數控電火花線切割加工工藝

戰忠秋， 韓寶衛， 李軍

（天津現代職業技術學院，天津 300350）

0 引言

數控電火花線切割因效率高、工藝指標高［1］（工件的外形精度、位置精度和表面粗糙度）、加工范圍廣而被廣泛應用，因此，對線切割加工過程的工藝分析很有必要，適合于線切割的工件類型主要有各種形狀孔及鍵槽、齒輪內外齒形、窄長沖模和各種平面圖案。

1 加工工藝分析

1.1 圖樣的工藝分析

線切割工件圖樣的工藝分析相對普通機加工 (車、銑、磨等)工件圖樣的工藝分析較為簡單［2］，主要分析線切割的工藝條件能否加工工件的拐點（凹凸角），分析能否用線切割加工的經濟精度范圍滿足工件的尺寸要求（工件形狀精度、位置精度和表面粗糙度）。

1）拐點（凹凸角）尺寸分析：a.電極線切割軌跡與被加工面距離L=d/2+δ電極線軌跡。b.工件凹角半徑R1≥d/2+δ，工件凸角半徑R2=Rl-Z/2。

2）加工精度分析。工件定位與裝夾及引入、偏移量、切割起始點、切割軌跡、超切、超出、回退程序、取件位置等線切割過程中的因素都決定了電火花線切割加工精度［3］。降低線切割面的線性度，使加工面均勻平滑、垂直度小，可有效提高工件的外形精度。工件的位置精度主要取決于機床的機械精度、控制精度（編程、伺服、插補）以及加工過程中的定位方式。工件表面粗糙度取決于加工設備的選取［4］，快走絲加工，工件表面粗糙度值可控制在Ra0.63~2.5 μm之間，慢走絲加工時，工件表面粗糙度值可控制在 Ra0.5～0.8 μm 之間。

1.2 電極絲的選擇

電極絲作為特殊的加工工具，除需具備高強度、高熔點、低電阻率外，還應具備良好的導電性和抗電蝕性［5］。常用電極絲材料有鎢絲、鉑絲、包芯絲黃銅絲和石墨。鉬絲常用于快走絲機床，鎢絲雖強度高但因成本原因較少用在快走絲機床；鐵絲、銅絲、專用合金絲及鍍層電極絲則較多用于慢走絲機床，如表1所示。

表1 常用電極絲

電極絲直徑的確定要結合切縫寬度、拐角尺寸和工件厚度等因素，在特殊的微細加工須用直徑細的電極絲，常用的電極絲及其特點如表1所示。由于工件中存在切縫和拐角，電極絲直徑的選擇與工件厚度相互矛盾，根據加工經驗，表2列舉出了電極絲直徑、拐角R和工件厚度之間的對應關系。

