低速走絲線切割

低速走絲線切割是利用連續移動的細金屬絲（稱為電極絲）作電極，對工件進行脈衝火花放電蝕除金屬、切割成型。它主要用於加工各種形狀複雜和精密細小的工件，根據電極絲的運行速度不同，電火花線切割工具機通常分為兩類：一類是慢走絲（也叫低速走絲電火花線切割工具機）電極絲作低速單向運動，表面質量也接近磨削水平。電極絲放電後不再使用，、加工質量較好。

基本介紹

• 中文名：低速走絲線切割
• 走絲速度：0.2m/s
• 精度：0.001mm級
• 特點：工作平穩、均勻、抖動小

低速走絲線切割優勢的具體介紹

而且採用先進的電源技術，實現了高速加工，最大生產率可達350mm2/min

由於慢走絲線切割機是採取線電極連續供絲的方式，即線電極在運動過程中完成加工，因此即使線電極發生損耗，也能連續地予以補充，故能提高零件加工精度。慢走絲線切割機所加工的工件表面粗糙度通常可達到Ra=0.8μm及以上，且慢走絲線切割機的圓度誤差、直線誤差和尺寸誤差都較快走絲線切割機好很多，所以在加工高精度零件時，慢走絲線切割機得到了廣泛套用。

1.1 加工表面質量日臻完善

（1）納秒級大峰值電流脈衝電源技術

電火花加工時金屬的蝕除分熔化和氣化兩種。寬脈寬作用時間長，容易造成熔化加工，使工件表面形貌變差，變質層增厚，內應力加大，易產生裂紋。而脈寬小到一定值時，作用時間極短，形成氣化加工，可以減小變質層厚度，改善表面質量，減小內應力，避免裂紋產生。

先進的低速走絲電火花線切割機採用的脈衝電源其脈寬僅幾十ns，峰值電流在1 000 A以上，形成氣化蝕除，不僅加工效率高，而且使表面質量大大提高。

（2）防電解（BS）脈衝電源

低速走絲電火花線切割加工採用水質工作液。水有一定的導電性，即使經過去離子處理，降低電導率，但還有一定的離子數量。當工件接正極，在電場作用下，OH-離子會在工件上不斷聚集，造成鐵、鋁、銅、鋅、鈦、鎢的氧化和腐蝕，並使硬質合金材料中的結合劑—鈷成離子狀態溶解在水中，形成工件表面的“軟化層”。曾採用提高電阻率的措施(由幾十千歐?厘米提高到幾百千歐?厘米)，儘可能降低離子濃度，雖對改善表面質量起了一定的作用，但還是不能有效地徹底解決“軟化層”的問題。

防電解電源是解決工件“軟化層”的有效技術手段。防電解電源採用交變脈衝，平均電壓為零，使在工作液中的OH-離子電極絲與工件之間處於振盪狀態，不趨向工件和電極絲，防止工件材料的氧化。

採用防電解電源進行電火花線切割加工，可使表面變質層控制在1μm以下，避免硬質合金材料中鈷的析出溶解，保證硬質合金模具的壽命。

測試結果表明，防電解電源加工硬質合金模具壽命已接近機械磨削加工，在接近磨損極限處甚至優於機械磨削加工。

1.2 切割精度日益提高

（1）多次切割技術

多次切割技術是提高低速走絲電火花線切割加工精度及表面質量的根本手段。它是設計製造技術、數控技術、智慧型化技術、脈衝電源技術、精密傳動及控制技術的科學整合。一般是通過一次切割成形，二次切割提高精度，三次以上切割提高表面質量。原來為達到高質量的表面，多次切割的次數需高達7～9次，現在只需3～4 次。

（2）拐角加工技術不斷最佳化完善

由於在切割拐角時電極絲的滯後，會造成角部塌陷。為了提高拐角切割精度，研究人員採取了更多的動態拐角處理策略。如：改變走絲路徑；改變加工速度（薄板）；自動調節水壓；控制加工能量等。

通過採用綜合的拐角控制策略，粗加工時角部形狀誤差減少70%，可一次切割達5靘的配合 精度。

（3）採用提高平直度的技術

高精度精加工迴路都是提高平直度的技術，被認為對厚件加工意義重大。

（4）工具機結構更加精密

為了保證高精度的加工，採用了許多技術措施來提高主機精度：①控制溫度。採用水溫冷卻裝置，使工具機內部溫度與水溫相同，減小了工具機的熱變形。②採用直線電機。回響度高，精密定位可實現0.1μm當量的控制，進給無振動，無噪音，提高放電頻率，保持穩定放電，兩次切割Ry5 μm。③採用陶瓷、聚合物人造花崗岩製件，其熱慣性比鑄鐵大25倍，降低溫度變化對切割精度的影響。④採用固定工作檯、立柱移動結構，提高工作檯承重，不受浸水加工和工件重量變化的影響。⑤採用浸入式加工，降低工件熱變形。⑥電機伺服，閉環電極絲張力控制。⑦高精度對刀：採用電壓調製對刀電源。對刀精度可達±0.005 mm，不損傷工件，不論乾濕。

