低速走丝电火花线切割加工工艺优化方法

低速走丝电火花线切割加工机床主要用于高精度（加工精度≤±0.005mm）、高表面质量（表面粗糙度值Ra≤0.4μm）的精密模具或零件的加工，如精密集成电路引线框架IC模具、多工位级进模具、精密冷冲模具和跳步模具等。就低速走丝电火花线切割机床的自动化程度、加工精度及放电原理而言，它可实现的加工及其工艺特点见表3.7-13。

表3.7-13 低速走丝线切割机床可实现的加工及其工艺特点

为便于描述、说明和介绍低速走丝电火花线切割加工工艺的内容，首先对常用的专用术语及含义进行简单说明，在绪论“电火花加工常用术语和符号”中，对低速走丝线切割、多次切割、锥度切割、直壁切割、加工轮廓、加工轨迹、偏移量、镜像加工、主程序面的概念进行了介绍，表3.7-14列出低速走丝电火花线切割加工涉及的几个概念。

表3.7-14 低速走丝线切割机加工涉及的概念

3.7.2.1 低速走丝电火花线切割加工工艺步骤

表3.7-15给出了低速走丝电火花线切割加工工艺步骤。

表3.7-15 低速走丝电火花线切割机加工工艺步骤

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3.7.2.2 加工前的准备工作

表3.7-16给出了低速走丝电火花线切割加工前应完成的准备工作。

表3.7-16 低速走丝电火花线切割加工前的准备工作

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3.7.2.3 多工位级进模具的加工工艺方法

多工位级进模具是先进的模具，低速走丝线切割在多工位级进模具制造中得到了广泛的应用。

低速走丝电火花线切割主要用于完成级进模具的重要工作部位，如凹模镶块、凹模板、卸料板，凸模、凸模固定板等的加工，满足模具的工作功能和高定位的需要。在进行多工位级进模具的线切割加工时，要正确系统地分析每一需要切割的图形元素的性质、作用，正确判断型腔是用于冲孔、落料、过孔，还是镶块孔。根据图形元素的性质和作用确定每一个型腔轮廓的加工次数、是否带有斜度以及与图样公称尺寸的间隙等加工工艺信息，如冲孔以凸模作为基本图元，将冲裁间隙放在凹模型腔上；落料时以凹模作为基本图元，将冲裁间隙放在凸模上；凸凹模之间的间隙根据材料厚度的不同进行调整，一般情况下，双面间隙=（5%～10%）t（被冲压材料的料厚）。确定基本图元后便可以编制程序了。所有需要加工的零件，如卸料板、凸模、凹模、凸模固定板等，都在遵循确立基本图元的基础上进行操作。

1.加工程序的编制方法

加工级进模具，程序编制工作至关重要，它将决定最终加工的成败。程序编制的大致步骤见表3.7-17。

表3.7-17 多工位级进模具切割程序的编制步骤

程序编制均要经历上述过程，但不同的零件具有各自不同的特点，要结合工件的加工工艺再作具体的分析。

2.凸模加工工艺

凸模加工工艺分为三种情况：一般凸模的加工工艺、无接痕凸模切割加工工艺和易变形凸模的加工工艺，具体加工方法见表3.7-18。

表3.7-18 凸模加工工艺方法

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3.凹模镶块的加工工艺

在编制凹模加工程序时，冲裁模以凸模为基准，凹模放间隙；落料模以凹模为基准，凸模放间隙。下面以冲裁模为例来说明。凹模零件如图3.7-7所示，在凹模镶块中共需加工10个相同的型腔。

1）用凸模为图元元素作基本图元，选择穿丝点及轮廓起始点。

2）确定穿丝孔的位置，编制子程序t1。其中，穿丝孔相对于该子程序的位置及穿丝孔在整个工件坐标系中的位置必须保持一致，否则无法使得加工10个相同型腔共同调用一个子程序t1。如t1按照a腔的形状编制子程序，则b、c、d、e直接调用即可，f、g、h、i、j型腔则需在调用t1子程序时，旋转180°。

3）确定轮廓起始点及电极丝运动的轨迹方向，如采用图3.7-8所示的逆时针走丝加工，按照前面所讲的编程方法，编制出NC代码，输入低速走丝机床进行加工。

图3.7-7 凹模镶块示意图

图3.7-8 电极丝运动方向

为使冲裁模在冲压产品时落料方便，凹模大多带有锥度，所以对凹模的线切割加工多为锥度加工。一般定义编程使用的尺寸平面为主程序面，但加工时为了拾取料芯方便，常采取镜像装夹，如图3.7-9所示。因锥度切割时，数控系统计算轨迹需要在Z轴方向确定统一的基准，该统一基准可以是工作台平面，或机床设置的某一平面。凹模一般沿厚度方向的锥度是不同的，如图平面1→平面2、平面2→平面3之间的锥度是不同的，当切割平面2、3之间的锥度时，平面2成为主程序面。主程序面距基准平面的高度非常重要，它直接决定了最终加工尺寸的精度及凹模刃口的高低。

