1.线切割加工的主要工艺指标与影响因素
线切割加工的主要工艺指标有切割速度、加工精度及加工表面质量等。
（1）切割速度及其影响因素
电火花线切割加工的切割速度是按加工相同厚度工件时，在单位时间内切割长度尺寸的大小来评价的。换句话说，是以电极丝单位时间内扫过的面积来评价的，其单位为mm2/min，电火花成形加工是以单位时间内蚀除的体积来评价，其单位为mm3/min（由于线切割加工所用电极丝直径不同，切缝体积难以准确表明切割速度的快慢）。目前快走丝线切割的最高切割速度可达80～200 mm2/min，而慢走丝线切割因峰值电流高，最大切割速度可达350 mm2/min。
影响切割速度的主要因素如下。
1）单个脉冲的放电能量愈大、放电脉冲数愈多，峰值电流愈大，蚀除的材料也就愈多。一般说来，脉冲宽度和脉冲频率与切割速度成正比。当然，单个脉冲能量过大，也会导致电极丝振动加大，反而使切割速度下降，且易造成断丝；脉冲频率过高，脉冲间隔太小，无法充分消除电离，也会引发电弧烧伤工件及烧断丝，使加工无法正常进行，导致切割速度下降。在实际操作时，一定要掌握好分寸，以防“欲速则不达”。
此外，在其他条件不变的情况下，提高脉冲电压会使峰值电流增大，切割速度会相应提高。电源电压一般以60～100 V为佳。而慢走丝线切割由于工作液为去离子水，电源电压可高达150～300 V。
2）极性。实践证明：放电加工时，其正、负极的蚀除量是不同的。在窄脉冲加工时，正极（阳极）的蚀除量高于负极（阴极）的蚀除量，这种现象称为“极性效应”。线切割加工大多是窄脉冲加工，为了提高切割速度，工件一律接脉冲电源的正极。
3）工件材料对切割速度也有较大影响。材料的熔点、沸点、导热系数愈高，放电时蚀除量愈小。因为导热系数高，热传导快，能量损失大，导致蚀除量降低。钨、钼、硬质合金等材料的切割速度比加工钢、铜、铝时低。
4）电极丝的运动速度对切割速度也有较大的影响。走丝速度越快，放电区域温升越小，由于工作液更新速度加快，电蚀产物排除速度也越快，确保了稳定加工，有利于切割速度的提高。
（2）加工精度及其主要影响因素
工件的加工精度指加工尺寸精度、形状及位置精度等。国产快速走丝线切割的加工精度范围大约为±（0.005～0.01）mm，而慢走丝线切割的加工精度可达到±（0.002～0.005）mm。
影响加工精度的主要因素如下。
1）机床的机械精度。如丝架与工作台的垂直度、工作台拖板移动的直线度及其相互垂直度、夹具的制造精度与定位精度等，对加工精度有直接影响。导轮组件的几何精度与运动精度以及电极丝张力的大小与稳定性对加工区域电极丝的振动幅度和频率有影响，所以对加工精度误差的影响也很大。
为了提高加工精度，应尽量提高机床的机械精度和结构刚度，确保工作台运动平稳、准确、轻快，电极丝的张力尽量恒定且偏大一些。同时，对于固定工件的夹具也应予重视，除了夹具自身的制作精度外，装夹时也一定要牢固、可靠。
2）电参数。如脉冲波形、脉冲宽度、间隙电压等对工件的蚀除量、放电间隙以及电极损耗大小有较大影响。当脉冲宽度大，间隙电压高时，峰值电流加大，导致放电间隙增大。因此，在加工过程中应尽量维持脉冲宽度、间隙电压的稳定，使放电间隙保持均匀一致，从而有助于加工精度的提高。
放电波形的前、后沿较陡，可降低电极丝损耗，有利于加工精度的提高。对于慢走丝线切割来说，则要求电极丝自身的尺寸精度要高（直径误差通常应不大于0.2～0.4μm）。