（5）細絲切割

為了進行小圓角、窄縫、窄槽及微細零件的微精加工，各製造企業都花大力氣進行細絲切割技術的研究。目前世界主要電加工機的製造企業都可以採用0.02～0.03 mm的電極絲進行切割。

1.3 加工效率明顯提高

（1）最高加工效率

由於ns級大峰值電流脈衝電源技術及檢測、控制、抗干擾技術的發展，低速走絲電火花線切割機的加工效率也在不斷提高。蘇州三光工具機使用標準電極絲時，加工效率為 350 m㎡/min。

（2）較大厚度工件的加工效率

日本三菱電機公司FA-V系列工具機在切割300 mm厚的工件時，加工效率可達170 m㎡/min。這是很有實際意義的技術提升。

（3）厚度變化工件的加工效率

自動檢測加工件的厚度，自動調整加工參數，防止斷絲，達到該狀態的最高加工效率。

（4）雙絲自動交換技術

瑞士公司推出的ROBOFIL 2030S1-TW工具機能採用0.20～0.02 mm的電極絲自動進行雙絲切換加工。採用粗絲進行第一次切割，一般絲徑為0.25 mm，以提高加工效率，並可無芯切割；然後採用細絲進行修整，一般採用0.10 mm的細絲，切割出小圓角，並可提高精度。總體可節省30%～50%的切割時間。

（5）快速自動穿絲技術

日本公司稱自動穿絲時間<15 s；日本公司稱穿絲時間為13 s.日本三菱電機公司，當板厚為50 mm 時，穿絲時間為10 s，切絲、穿絲總時間為25 s。

低速走絲電火花線切割機開發生產情況

2.1 瑞士、日本製造的切割機

（1）頂級低速走絲電火花線切割機

這種低速走絲電火花線切割機代表了目前的最高水平，如瑞士公司的千系列工具機、日本公司的PA系列超高精度工具機、日本公司的UPJ-2超精密工具機等。這類工具機的 最大特點是加工精度很高，在±0.002 mm以內，表面粗糙度Ra<0.2μm，一般都能使用<0.03 mm的電極絲進行微精加工，主機大都具有熱平衡系統，一些工具機採用在油中進行切割加工。瑞士公司的雙絲工具機也屬於這個檔次。這個檔次的中型工具機每台售價一般在200萬元以上。

（2）高檔低速走絲電火花線切割機

這檔工具機除了採用無電阻防電解電源外，一般均帶有自動穿絲裝置，能採用0.10 mm的電極 絲進行切割，精度在±0.003 mm左右。最高加工效率能達500 m㎡/min的超高速機也屬於這個檔次，如公司的240CC、440CC機，日本公司的FA-V超高速高性能機等。這個檔次的中型工具機每台售價在100萬元以上。

（3）中檔低速走絲電火花線切割機

為了搶占中國市場，日本、瑞士的電加工工具機製造企業推出了這檔工具機，價格一般在50～80萬元/台。

這檔工具機的配置和性能滿足了用戶採用低速走絲電火花線切割加工的基本要求。一般都採用無電阻、防電解電源，具有水浸式加工、錐度切割功能。實用的最高加工效率為120～150 m㎡/min ，最佳表面粗糙度達Ra<0.5μm，切割精度可達±0.005mm，一般都採用0.15 mm以上的銅絲進行切割。這檔工具機一般都具備自動穿絲功能，可供用戶選配。

上述3個檔次的低速走絲電火花線切割機也可稱為高檔機、標準機、入門機。

2.2 台灣製造的低速走絲電火花線切割機

台灣的低速走絲電火花線切割機起步雖然較晚，但這幾年來發展迅速。其關鍵的一個舉措就是由若干家電加工工具機製造企業共同出資，在有關部門一定限度的支持下，由台灣工業技術 研究院投入大量的人力、物力做關鍵技術的開發。經過10多年的攻關，在控制系統及電源等關鍵技術上取得了突破。

台灣各企業製造的低速走絲電火花線切割機目前應屬中檔機的範圍，銷售價一般在50～60萬元/台。這些工具機一般都採用無電阻防電解電源具有錐度切割、浸入式加工等功能，慶鴻、徠通兩家公司已掌握自動穿絲技術。

台灣低速走絲電火花線切割機的最高加工效率在200 mm2/min左右，實用加工效率為100～ 120 m㎡/min，切割表面粗糙度為Ra 0.5～0.8μm。一般認為台灣機的切割精度應在±0.005 mm左右。

