淺談提高超硬刀具材料線切割加工效率的途徑

孫繼升

摘 要：切削加工技術在社會發展的過程中有了非常明顯的改進和完善，同時各種新型的切削技術也在加工中得到了非常廣泛的應用，也正是因為這些技術的應用，機床設備的積極作用才能得到全面的展現。本文主要分析了提高超硬刀具材料線切割加工效率的途徑，以供參考和借鑒。

關鍵詞：超硬刀具材料；切割加工；效率

中圖分類號：TG714 文獻標識碼：A

最近幾年，在零件加工行業出現了各種各樣的新型刀具材料，在這些材料當中，超硬刀具材料有著非常明顯的優勢，其具備非常優秀的切削性能，加工速度也非常快，所以得到了非常廣泛的關注，這種材料在制作刀具的時候被當做是一個非常先進的材料。但是這類刀具因為有其自身的特性使得切削加工的效率受到了一定的影響，這也是我們需要注意的。

1 影響線切割加工效率的因素

1.1 高頻脈沖電源的電參數。放電加工的效率實際上是單個脈沖放電效果的累積，工件的蝕除速度v與單個脈沖的能量、脈沖電源的頻率有如下關系：v=KWfΨ。式中：K為工藝系數；W為單個脈沖的能量；f為脈沖頻率，f=1/T；Ψ為有效脈沖利用率。單個脈沖放電的能量取決于放電電壓、放電電流和放電的持續時間，所以單個脈沖的放電能量為：W=K′ITon。式中：K′為工藝系數；I為脈沖峰值電流，A；Ton為脈沖寬度，Ls。所以，提高電火花加工效率的一個非常重要的方法就是要不斷的也提高脈沖的頻率，拓寬脈沖的實際寬度，不斷的提升放電的電流，采取有效的措施減小脈沖之間的間隔，這樣也就可以很好的提高單位時間內通過的脈沖個數。但是在生產的過程中，一定要充分的考慮到上述因素之間所存在的影響對于整個工藝指標所構成的影響，只有這樣才能更好的保證加工的質量和效率。

1.2 被加工材料的熱力學性質。被加工材料的熱力學性質有很多，比如熔點、導熱率、比熱容等，每一次脈沖在放電的過程中，放電通道的正負極會在很短的時間內就獲得巨大的熱量，這些熱能因為熱力傳導的作用分散在了工作液或者是其他的工作部件，其他的能量會使得電機出現熔融和汽化等過程，同時形成了過熱蒸汽面而拋出，在脈沖的放電量完全相同的條件下，被加工材料的熔點越低，其加工中的障礙也就越多，切割加工的效率也就受到了十分不利的影響，此外，如果材料的導熱率較大，因為產生的熱量會在很短的時間之內就分散到了其他部分，所以切割加工難度也大大增加。

1.3 工作介質的特性。在電火花加工的時候，工作也主要是起到了絕緣、壓縮放電通道以及冷卻的作用，如果電介質具有良好的性能，此外工作液的密度也比較大的情況下就會對放電通道的壓縮起到非常積極的作用。

2 超硬刀具材料的組織結構和物理特性

材料組織結構，超硬刀具材料如果按照制造制造方法可以分成兩種類型，一種是聚晶類，一種是氣相沉積類，PCBN和PCD復合片在制造的過程中主要采用的是粉末冶金的方式，在制作中通常是將人工金剛石抑或是CBN材料粉末采用粘結劑材料進行充分的攪拌，在經過高溫和高壓的煅燒處理之后制成的，金相組織主要呈現出了團塊狀的特征。CVD復合片主要是氣相沉積的方法去完成所有的制造環節，在基體材料當中主要選擇的是金剛石厚膜，它在結構上比較類似于單晶金剛石。材料的熱力學特性。超硬刀具材料的導熱系數高，一般約為鋼材的幾倍到十幾倍，遠比一般刀具材料大，因此放電加工中因熱量傳導而致的能量損失不容忽視。

3 線切割加工效率低的主要原因

當前已經得到了十分廣泛應用的高頻脈沖電源主要是針對普通的加工材料展開設計工作的，它的電參數也就決定了放電脈沖能量會受到非常明顯的限制，對于超硬刀具材料的切割加工而言，因為材料本身就具備非常顯著的特征，對于火花放電的能量和放電的具體形式提出了較為嚴格的要求。其要具備非常豐富的放電能量，所以，現有的高頻脈沖電源加工已經無法滿足超硬刀具切割加工的實際需求，這也是使得切割加工效率一直得不到改善的一個重要的因素。在中段的原因當中，最為關鍵的原因還是高頻電源自身的放電能力已經不能滿足潮涌刀具切割加工的需要，這從加工中，電流數值較小，放電火花出現了暗紅色的現象就可以充分的得到佐證，放電能量不足之所以會出現有可能是因為電源電壓的數值相對較低，還有可能是因為放電電流受到材料特性的影響而出現了非常嚴重的壓降現象，這樣也就使得放電電壓數值過小。因此，采用傳統的線切割機來完成超硬刀具材料的加工是十分困難的，甚至是完全不可能的。

4 提高加工效率的途徑

4.1 提高高頻電源的輸出脈沖電壓幅值。如果可以采取有效的措施不斷的增強高頻電源輸出脈沖的電壓幅值，在加工的過程中就能夠對放電電流加以控制，從而減少電壓損失，保證放電間隙的放電電壓數值，在實際的處理中，功率電子器件的性能與質量也可能會對刀具的性能構成非常明顯的影響。

4.2 減小高頻電源的內阻，采用脈沖前沿陡峭的波形。采用這種方式可以十分有效的減少在超硬材料上所產生的熱損失。陡峭脈沖前沿可以使得電機穿過程中所產生的爆破力大大的提升，從而也就使得電蝕物清除更加徹底，這對加工精度的控制也有著十分積極的作用。

4.3 采用較大的脈沖寬度和較小的脈沖間隔。如果脈沖的寬度不斷的增加，就可以使得放電的電流不斷的升高，這樣也就使得單位脈沖的能量大大增加，超硬刀具材料自身的厚度并不是很大，這一特性使得加工時工作介質的循環十分便利，減少了電蝕現象所產生的不利影響，此外也能改善其運行的質量。

4.4 選用介電系數較高的工作介質。這種方式可以使得脈沖提高之后材料的絕緣性明顯提升，此外也能使輸出能量密度大大提升，改善的實際質量和效果，這樣也就使得加工的效率和質量都得到顯著的提升。另外，還需要在電極絲可以承受的工作電流條件下開展試驗工作，對不同的工藝參數進行適當的調整，電參數對線切割加工的效果和質量會產生十分明顯的影響，因此我們需要探究最佳的工藝參數。

結語

在使用超硬刀具材料進行切線加工的時候，很多因素都會對加工的效率產生十分重大的影響，因此，我們需要對其影響因素進行全面的分析，之后采取有針對性的措施對切割加工的效率加以提升，只有這樣，才能更好的保證加工的效果。

參考文獻

[1]蔣林森.超硬刀具在現代加工技術中的地位和作用[J].超硬材料工程，2005（02）.