數控線切割加工中工件表面質量的改善

賀柳操

（湖南機電職業技術學院，湖南 長沙 410151）

數控電火花線切割加工（Wi r eC u t E D M，簡稱WE D M）也稱數控線切割加工，它是在電火花成型加工的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，采用線狀電極（銅絲或鉬絲）靠火花放電對工件進行切割，故稱為電火花線切割加工，簡稱線切割加工。

電火花線切割機床根據電極絲的運行速度不同通常可分為兩大類:一類是高速走絲電火花線切割機床（WE D M-H S），這類機床的電極絲作高速往復運動，一般走絲速度為（8～12）m/s，這是我國生產和使用的主要機種，也是我國獨創的電火花線切割加工模式；另一類是低速走絲電火花線切割機床（WE D M-L S），這類機床的電極絲作低速單向運動，一般走絲速度為0.2m/s，這是國外生產和使用的主要機種，目前在國內尚未普及。而我國獨創的高速走絲線切割機床它結構簡單，機床成本和使用成本低，易加工大厚度工件，自20世紀50年代末誕生以來，獲得了極其迅速的發展，已逐步成為一種高精度和高自動化的加工機床。在模具制造、成型刀具加工、難加工材料和精密復雜零件的加工等方面獲得了廣泛應用。

由于高速絲線切割機床是采取電極絲高速往復運動的方式，電極絲的損耗均勻地分布在近200 m（貯絲筒上的貯絲量）電極絲上。雖然電極絲的損耗極小，但電火花線切割機工作時影響其加工工件表面質量的因素很多，更需要對其有關加工工藝參數進行合理選配，才能保證所加工工件表面質量。

對線切割加工質量有直接影響的因素主要涉及人員、設備、材料等方面。為了改善加工工件表面質量，可以從影響最大的人為因素、機床因素和材料因素等三方面來考慮對加工質量的控制方式和改進方法。筆者在教學、科研和生產實踐中對影響線切割加工工件表面質量的相關因素做了一些探索和研究，積累了少許改善加工工件表面質量行之有效的工作經驗，介紹如下。

1 影響線切割加工質量的人為因素

人為因素的控制與改善主要包括加工工藝的確定和加工方法的選擇，這可以通過以下幾點來實現：

（1）合理安排切割起始點和切割路線。該措施的指導思想是盡量避免破壞工件材料原有的內部應力平衡，防止工件材料在加工過程中因在夾具等工具的作用下，由于加工起始點和加工路線安排不合理而使工件產生顯著變形，致使加工表面質量下降。例如：工件與其夾持部分的分離應安排在最后，保證工件在加工中剛性。如圖1所示，是由外向內順序的加工路線，通常在加工凸模零件時采用。其中a所示的切割路線是錯誤的，因為當加工完第一邊繼續往前加工時，原來主要連接的部位被割離，余下材料與夾持部分的連接較少，工件的剛度大為降低，容易產生變形而影響加工精度，甚至于造成工件報廢；如按圖b所示的路線加工可減少由于材料割離后殘余應力重新分布而引起的變形。所以一般情況下，最好將工件與其夾持部分分割的線段安排在加工路線的末端。對于精度要求較高的零件，最好采用如圖c所示的方案，電極絲不由坯件外部切入，而是將切割起點取在坯件預制的穿絲孔中，這種方案可使工件的變形最小。

圖1 切割起始點和切割路線的安排

（2）正確選擇電極絲切入的位置。為了避免材料內部組織及內應力對加工精度的影響，還必須合理選擇加工的走向和起點。如圖2所示，如加工引入點為B，起點為d，這時無論哪種走向，其切割精度都會受到材料變形的影響。另外加工的起點（一般也是終點）選擇不當，會使工件加工表面上殘留切痕，尤其是當起（終）點選在圓滑表面上時，其殘痕更為明顯，所以應盡可能把起（終）點選在加工表面的拐角處或是選在精度要求不高的表面上，或選在容易修整的表面上。

（3）二次切割法。切割孔類零件時，為了減少變形，還可采用二次切割法。如圖3所示，第一次粗加工孔，各邊留余量0.1～0.5 m m，以補償材料被加工后由于內應力重新分布而產生的變形，第二次加工為精加工，這樣可以得到比較滿意的效果。

圖2 切割走向及起點對加工精度的影響

圖3 二次切割孔類零件

（4）正確選擇加工參數。加工參數的選擇總體原則是工件越厚，所需電壓、電流、脈沖寬度、脈沖間隔應越大，反之，則越小。同時為了保證加工工件的精度和表面質量，可以適當調高線切割機電極絲的張力。對于參數的具體選擇雖然制造線切割機床的廠家提供了適應不同切割條件的相關加工參數，但由于工件的材料、所需要的加工精度以及其他因素的影響，因此在使用時不能完全照搬，而應以這些加工參數為基礎，根據實際需要作相應的調整。

（5）采用近距離加工。為了使工件達到高精度和高表面質量，根據工件厚度及時調整絲架高度，使上導輪與工件的距離盡量靠近，這樣就可以避免因上導輪離工件較遠而使電極絲振幅過大影響加工工件的表面質量。