低速走絲電火花線切割機市場狀況分析

蘇州公司的低速走絲電火花線切割機高速發展，每年都以大於30%的幅度增長，占有國內低速走絲電火花線切割機市場的相當份額。

台灣低速走絲電火花線切割機近3年每年達到20%～30%的增長率，業內人士認為是近10年來台灣機械製造業的最大奇蹟。

低速走絲電火花線切割機的增長速度相當快，如果依此種勢頭髮展，估計未來5年中國大陸的低速走絲電火花線切割機市場可達3 000～4 500台/年，相當於高速走絲電火花線切割機總量的10%，但二者的銷售額卻可以相當，甚至低速走絲機的銷售額會超過高速走絲機。

低速走絲電火花線切割機的高速發展，除了與中國經濟的快速增長密不可分之外，還有其特定的因素：

（1）低速走絲電火花線切割機優異的加工性能具有不可替代性，目前找不到別的加工技術可以與之競爭。

（2）低速走絲電火花線切割機主要套用領域是模具和航天航空製造業。我國目前模具製造企業有2萬餘家，近年來模具製造業的年增長率都在20%左右，是我國GDP增長率的3倍。我國的航天航空製造業的高速發展也是有目共睹，國家的投資力度很大。

（3）在過去相當長的一段時間裡，許多企業不把低速走絲電火花線切割加工作為精密模具的最終加工手段，往往在模具型腔用低速走絲切割後，再用各種磨削的手段進行最終加工，這主要是由於當時低速走絲電火花線切割技術在加工表面質量、加工精度等方面還不能滿足精密、長壽命模具的製造要求。但近年來，低速走絲電火花線切割加工技術發展迅速，各方面的加工性能指標都得到了明顯的改善和提高，已被越來越廣泛地作為最終加工手段，“以割代磨”的趨勢越來越明顯。

（4）我國的高速走絲電火花線切割機據估計年產量已超過4萬台，但由於模具製造精度及表面質量要求的不斷提高，高速走絲線切割機已不能適應精密模具的製造要求，其市場必定會讓出一塊給低速走絲電火花線切割機。

3.3 市場競爭日趨激烈

瑞士、日本的電加工設備製造企業對中國大陸的低速走絲電火花線切割機市場是志在必得，大多已在中國完成了製造、行銷甚至包括研發方面的本土化，他們還有明顯的技術及資金優勢。利用他們的品牌，同檔產品銷售價高於國產機及台灣機20%～30%，用戶也是可以接受的。

台灣低速走絲電火花線切割機是強有力的競爭對手，他們已在各方面做好了準備，極有可能會再上演一幕與電火花成形機類似的大舉進軍大陸市場的話劇。目前已有慶鴻、亞特、徠通、健升、喬懋、美溪、秀豐、健晟等廠商能投入批量生產，估計未來5年，台灣低速走絲電火花線切割機的年產量能達2000台，可占世界市場的25%以上。

在台灣低速走絲電火花線切割機的強力擠壓下，估計中檔機的價格在未來2～3年內可能下降20%～30%，即每台銷售價在30～40萬元是完全可能的。

3.4 行業前景

低速走絲電火花線切割機的技術含量高、市場前景好，可以獲得較高的回報，是電加工行業各個廠家的“必爭之地”、“戰略高地”。也可以說，誰掌握了低速走絲電火花線切割機的技術，誰就獲得了下一步企業發展壯大的機遇。

低速走絲電火花線切割機也很有可能是電加工行業最後一塊也是最大的一塊蛋糕。面對瑞士、日本、台灣品牌的強力競爭，國產低速走絲電火花線切割機的前景的確是危機重重。

好在中檔機方面，我們還有蘇州三光科技這么一個“王牌”，但是三光低速走絲線切割機如何在技術上得以進一步提升，如何進一步控制成本，如何進一步做好用戶的服務，這也可能是三光人面臨的一個關口。

低速走絲線切割機電極絲以銅線作為工具電極，一般以低於0.2m/s的速度作單向運動，在銅線與銅、鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60到300V的脈衝電壓，並保持5到50μm間隙，間隙中充滿脫離子水(接近蒸餾水)等絕緣介質，使電極與被加工物之間發生火花放電，並彼此被消耗、腐蝕，在工件表面上電蝕出無數的小坑，通過NC控制的監測和管控，伺服機構執行，使這种放電現象均勻一致，從而達到加工物被加工，使之成為合乎要求之尺寸大小及形狀精度的產品。

低速走絲線切割機目前精度可達0.001mm級，表面質量也接近磨削水平。電極絲放電後不再使用，而且採用無電阻防電解電源，低速走絲線切割機一般均帶有自動穿絲和恆張力裝置。

低速走絲線切割機工作平穩、均勻、抖動小、加工精度高、表面質量好，但不宜加工大厚度工件。由於工具機結構精密，技術含量高，工具機價格高，因此低速走絲線切割機使用成本也高。