3）控制系统。控制系统的控制精度对加工精度也有直接影响，控制精度愈高、愈稳定，则加工精度愈高。
（3）加工表面质量及其主要影响因素
评价线切割加工表面质量主要是看工件表面粗糙度的高低及表面变质层的薄厚。电极丝在放电过程中不断移动，难免会产生振动，对加工表面产生不利的影响，而放电产生的瞬间高温使工件表层材料熔化、汽化，在爆炸力作用下被抛出，但有些材料在工作液的冷却下又重新凝固，而且，在放电过程中也会有少量电极丝材料溅入工件表层，所以在工件表层会产生变质层。对表面质量影响较大的因素如下。
1）脉冲宽度与脉冲频率。脉冲宽度的大小决定每个放电坑穴体积的大小。当要求工件表面粗糙度低、变质层薄时，必须选用窄脉冲加工。因为脉冲频率高，放电坑穴重叠机会加大，有利于降低表面粗糙度。通常脉冲间隔均大于脉冲宽度。当间隙电压较高或走丝速度较高、电极丝直径较大时，由于排屑条件良好，可以适当减小脉冲间隔，提高放电频率，而当工件厚度偏大，排屑条件不佳时，则应适当加大脉冲间隔。
2）工件材料。熔点高、导热好的材料，其表面粗糙度优于熔点低、导热差的材料。前者的变质层厚度也小于后者。为了改善加工表面质量，应使用合适的加工材料。
3）走丝系统。走丝系统运行应平稳，以减少对电极丝的扰动，使电极丝在切割过程中运动轨迹始终保持直线状态。当电极丝的张力较大且恒定时，有助于降低电极丝的振动，改善加工表面的粗糙度。
4）工作液。加工部位的工作液应供应充足，以有效清洁放电间隙，从而使放电坑穴均匀一致。工作液又可及时带走电蚀产物并冷却电极丝，从而确保放电切割的正常进行。
2.电火花线切割工艺
电火花线切割工艺是使用线切割机床，按工件图纸要求，将毛坯按一定工艺技术与方法加工成符合设计要求的工件。在设备一定的情况下，合理地选择工艺方法和工艺路线，是确保工件达到设计要求的重要环节之一。线切割加工模具或零件的工艺过程通常分为如下几个步骤：①认真分析研究工件图纸及其技术要求，以确定哪些工件适宜用线切割加工，哪些不宜采用线切割加工工艺；②加工前的工装夹具准备及必要的工艺准备；③选择切割参数及确定切割路线，工件进行装夹找正；④编制加工程序；⑤线切割加工；⑥切割后工件清理与检验。
（1）认真分析工件图纸及其技术条件
如表面粗糙度及尺寸精度要求过高或是工件厚度超过丝架开档的，以及工件材料导电性极差甚至绝缘的，均不适合采用线切割加工工艺。对于线切割加工的工件，应明确加工的关键部位及关键尺寸，供选择切割参数及确定切割路线时参考。
1）工件的拐角、夹角、窄缝的尺寸要求应符合线切割加工的特点。例如，工件拐角（或凹角）尺寸必须大于或等于电极丝半径与放电间隙之和，也就是说，切割凹角时，得到的是一个过渡的圆弧。
2）切割窄缝的宽度b≥d+2s，式中d为电极丝直径，s为单边放电间隙，如图2-26所示。
3）当进行凹、凸模具成套加工时，应注意电极丝的运动轨迹与图形轮廓是不同的。切凹模时，电极丝的运动轨迹处在图纸要求轮廓的内部，如图2-27所示；而切割凸模时，电极丝的运动轨迹处于图形轮廓的外部。
图2-26 最窄切缝尺寸示意图
图2-27 轨迹与轮廓的区别
（a）切割凸模时；（b）切割凹模时
（2）加工前的工装夹具准备及必要的工艺准备
1）设备的检查与调整。加工设备正常与否，直接影响着线切割加工的工艺指标和切割质量，因此必须经常对机床进行检查、维护与保养，尤其是在加工精度要求较高的重要工件之前，必须对设备进行认真的检查与调整。检验所用量具的精度等级一定要高于被检验项目精度等级一级以上。