表2 電極絲直徑、工件拐角R、厚度極限之間關系

1.3 穿絲孔確認

作為切割工件和程序執行的起始點，穿絲孔徑常開在工件的基準點，孔徑一般為 3~10 mm，對于不同類型的工件，孔的位置可分為兩類：

1）凹模、孔類工件。為減少加工起始時的切割距離，簡化編程，穿絲孔與型孔邊緣距離控制在2~5 mm為宜，具體位置如圖1所示。

2）凸模、軸類工件。為避免加工過中工件過大形變，穿絲孔與毛坯外沿距離要不小于5 mm，具體位置如圖2所示。

圖1 凹模、孔類工件

圖2 凸模、軸類工件

1.4 加工參數選擇

根據工件厚度合理設置脈沖電源加工參數（加工電流、脈沖寬度、脈沖間隔及功率輸出），可有效改善工件的工藝指標（精確度、表面粗糙度、加工效率和穩定性），如表3所示。

表3 參數選擇

由表3可知：脈沖寬度與加工效率成正比，與加工面粗糙度成反比，脈沖間隙大，加工電流能量小，適合加工較厚工件，輸出功率大可獲得較高的加工電流。

1.5 工作液選取原則

線切割加工工藝不同需要的工作液不同，工件厚度和工件表面粗糙度要求一定程度上也決定了工作液的選取。一般情況下，去離子水、煤油常用于慢絲加工，乳化液常用于快絲加工。工作液的選取一般需遵循以下5個原則：1）合適的絕緣性。絕緣性高，則擊穿介質能耗大，蝕除量減少；絕緣性低，則工作液導電能力過強，無火花放電。2）冷卻性好。電極放電瞬時，線切割局部溫度過高，應充分冷卻線切割部位，及時釋放過多的熱量，避免過熱現象。3）洗滌性強。可及時排出切屑。4）防銹性好。可避免工件在加工過程中銹蝕，也有益于機床保養與維護。5）加工全程對操作人員無毒害。

配比不同的同一類工作液，加工的工件效果也不同。如慢絲線加工中，對工藝要求不同的工件，工作液選取不同配比的離子水（主要是導電率不同）以滿足不同的工藝。

2 斷絲問題及原因分析

斷絲現象在線切割加工中較為常見，工件材料不同、電極絲損耗、張緊力大小、導絲機構、工作液優劣、加工過程穩定性及加工參數設置合理性都可能導致斷絲現象的產生［6］。

1）與工件有關的斷絲：a.工件熱處理致使材料內部產生內應力，加工過程內應力釋放，導致電極絲斷絲。b.在切割軌跡終點，廢料由于重力原因，脫落時夾住電極絲而導致斷絲。c.工件不導電引起的斷絲。可能存在于鑄造坯料內部的氣孔、沙眼、不導電雜質以及坯料外部不導電物（油漆、塑料薄膜等），加工中易拉斷電極絲。

2）與工作液有關的斷絲：a.工作液配比不當引起斷絲。b.工作液供給量不足引起斷絲，工作液流速是否合理、回流通道是否通暢影響工作液的供給量，直接影響工件的冷卻效果，工作液不足，易引起電極絲被燒斷。

3）與走絲機構有關的斷絲：a.導電塊與電極絲加工中長時間接觸磨損，易產生溝槽夾斷電極絲。b.導輪穩定性不足影響電極絲工作的穩定性進而引起斷絲。c.張緊機構不合理造成電極絲張緊力過大導致斷絲。d.儲絲筒軸向、徑向不穩定性，以及電極絲纏繞不當易導致斷絲；

4）與程序有關的斷絲：a.電極絲切割軌跡設置不當易導致斷絲。b.二次切割時電極絲在上次斷絲縫隙處易放電不均，致使電極絲損害較大而導致再次斷絲。

5）與切割工藝參數有關的斷絲：a.工藝參數設置不當易加快電極絲的磨損導致斷絲，應根據具體工件的材料、尺寸選取、優化加工參數。b.加工厚度較大或薄壁類工件時，切割速度較大易導致短路、拉弧，使切割溫度過高燒斷電極絲。

3 結論

分析了線切割在實際加工過程中工藝要求、操作原則和注意事項，并對線切割過程中各部分易出現的斷絲問題進行了分類，詳細分析了導致斷絲的原因，對線切割加工工藝的設置具有一定的參考意義。

［1］ 梁天宇.型芯零件的電火花線切割加工工藝分析［J］.模具制造，2014（4）：74-77.

［2］ 陳志，李賀，張臻，等.基于灰色預測模型電火花線切割工藝參數優化［J］.機床與液壓.2014（23）：5-8.

［3］ 彭麗，白金平，程明，等.電火花線切割工作液的研究現狀［J］.電加工與模具，2014（6）：59-62，66.

［4］ 李一華，黃艷松，馬永清，等.提高快走絲線切割加工表面質量的工藝研究［J］.機械工程師，2013（11）：189-191.

［5］ 王建平，宋乃堅.數控電火花線切割加工工藝研究［J］.新技術新工藝，2006（1）：59-61.

［6］ 李亮.數控電火花線切割加工工藝解析［J］.高校實驗室工作研究，2014（1）：39-40.