數控電火花線切割加工的工藝分析及處理

摘 要:通過對數控電火花線切割加工的工藝分析，提出一些相應的工藝處理措施，從而在實際生產過程中可使生產效率和零件表面加工質量得到較大幅度的提高。

關鍵詞:數控電花線切割加工工藝分析工藝處理

中圖分類號:TG661文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(c)-0056-02

1 引言

電火花加工(Electrical Discharge Machining，EDM)屬于特種加工的方法之一，該項技術的研究始于20世紀50年代并逐步應用于生產。它是在加工過程中，使工具電極與工件電極之間不斷的產生脈沖性火花放電，從靠放電時產生的局部、瞬時的高溫去除工件上的多余的材料來進行放電加工，因在此放電過程中可見到電火花，故稱為電火花加工。[1]隨著電火花加工技術的發展，在成型加工方面逐漸形成電火花成型加工和電火花線切割加工兩種主要的加工方式。數控電火花線切割加工(Wire Cut EDM，簡稱WEDM)也叫數控線切割加工，它是在電火花成型加工基礎上發展起來的一種新的工藝形式，因其由數控裝置控制機床的運動，并采用線狀電極(銅絲或鉬絲)靠火花放電對工件進行切割，故稱之為電火花線切割加工，簡稱線切割加工。電火花線切割加工自誕生以來，獲得了極其快速的發展，已逐步成為一種高精度高自動化的加工方法。它在模具制造、成型刀具加工、難加工材料及精密復雜零件的加工等方面獲得了廣泛的應用。[2]

2 電火花線切割加工原理簡介

電火花線切割加工的原理是利用移動的金屬絲(銅絲或鉬絲等)作為工具電極(接電源負極)對導電或半導電材料工件(接電源正極)進行脈沖性火花放電，從而進行所需尺寸的加工。

電火花線切割時電極絲接脈沖電源的負極，工件接脈沖電源的正極。在正負極之間加上脈沖電源，當來一個電脈沖時，在電極絲和工件之間產生一次火花放電，在放電通道的中心溫度瞬時可高達10000°C以上，高溫使工件金屬熔化，甚至有少量汽化，高溫也使電極絲和工件之間的工作液部分產生汽化，這些氣化后的工作液和金屬蒸汽瞬間迅速熱膨脹，并具有爆炸的特性。這種熱膨脹和局部微爆炸，將熔化和汽化了的金屬材料拋出而實現對工件材料進行電蝕切割加工。下圖是數控線切割加工的原理圖。[3]

如圖1所示。

3 電火花線切割加工的工藝分析

電火花線切割加工是實現工件尺寸加工的一種技術。在一定的設備條件下，合理制定加工工藝路線是保證工件加工質量的重要環節之一。數控電火花線切割加工，一般作為工件加工的最后一道工序，要使工件達到圖樣要求的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度等應合理控制線切割加工的各種工藝參數，同時安排好零件的工藝路線及加工前的準備工作。

(1)零件圖的工藝分析

分析圖樣是對保證工件加工質量和工件的綜合技術指標有決定性意義的第一步。對工件圖紙進行分析主要包括分析零件的凸角和尖角是否符合線切割加工的工藝條件，零件的加工精度、表面粗糙度是否在線切割加工所能達到的經濟精度范圍內。

(a)凸角和尖角的確定

線切割加工時，假設線電極直徑為d，放電間隙為δ，線電極中心的運動軌跡與加工面相距l，即:l＝d/2＋δ，因此，在加工凸模類零件時，線電極中心軌跡應放大，以補償放電間隙和電極絲半徑。而加工凹模零件時，線電極中心軌跡應縮小，進行間隙補償，以保證加工尺寸要求。

實際切割時，零件凹角處不能獲得“清角”，而是圓角。因此，對于一些復雜的精密沖裁模，在凸、凹模設計圖樣上應注明拐角處的過渡圓角半徑R，同一副模具的凸、凹模中，R要符合下列條件，即凹模圓角半徑R1≥l＝d/2＋δ，尖角圓角半徑R2=R1-△(△為凸、凹模配合間隙)。

