数控电火花线切割加工技术基础

1.线切割加工主要工艺指标

（1）切割速度

线切割加工中的切割速度是指在保证一定的表面粗糙度的切割过程中，单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积总和，单位为mm2/min。切割速度是反映加工效率的一项重要指标，通常快走丝线切割加工的切割速度为40～80 mm2/min，慢走丝线切割加工的切割速度最大可为350 mm2/min。

（2）表面粗糙度

线切割加工中的工件表面粗糙度通常用轮廓算术平均偏差Ra 值表示。快走丝线切割的表面粗糙度Ra 一般为1.25～2.5 μm，最佳也只在1 μm 左右。慢走丝线切割的表面粗糙度Ra 一般可达1.25 μm，最佳可达0.2 μm。

（3）加工精度

加工精度是指所加工工件的尺寸精度、形状精度和位置精度的总称。加工精度是一项综合指标，它包括切割轨迹的控制精度、机械传动精度、工件装夹定位精度等，其影响因素有脉冲电源参数的波动、电极丝的直径误差、损耗与抖动、工作液脏污程度的变化、加工操作者的熟练程度等。快走丝线切割的可控加工精度在0.01～0.02 mm，慢走丝线切割加工精度可达0.005～0.002 μm。

（4）电极丝损耗量

对快走丝机床，电极丝损耗量用电极丝在切割10 000 mm2 面积后电极丝直径的减少量来表示。一般切割10 000 mm2 面积后电极丝直径减小量不应大于0.01 mm。对慢走丝机床，由于电极丝是一次性使用的，故电极丝损耗量可以忽略不计。

2.影响线切割加工工艺指标的因素

（1）电参数对工艺指标的影响

1）放电峰值电流Ip。

Ip 是决定单脉冲能量的主要因素之一。Ip 增大时，单个脉冲能量亦大，线切割速度迅速提高，但表面粗糙度变差，电极丝损耗比加大甚至容易断丝。粗加工及切割较厚工件时应取较大的放电峰值电流，精加工时应取较小的放电峰值电流。

Ip 不能无限制增大，当其达到一定临界值后，若再继续增大峰值电流，则加工的稳定性变差，加工速度明显下降，甚至断丝。

2）脉冲宽度Ton。

Ton主要影响切割速度和表面粗糙度Ra 值。在其他条件不变的情况下，Ton增大时，单个脉冲能量增多，切割速度提高，但表面粗糙度变差。这是因为当Ton增大时，单个脉冲放电能量增大，放电痕迹变大。同时，随着脉冲宽度的增加，电极丝损耗也变大。因为脉冲宽度增加，正离子对电极丝的轰击加强，结果使得接负极的电极丝损耗变大。

当Ton增大到一临界值后，线切割加工速度将随脉冲宽度的增大而明显减小。因为当脉冲宽度达到一临界值后，加工稳定性变差，从而影响加工速度。

一般粗加工时取较大的脉宽，精加工时取较小的脉宽，切割厚度较大的工件时取较大的脉宽。

3）脉冲间隔Toff。

Toff直接影响平均电流。Toff减小时平均电流增大，切割速度加快，但Toff过小，放电产物来不及排除，放电间隙来不及充分消除电离，会引起电弧和断丝。当然，也不是说脉冲间隔越大，加工就越稳定。Toff过大会使加工速度明显降低，严重时不能连续进给，加工变得不稳定。一般粗加工及切割厚度较大的工件时脉冲间隔取宽些，而精加工时取窄些。

4）开路电压Vo。(www.xing528.com)

开路电压增大时，放电间隙增大，排屑容易，提高了切割速度和加工稳定性，但易造成电极丝振动，工件表面粗糙度变差，加工精度有所降低。通常精加工时取的开路电压比粗加工时低，切割厚度较大的工件时取较高的开路电压，一般Vo =60～150 V。

（2）非电参数对工艺指标的影响

1）电极丝材料和直径的影响。

目前，电火花线切割加工使用的电极丝材料有钼丝、钨丝、钨钼合金丝、黄铜丝、铜钨丝等。

采用钨丝加工时，可获得较高的加工速度，但放电后丝质易变脆，容易断丝，故应用较少，只在慢走丝弱规准加工中尚有使用。钼丝比钨丝熔点低，抗拉强度低，但韧性好，在频繁的急热急冷变化过程中，丝质不易变脆，不易断丝。