图3.7-9 凹模示意图

a）凹模工作状态 b）凹模切割加工状态

3.7.2.4 几种特殊情况常用的处理方法

表3.7-19给出了几种特殊情况常用的处理方法。

表3.7-19 几种特殊情况常用的处理方法

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3.7.2.5 无芯切割的工艺方法

1.无芯切割的用途及特点

在许多精密模具的加工中，经常会遇到小型腔的切割问题。在低速走丝切割过程中，由于料芯较细小，极易掉到下喷嘴中，无法拾取。并且在切割时料芯易变形，造成短路，为后续的修整切割造成很大困难，有时只得拆下工件清理废料，致使工件的精度下降，严重时导致工件的报废。所以，在切割集成电路引线框架模具、手表机芯模具等细小型腔时，经常采用无芯切割的方法来解决这个问题。无芯切割的最大的特点是在切割时不产生料芯，在轮廓加工时可不设暂停点，如图3.7-10所示。无芯切割时电极丝为无偏移量，其轨迹为电极丝中心的运动轨迹。

2.无芯切割程序编制方法

1）绘制轮廓。

图3.7-10 无芯切割

2）输入穿丝孔直径及切割电极丝直径。

3）设定每次熔化百分率。每次熔化百分率，一般设定为50%；残余量，即在轮廓上均匀留下切割余量，一般设定为电极丝直径的80%。计算机根据电极丝直径、穿丝孔直径自动计算生成轨迹，将自动计算生成的轨迹作为子程序保存（假设命名为poc1）。

4）编制切割轮廓子程序。主切割时只切割残余量，无须添加暂停点，修整切割与其他型腔加工相同（假设命名为cut）。

5）编制主程序。首先调用poc1子程序，特别注意此时不能加入有关偏移量的任何指令信息，然后按常规切割方法调用cut子程序。

无芯切割被广泛应用于电子、手表等模具生产中，极大地降低了切割的废品率。

3.7.2.6 锥度切割的加工工艺方法

利用低速走丝线切割机床的四轴联动功能进行锥度切割时，主要涉及上、下面轮廓的几何参数和工件高度尺寸两个重要参数。

1.锥度切割的形式

常用的锥度切割形式有两种：一种为标准圆角切割，另一种为上、下异型切割。

（1）标准圆角切割 它是在整个轮廓上按固定的锥角进行切割的一种方式。在进行标准圆角锥度切割时，在圆角处X、Y、U、V四轴均匀运动，生成的轮廓面为标准圆角。其上、下轮廓圆角半径不同，如以下轮廓为程序设计面，正斜度加工，则上轮廓内圆角变大，外圆角变小。标准圆角的切割可以按二维图形的方式进行程序设计，仅输入切割角度即可进行切割。一般切割凹模时，普遍采用的是标准圆角切割，如图3.7-11a所示。

（2）上、下异形切割 它是指X、Y、U、V四轴不均匀运动时丝所生成轮廓面的一种切割方式。有ISO圆角切割、变斜度切割和上下轮廓相异切割三种方式。

1）ISO圆角切割。它是指锥度切割时，在圆角处上下轮廓面的圆角大小相等的一种切割方式，如图3.7-11b所示。

2）变斜度切割。它是指上、下端面形状不同，但几何元素的数量相同的一种切割方式。经常用于塑料模具的型腔切割。

3）上、下轮廓相异切割。它是指上、下端面轮廓形状不同，尺寸不同，上、下端面轮廓几何元素的数量也不同的一种切割方式。

无论是ISO圆角切割、变斜度切割，还是轮廓相异切割，在四轴联动切割时，其四轴的插补运动存在不均匀的运动方式，因此，统称为上、下异形切割。

图3.7-11 锥度切割的不同圆角方式

a）标准圆角切割 b）ISO圆角切割

2.锥度切割的计算机编程方法

由前所述，标准圆角切割是按二维图形的方式编制程序的，上下异型切割则需按三维图形的方式编制程序。目前，用于编制锥度切割程序的软件很多，其原理大同小异，编制方法如下：

1）定义下端面的轮廓轨迹。它包括定义轮廓的起始位置；设定轨迹的运动方向，逆时针或顺时针切割；设定特殊标志点；生成下轮廓图，并作为子程序保存。

2）定义上端面的轮廓轨迹。定义与轮廓相应对的轮廓起始点位置；设定轨迹方向，如下端面轮廓为逆时针切割，则上端成轮廓必须同样为逆时针切割；分析并设定特殊标志点；生成上轮廓图作为程序保存。