导轮的径向跳动及V形槽的形状、工作台纵横向拖板丝杠副的间隙、电极丝保持器（或限幅器）等关键环节，应当经常进行检查与调整，发现问题及时排除。特别是导轮的质量与运动状况对加工质量有直接影响。其故障大致有如下几种情况：①导轮轴承磨损，导致导轮径向跳动及轴向窜动超差（通常要求不超过0.005 mm）、噪声加大；②因导轮轴承润滑不足或有污物侵入，快速运动的电极丝与导轮V形定位面可能发生相对滑动，导致导轮V形面异常磨损；导轮的径向跳动及电极丝运动时的振动会造成两者接触不良而产生火花放电，使V形定位面烧损，导致电极丝抖动加剧。有时，因导轮V形槽磨损成深沟状而易将电极丝夹断；③导轮轴安装时与工作台Y轴轴线不平行，运行时会产生振摆，且导致导轮过早损坏。
为此，除经常检查与调整外，还应注意及时清洗和去除导轮槽内的污物，延长导轮的使用寿命。
2）保持器（或限幅器）的检查与维护。由于电极丝表面有众多放电凹坑，在高速移动时会使与其接触的保持器（或限幅器）磨出沟槽，容易卡丝，因此应经常调整保持器（或限幅器）的工作面位置。
3）选择合适的电极丝，并调整电极丝与工作台的垂直度。
图2-28 电极丝垂直度调整
①当工件较厚且外形较简单时，宜选用直径较粗（如φ0.16 mm以上）的电极丝；而当工件厚度较小且形状较复杂时，宜选用较细（一般取φ0.10～φ0.12mm）的电极丝。注意所选用的电极丝应在有效期内（通常为出厂后一年），过期的电极丝因表面氧化等原因，加工性能下降，不宜用于工件的加工。②电极丝缠绕并张紧后，应校正及调整电极丝工作段对工作台面的垂直度（X、Y两个方向）。在生产实践中，大多采用简易工具（如直角尺、圆柱棒或规则的六面体），以工作台面（或放置其上的夹具工作面）为检验基准，目测电极丝与工具表面的间隙上下是否一致，如图2-28所示。如上下间隙不一致，应调整至Sa=Sb为止。
4）工件准备。
①由于线切割加工多为工件的最后一道工序，因此工件外形大多具有规则的外形，可选一个适当的面作为工件的工艺基准面。对基准面应当仔细清除其表面的毛刺及污物等，以免影响定位精度。②当工件型腔与外形位置精度要求较高时，应选定一基准边（或基准孔）供找正时使用。③根据型腔及工件材料的状态，选择适宜位置打穿丝孔，并以穿丝孔校准边的坐标位置。在切割凸模时，为防止工件坯料变形，尽量在坯料内部打穿丝孔，如图2-29所示。而对于对称加工、多次穿丝的工件，穿丝孔位置应以图2-30（b）方案为好。④根据型腔特点及工件材料热处理状态，选择好切割路线，如图2-29及图2-31所示。也就是说，应仔细分析工件加工时可能产生的变形及其方向，确定合适的切割路线。一般应将图形最后切割部位尽量靠近装夹部位。例如，在整块毛坯上切割工件时，坯料的边角处变形较大（尤其是淬火钢和硬质合金），因此确定切割位置时，应避开坯料边角，或使型腔距各边角位置大致相同。若变形问题不突出，则可按图纸的尺寸标注确定切割路线为顺时针或逆时针。
图2-29 切凸模时加工穿丝孔的比较
图2-30 切内形时穿丝孔位置选择
（a）不正确；（b）正确
（3）编制程序
1）首先确定坯料热处理状态、材质、电极丝直径、模具配合间隙、放电间隙（由工件材质及电参数确定）、过渡圆半径等已知条件。
