件进行仔细测量和附加校正。因此，自电火花加工问世以来，制造商和用户就努力去寻找控制电解锈蚀放电状态的良方妙药。 慢走丝线切割电火花加工控制电解锈蚀放电状态的方法 在借鉴前人的基础上，研制了一种慢走丝线切割控制电解锈蚀放电状态的电源装置，如图 3 所示。其适用于从粗加工到精加工的不同规准加工中。它是在传统的电 火花线切割电源装置基础上增添一组控制电解锈蚀放电状态系统。作为典型的阳极保护装置，此系统能够控制传统线切割电源装置中由于电解锈蚀放电产生的工作液 电解及阳极金属原子电离等一系列不良现象。在线切割加工回路中工件作为阳极，同时，在电解锈蚀控制电路中。工件又作为阴极来使用。电解锈蚀控制电路中至少 有一个或多个电解控制电极，其个数由工件的复杂程度决定。在图 3 中，采用两个电解控制电极，它们浸在水中或将水不断地喷洒其上，同时， 控制电压加在他们和 工件之间。工作过程中，在电解控制回路产生电流 Ia 和Ie,这两个电流用来抵消加工放电回路漏电流 Ia 和放电电流 Ie 产生的电解锈蚀放电。其结果消除了传 统加工方法中由于电解锈蚀产生的阳极金属溶解和工作液电解现象。 慢 走丝线切割控制电解锈蚀放电状态电源系统中运用功率 MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)作为开关元件。幅值相同的直流电源 E 和 E(1