钨钼丝加工效果比前两种都好，它具有钨、钼两者的特性，使用寿命和加工速度都比钼丝高。铜钨丝有较好的加工效果，但抗拉强度差些，价格比较昂贵，来源较少，故应用较少。

采用黄铜丝作电极丝时，加工速度较高，加工稳定性好，但抗拉强度差、损耗大。

电极丝的直径是根据加工要求和工艺条件选取的。在加工要求允许的情况下，可选用直径大些的电极丝。直径大，抗拉强度大，承受电流大，可采用较强的电规准进行加工，能够提高输出的脉冲能量，提高加工速度。同时，电极丝粗，切缝宽，放电产物排除条件好，加工过程稳定，能提高脉冲利用率和加工速度。若电极丝直径过大，则难以加工出内尖角工件，降低了加工精度，同时切缝过宽使材料的蚀除量变大，加工速度也有所降低；若电极丝直径过小，则抗拉强度低，易断丝，而且切缝较窄，放电产物排除条件差，加工经常出现不稳定现象，导致加工速度降低。细电极丝的优点是可以得到较小半径的内尖角，加工精度可以相应提高。

一般快走丝线切割加工中广泛使用钼丝作为电极丝，其直径一般选用φ0.08～0.20 mm；慢走丝线切割加工中广泛使用黄铜丝作为电极丝，其直径一般选用φ0.12～0.30 mm。

2）走丝速度的影响。

走丝速度会影响加工速度。对于快走丝线切割机床，在一定的范围内，随着走丝速度的提高，有利于脉冲结束时放电通道迅速消电离。同时，高速运动的电极丝能把工作液带入厚度较大工件的放电间隙中，有利于排屑和放电加工稳定进行，故在一定加工条件下，随着走丝速度的增大，加工速度提高。快走丝线切割加工时的走丝速度一般以小于10 m/s 为宜。对于慢速走丝线切割加工，因为电极丝张力均匀，振动较小，因而加工稳定性好，表面粗糙度低且加工精度高。

3）变频、进给速度的影响。

预置进给速度的调节，应紧密跟踪工件蚀除速度，如果预置进给速度调得太快，超过工件可能的蚀除速度，会出现频繁的短路现象，切割速度反而低，表面粗糙度也差，上下端面切缝呈焦黄色，甚至可能断丝；反之，进给速度调得太慢，大大落后于工件的蚀除速度，极间将偏于开路，有时会时而开路时而短路，上下端面切缝呈焦黄色。

4）工件材料及厚度的影响。

工艺条件大体相同的情况下，工件材料的化学、物理性能不同，加工效果也将会有较大差异。通常切割铜、铝、淬火钢等材料时加工比较稳定，切割速度也较快；而切割不锈钢、磁钢、硬质合金等材料时，加工不太稳定，切割速度较慢。对淬火后低温回火的工件用电火花线切割进行大面积去除金属和切断加工时，会发生变化而产生很大变形，影响加工精度，甚至在切割过程中造成材料突然开裂。

工件厚度对工作液进入和流出加工区域以及电蚀产物的排除、通道的消电离等都有较大的影响。同时，电火花通道压力对电极丝抖动的抑制作用也与工件厚度有关。这样，工件厚度对电火花加工稳定性和加工速度必然产生相应的影响。工件材料薄，工作液容易进入且充满放电间隙，对排屑和消电离有利，加工稳定性好。但是若工件太薄，对固定丝架来说，电极丝从工件两端面到导轮的距离大，易发生抖动，对加工精度和表面粗糙度带来不良影响，且脉冲利用率低，切割速度下降。若工件材料太厚，工作液难以进入且充满放电间隙，这样对排屑和消电离不利，加工稳定性差。

5）工作液的影响。

在相同的工作条件下，采用不同的工作液可以得到不同的加工速度和表面粗糙度。电火花线切割加工的切割速度与工作液的介电系数、流动性、洗涤性等有关。快走丝线切割机床的工作液有煤油、去离子水、乳化液、洗涤剂液、酒精溶液等。但由于煤油、酒精溶液加工时加工速度低、易燃烧，故现已很少采用。目前，快走丝线切割工作液广泛采用乳化液，使加工速度快。慢走丝线切割机床采用的工作液是去离子水和煤油。

此外，工艺条件相同时，改变工作液的种类和浓度会对加工效果发生较大影响。工作液的脏污程度对工艺指标也有较大影响。新添加的洁净工作液并非会使加工效果最好，往往经过一段放电切割加工之后，脏污程度还不大的工作液可得到较好的加工效果。