（6）注意加工工件的固定。當工件即將加工完畢時，其與母體材料的連接強度勢必下降，此時要防止切削液的沖擊使工件發生偏斜。因為一旦發生偏斜，就會改變切割間隙，輕者影響工件表面質量，重者使工件加工報廢，所以要想辦法固定好被工件。一般可采用磁鐵吸附已加工部位，或用專業夾具夾持住工件。

（7）其它。不能沿工件端面加工，因為電極絲單向受電火花沖擊，使電極絲運行不穩定，難以保證尺寸和表面精度；加工路線距端面應大于5 m m，以保證工件結構強度。一次裝夾在一塊材料上加工兩個以上的零件時，應從不同的穿絲孔開始加工，盡量避免連續一次加工，但在零件精度要求不高或是純粹下料時可用此方式加工，可減少穿電極絲次數。

3 影響線切割加工質量的機床因素

高速走絲電火花線切割機屬于高精度機床，機床的維護保養非常重要。因為加工工件的高精度和高質量是直接建立在機床的高精度基礎上的，因此在每次加工之前必須檢查機床的工作狀態，才能為獲得高質量的加工工件提供條件。需注意的環節和應采取的措施如下：

（1）電極絲的張力。在加工前，必須檢查電極絲，電極絲的張力對加工工件的表面質量也有很大的影響，加工表面質量要求高的工件，應在不斷絲的前提下盡可能提高電極絲的張力。

（2）工作液的選用。高速走絲線切割機一般采用乳化油與水配制而成的工作液。火花放電必須在具有一定絕緣性能的液體介質中進行，工作液的絕緣性能可使擊穿后的放電通道壓縮，從而局限在較小的通道半徑內火花放電，形成瞬時和局部高溫來熔化并氣化金屬，放電結束后又迅速恢復放電間隙成為絕緣狀態。絕緣性能太低，則工作液成了導電體，而不能形成火花放電；絕緣性能太高，則放電間隙小，排屑難，切割速度降低。加工前要根據不同的工藝條件選擇不同型號的乳化液（或配制不同濃度的工作液）。再者必須檢查與工作液相關的條件，檢查工作液的液量及贓污程度，保證工作液的絕緣性能、洗滌性能、冷卻性能符合要求。

（3）導電塊。必須檢查導電塊的磨損情況。高速走絲線切割機一般在加工了50～80 h后就須考慮改變導電塊的切割位置或者更換導電塊，有臟污時需用洗滌液清洗。必須注意的是：當變更導電塊的位置或者更換導電塊時，必須重新校正電極絲的垂直度，以保證加工工件的精度和表面質量。

（4）導輪。檢查導輪的轉動情況，若轉動不好則應更換，還必須仔細檢查上、下噴嘴的損傷和臟污程度，用清洗液清除臟物，有損傷時需及時更換。還應經常檢查貯絲筒內絲的情況，絲損耗過大就會影響加工精度及表面質量，需及時更換。此外，導電塊、導輪和上、下噴嘴的不良狀況也會引起電極絲的振動，這時即使加工表面能進行良好的放電，但因電極絲振動，加工表面也很容易產生波峰或條紋，最終引起工件表面粗糙度變差。

（5）電源電壓。保持穩定的電源電壓。電源電壓不穩定會造成電極與工件兩端不穩定，從而引起擊穿放電過程不穩定而影響工件的表面質量。

4 影響線切割加質量的材料因素

為了加工出精度高、表面質量好的產品，必須對所用工件材料進行細致考慮：

（1）工件材料的性質。由于工件材料不同，熔點、氣化點、導熱系數等都不一樣，因而即使按同樣方式加工，所獲得的工件表面質量也不相同，因此必須根據實際需要的表面質量對工件材料作相應的選擇。例如要達到高精度就必須選擇硬質合金類材料，而不應該選不銹鋼或未淬火的高碳鋼等，否則很難達到所需要求。

（2）工件材料的應力。由于工件材料內部殘余應力對加工的影響較大，在對熱處理后的材料進行加工時，由于大面積去除金屬和切斷加工會使材料內部殘余應力的相對平衡受到破壞，從而可能影響零件的加工精度和表面質量。為了避免這些情況，應選擇鍛造性好、淬透性好、熱處理變形小的材料。

（3）加工過程中應將各項參數調到最佳狀態，以減少斷絲現象。受線切割機床加工的特點所致，如果發生斷絲一般都需要回到起始點，重新上絲再次進行加工，使加工工件表面質量和加工精度下降。在加工過程中還應注意傾聽機床發出的聲音，正常加工的聲音應為很光滑的“哧-哧”聲。同時，正常加工時，機床的電流表、電壓表的指針應是振幅很小，處于穩定狀態，此時進給速度均勻而且平穩。

5 結語

影響電火花線切割加工工件表面質量的因素很多，但只要對其進行系統的分析和科學的分類，就可以對這類復雜而且零亂的因素進行控制與調配，從而改善和提高工件表面質量。

[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]楊偉群.數控工藝培訓教材[M].北京:清華大學出版社，2002.

[3]陳洪濤.數控加工工藝與編程[M].北京:高等教育出版社，2003.