3）编制轮廓面程序。在计算机中输入工件高度、起始点位置，软件会计算出每一相应图形元素所对应的上、下轮廓位置，由于有工件高度的限定，计算机会计算出X、Y、U、V之间四轴联动的插补关系，按照插补关系可生成轮廓面作为子程序保存。

4）编制主程序。将工艺参数、穿丝点位置、编移量数值等加工工艺信息编制在程序之中，在下轮廓的起始点上调用轮廓面子程序，即可生成NC代码输入机床数控系统用于加工。

5）切割。在切割过程中，尽量不进行镜像、旋转等操作，下端面与数控系统的主程序面相一致。

3.锥度切割加工实例分析

（1）变斜度切割 图3.7-12所示为加工零件的示意图。下轮廓的主要图形元素，从p1开始（设为逆时针切割），经过L1、C1、L2、L2-1、L2-2、C2、L3、C3、L4、C4、L5、L5-1（P20到P21之间）、L5-2、L5-3、L5-4、C5、L6、C6、L1共有19个图元；上轮廓主要图形元素同样为19个元素。其中p4、p5、p20、p21、p22、p24等为特殊通过图形，在这些点均有斜度变化等不同特征。

（2）上下轮廓相异切割 典型实例为“天圆地方”的切割，上轮廓为圆形，图元为1个；下轮廓为四方形，共有8个图元（4个直线4个圆弧）。

图3.7-12 塑料壳体模具的变斜度切割

3.7.2.7 双丝切割的加工工艺方法

双丝切割机床是国外最新推出的一种低速走丝电火花线切割机床，主切割加工时采用较大直径的电极丝，精修加工采用细电极丝，特别适合于带极小圆角半径的型腔加工。

如切割圆角半径为0.04mm的细小型腔时，可先采用粗电极丝、无芯切割去除料芯部分，圆角部分留余量0.05mm，然后自动交换成ϕ0.03mm的细电极丝进行修整切割，以达到最终加工精度的要求，这样可以极大地提高生产效率，降低生产成本。

图3.7-13 开开加工图形

3.7.2.8 开开形状的加工方法

一般用于切割的工件都是一个封闭的图形，而开开加工指的是切割轨迹为不封闭的图形，如图3.7-13所示。该图形的起割点与切出点不在同一个位置。

开开形状的加工电极丝起切点的位置非常重要，电极丝的轨迹偏移方向要根据切割方向来确定。图3.7-13所示的开开加工的工件，如果使用从左至右加工，工件在左侧（剖面线部分），废料在右侧（空缺部分），那么电极丝的偏移则为右向偏移。也就是说，电极丝的切割位置一定是要在废料的那一侧，才能保证工件的正确尺寸。在开开形状的加工过程中，第一条线段（切入线）与最后一条线段（切出线）的路径和形状是不同的，一般情况下切割引入线为斜线，切出线可以是直线。

3.7.2.9 冲压模的加工方法

冲压模一般包括冲裁模、压弯模、引伸模和挤压模等。目前冲裁模的冲孔模、落料模、切边模、切断模、剖切模、切口模和整修模等基本上都是用电火花线切割加工，特别是级进模（或称跳步模）和落料冲孔复合模等，在模具上有重复位置精度要求的，均采用电火花线切割加工，如图3.7-14所示。

由于低速走丝线切割放电加工的特点，工件与电极丝之间始终存在着一定的放电间隙。因此，切割加工时，工件的理论轮廓与电极丝的实际轨迹应保持一定的距离，即电极丝的中心轨迹与工件轮廓的垂直距离，称为偏移量f₀（或称为补偿值）。

图3.7-14 冲压模

f₀=R（丝）+δ（电） （3.7-3）

式中，R（丝）是电极丝半径；δ（电）是单边放电间隙。

线切割加工冲压模的凸、凹模，应综合考虑电极丝的半径R（丝）和单边放电间隙δ（电），以及凸、凹模之间的单边配合间隙δ（配），以确定合理的间隙补偿值f₀。例如，加工冲孔模（即要求保证工件的冲孔尺寸），以冲孔的凸模为基准，故凸模的间隙补偿值为标准偏移量f（凸）=R（丝）+δ（电），凹模间隙补偿值f（凹）=R（丝）+δ（电）-δ（配）。而加工落料模（即要求保证冲下的工件尺寸），以落料的凹模为基准，凹模的间隙补偿值为标准偏移量f（凹）=R（丝）+δ（电），凸模的间隙补偿值f（凸）=R（丝）+δ（电）-δ（配）。单次切割时的偏移量大小将直接影响线切割的加工精度和表面质量。若偏移量过大，则间隙太大，放电不稳定，影响尺寸精度；若偏移量过小，则间隙太小，会影响修切余量。修切加工时的电参数将依次减弱，非电参数也应作相应的调整，以提高加工质量。