2）计算和编写加工程序。编程时，要根据坯料情况、工件轮廓形状及找正方式，选择合理的装夹位置及起割点。起割点应选择在图形拐角处，或容易将尖锐部分修去的地方。
编程时还应考虑如何选用适当的定位以简化编程工作。工件在工作台上的位置不同，会影响工件轮廓线的方位，从而使各点坐标的计算结果不同，其加工程序也随之改变。例如，在图2-32（a）中，图形的各线段均为斜线，计算各点坐标较麻烦。若使工件的α角变为0°或90°，则各斜线程序均变为直线程序，从而大大简化了编程工作。同样，图2-32（b）图形中的α变为0°、90°或45°时，也会简化编程工作，而α为其他角度时，编程就变得复杂。
图2-31 切割路线
图2-32 工件定位的合理选择(www.xing528.com)
（4）工件装夹与找正
工件装夹与找正是工件加工成败的关键工序之一，一定要认真操作。工件找正后，应根据工件图纸的技术要求如材质、热处理状态及精度要求等，选择合适的加工参数。
（5）切割加工
为了确保最终的加工能达到图纸要求，在正式加工工件前，应使用所编制的加工程序进行样板试切。这样，既可检验程序的正确性，又可对脉冲电源的电参数及进给速度进行适当的调整，保证加工的稳定性。
完成这些准备工作后，就可以正式加工模具了。通常先加工固定板、卸料板，然后加工凸模，最后加工凹模。凹模加工完毕，不要急于松开压板取下工件，而应先取出凹模中的废料芯，清洗一下加工表面，将加工好的凸模试放入凹模中，检验配合间隙是否符合要求。若配合间隙过小，可再加工一次，修大一些；若凹模有差错，可按加工坐标程序对有差错的地方进行必要的修补（如切去差错处，补镶一块材料后再进行补充加工）。
（6）切割后的工件应进行必要的清洗，然后对工件进行如下的检验
1）模具各部分尺寸精度及配合间隙。例如，对落料模来说，凹模尺寸应与图纸的基本尺寸一致，凸模尺寸应为图纸基本尺寸减去冲模间隙。而对于冲孔模来说，凸模尺寸与图纸基本尺寸相同，而凹模尺寸则为图纸基本尺寸加上冲模间隙。此外，固定板与凸模为静配合，卸料板大于或等于凹模尺寸。对于级进模来说，主要是检验步距精度。
检验工具可根据模具精度要求的高低，分别选用三坐标测量机、万能工具显微镜或投影仪、内外径千分尺、块规、塞尺、游标卡尺等。通常检具的精度要高于待检工件精度一级以上。模具配合间隙的均匀性大多采用透光法进行目测。
3）加工表面粗糙度检验，在生产现场大多使用“表面粗糙度等级比较样板”进行目测，而在实验室中则采用轮廓仪检验。
3.常用夹具和工件装夹方法
（1）常用夹具名称、规格和用途
图2-33 压板式夹具
1）压板夹具，主要用于固定平板式工件，如图2-33所示。当工件尺寸较大时，则应成对使用。当成对使用时，夹具基准面的高度要一致。否则，因毛坯倾斜，使切割出的工件型腔与工件端面倾斜而无法正常使用。如果在夹具基准面上加工一个V形槽，则可用来夹持轴类圆形工件。
2）分度夹具，主要用于加工电机定子、转子等多型孔的旋转形工件，可保证较高的分度精度。如图2-34所示。近年来，因为大多数线切割机床具有对称、旋转等功能，所以此类分度夹具已较少使用。
3）磁性夹具，对于一些微小或极薄的片状工件，采用磁力工作台或磁性表座吸牢工件进行加工。如图2-35所示为强力磁性V形块，其工作原理如图2-36所示。当将磁铁旋转90°时，磁靴分别与S、N极接触，可将工件吸牢，如图2-36（b）所示；再将永久磁铁旋转90°，如图2-36（a）所示，则磁铁松开工件。