(b)表面粗糙度及加工精度分析

電火花線切割加工表面和機加工表面的形成方式是不一樣的，其主要區別在于:線切割加工表面是由無數個無方向性的小坑和硬凸邊所組成，特別適合于保存潤滑油;而機加工表面則存在著具有方向性的的刀痕。因此，在相同的表面粗糙度值情況下，線切割加工表面的潤滑性能和耐磨性能均比機械加工的好。

合理的確定線切割表面粗糙度的值是很重要的。因為表面粗糙度的值的大小對線切割速度的影響很大，表面粗糙度的值降低一個檔次，將會使線切割速度大幅度下降。此外，線切割所能達到的表面粗糙度值是有限的，一般情況下，線切割加工的表面粗糙度為2.5～0.63μm，若要求優于0.32μm則是比較困難的。因此，若不是特殊需要，零件圖上標注的表面粗糙度值盡可能不要太小，否則會對生產率產生很大的影響。

同樣，零件的加工精度與數控機床的加工精度所能達到的范圍有關。一般情況下，快速走絲的可控精度可達到0.01～0.02mm左右，而低速走絲可達到0.005～0.01mm左右。因此在加工時應根據加工精度要求確定合理的線切割加工的有關工藝參數(如:電參數、切割速度、走絲速度、工作液等)。

(2)線電極的材料與直徑的選擇

目前，電極絲材料有很多種類型，主要有純銅絲、黃銅絲、專用黃銅絲、鉬絲、鎢絲、各種合金絲及鍍層金屬線等。一般情況下，快速走絲機床常用鉬絲做線電極，慢速走絲機床則用各種銅絲、鐵絲、專用合金絲以及鍍層的電極絲。

電極絲的直徑應根據工件的切縫寬窄、工件厚度及拐角圓弧尺寸大小等方面選擇。一般情況下，對于拐角圓弧半徑較小的零件要求電極絲直徑d≤2(R-δ)(δ為放電間隙)。對于精度要求高的零件，可采用微細線切割加工，即選擇直徑細的電極絲。若線徑太細，還應考慮到加工工件的影響。

(3)穿絲孔的確定

穿絲孔的直徑大小要適宜，一般不宜太小，若太小不僅會使鉆孔難度增加，而且不便于穿絲。而若穿絲孔的直徑太大，則會增加鉗工的工作難度。一般情況下，穿絲孔的直徑取值為3～10mm。

穿絲孔既是零件與電極絲間相對運動的起點，又是線切割程序執行的起點，所以，它一般選則在零件的基準點處。

對于凸模類零件，穿絲孔通常選在坯件內部外形附近;而對于凹模類零件，一般選在待切割型腔(孔)內部。

(4)切割路線的確定

在線切割工藝中，切割起始點和切割路線的確定是否合理，將影響工件變形的大小，從而影響加工精度。一般情況下，最好將工件與夾持部分分割的線段安排在切割路線的末端。對于精度要求高的零件，最好將切割起點取在坯件預制的穿絲孔中，以使工件的變形最小。另外，在切割孔類零件時，為減小變形，還可以采取二次切割法，即第一次粗加工切割型孔，各邊留余量0.1～0.5mm，以補償切割后由于內應力分布而產生的變形;第二次切割為精加工切割型孔，以減少變形，提高加工精度。對于一些形狀復雜、壁厚、截面變化大的零件，宜采用多次切割法。

(5)交接處突尖的去除方法

由于線電極的直徑和放電間隙的關系，在工件表面交接處會出現一個高出加工表面的高線條，通常稱之為突尖。突尖的大小主要取決于電極絲的直徑和放電間隙，在快走絲的加工中，用細的電極絲加工，突尖一般很小，而在慢走絲加工中就比較大，需將其去除。去除方法有利用拐角法、切縫中插金屬板及多次切割等方法。

(6)程序編制與校驗

運用3B程序格式對零件進行程序編制，編好程序后，在投入生產前要對所寫的數控程序進行仔細地檢查與校對，以驗證其正確性與可行性，然后再進行正式投產。

參考文獻

[1]田萍.數控機床加工工藝及設備[M].北京:電子工業出版社，2005.

[2]華茂發.數控機床加工工藝[M].北京:機械工業出版社，2006.

[3]http://info.mt.hl360.com/2007/09/10094933233.shtml.