使用磁性夹具时，要注意保护夹具的基准面，取下工件时，尽量不要在基准面上平拖，以防拉毛基准面，影响夹具的使用寿命。
（2）工件装夹的一般要求
1）工件的基准面应清洁，无毛刺、污物及氧化皮等。
2）夹具自身要制作精确，且夹具与工作台面要固定牢靠，不得松动或歪斜。
3）工件装夹后，既要有利于定位、找正，又要确保在加工范围内不得与丝架臂发生干涉，否则无法加工出合格的工件。
4）夹紧力要均匀，不得使工件局部受力过大而发生变形。
5）同一类工件批量切割时，最好制作便捷的专用夹具，以提高加工效率。
6）对细小、精密、薄壁的工件，应先固定在不易变形的辅助夹具上，再安装固定到机床上，以保证加工的顺利进行。
（3）常见的装夹方式
1）悬臂式支撑，如图2-37所示，这种装卡方式通用性强，结构简单，装夹方便。但由于处于悬臂状态，对工件尺寸及质量有较大限制。
图2-34 分度夹具结构示意图
1—工作台；2—定位销；3—分度转盘；4—工件；5—电极丝
图2-35 强力磁性V形块
图2-36 磁性夹具工作原理
1—铜焊层；2—永久磁铁；3—磁靴
图2-37 悬臂式支撑
2）两端式支撑，如图2-38所示，当工件尺寸较大时，将两端分别固定在夹具上，支撑稳定可靠，定位精度高。
3）桥式支撑，如图2-39所示，用两条垫铁架在两端支撑夹具体上，跨度宽窄可根据工件大小随意调节。特别是对于带有相互垂直的定位基准面的夹具体，这样侧面有平面基准的工件就可省去找正工序，若找正与加工基准是同一平面，则可间接推算和确定出电极丝中心与加工基准的坐标位置。这种装夹方式有利于外形和加工基准相同的工件实现成批加工。
图2-38 两端式支撑
图2-39 桥式支撑
4）板式支撑，如图2-40所示，这种装夹方式是按工件的常规加工尺寸制造托板，托板上加工出矩形或圆孔，并在板上配备有X和Y向定位基准。其装夹精度易于保证，适宜在常规生产中使用。
5）复式支撑，如图2-41所示，这种方式是将桥式和板式支撑复合，只不过板式支撑的托板换成了专用夹具。这种夹具可以方便地实现工件的批量加工，又能快速地装夹工件，节约辅助工时，保证成批工件加工的一致性。
图2-40 板式支撑
图2-41 复式支撑
6）专用特殊夹具：
①当工件夹持部分尺寸太少，几乎没有夹持余量时，可采用如图2-42所示的夹具。由于在右侧夹具块下方固定了一块托板，使工件犹如两端支撑（托板上平面与工作台面在一个平面上），保证加工部位与工件上下表面相垂直。②用细圆棒状坯料切割微小零件用专用夹具，如图2-43所示。圆棒坯料装在正方体形夹具内，侧面用内六角螺钉固定，即可进行切割加工。③加工多个复杂工件的夹具，如图2-44所示。
图2-42 小余量工件的专用夹具
1—工件下面和台面成同一平面；2—工作台；3—夹具块；4—夹紧工作；5—工件；6—电极丝
图2-43 圆棒坯料切割专用夹具
1—固定用内六角螺钉；2—工作台；3—用电极丝切割加工两个工件；4—加工成片状；5—电极丝；6—夹子；7—夹具四个平面应垂直；8—圆棒坯料；9—夹具
图2-44 加工多个复杂工件的夹具
1—夹具；2—工作台；3—切断；4—此段成为工件；5—突出部支持工件；6—夹紧工件用的夹板；7—矩形板；8—下板；9—上板
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