淺析電火花線切割一般工藝

嚴(yán) 江

（無錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 無錫 214028）

引言

電加工全稱為電火花加工(Electrical Discharge Machining，EDM)屬于特種加工的方法之一，該項(xiàng)技術(shù)的研究始于20世紀(jì)中期，線切割放電機(jī)于1960年發(fā)明于蘇聯(lián)。電火花線切割加工(Wire Cut EDM，簡稱WEDM)也叫數(shù)控線切割加工，它是在電火花成型加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的工藝形式，電火花線切割加工自誕生以來，獲得了極其快速的發(fā)展，已逐步成為一種高精度高自動(dòng)化的加工方法。它在模具制造、成型刀具加工、難加工材料及精密復(fù)雜零件的加工等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。

1 電火花線切割加工原理簡介

數(shù)控電火花線切割加工的基本原理：利用移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線（銅絲或鉬絲）作為工具線電極（負(fù)電極），被切割的工件為工件電極（作為正電極），在加工中，線電極和工件之間加上脈沖電壓，并且工作液包住線電極，使兩者之間不斷產(chǎn)生火花放電，工件在數(shù)控系統(tǒng)控制下（工作臺(tái)）相對(duì)電極絲按預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而使電極絲沿著所要求的切割路線進(jìn)行電腐蝕，完成工件的加工。

2 電火花線切割加工的工藝的選擇

電火花線切割加工是實(shí)現(xiàn)工件尺寸加工的一種技術(shù)。在一定的設(shè)備條件下，合理制定加工工藝路線是保證工件加工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一。數(shù)控電火花線切割加工，一般作為工件加工的最后一道工序，要使工件達(dá)到圖樣要求的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度等應(yīng)合理控制線切割加工的各種工藝參數(shù)，同時(shí)安排好零件的工藝路線及加工前的準(zhǔn)備工作。

2.1 加工路線的選擇

對(duì)于電火花線切割加工，在選擇加工路線時(shí)應(yīng)盡量保持工件或毛坯的結(jié)構(gòu)剛性，以免因工件強(qiáng)度下降或材料內(nèi)部應(yīng)力的釋放而引起變形，具體應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)切割凸模類工件應(yīng)盡量避免從工件端面由外向里進(jìn)刀，最好從坯件預(yù)制的穿絲孔開始加工，如圖1所示。

圖1 加工路線選擇Ⅰ

2)加工路線應(yīng)向遠(yuǎn)離工件夾具的方向進(jìn)行，即將工件與其裝夾部位分離的部分安排在切割路線的末端。如圖2(a)，若以O(shè)—A—D—C—B—A—O路線切割，則加工至D點(diǎn)處工件的剛度就降低了，容易產(chǎn)生變形而影響加工精度，若以O(shè)—A—B—C—D—A—O為加工路線，則整個(gè)加工過程中工件的剛度保持較好，工件變形小，加工精度高；圖2(b)由于是從B點(diǎn)引入，則無論順逆切割，工件變形都較大，加工精度也低。

圖2 加工路線選擇Ⅱ

3)在一塊毛坯上要切出兩個(gè)以上工件時(shí)，為減小變形應(yīng)從不同的穿絲孔開始加工，如圖3所示。

圖3 加工路線選擇Ⅲ

4)加工軌跡與毛坯邊緣距離應(yīng)大于5mm，見圖3，以防因工件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差而發(fā)生變形。

5)避免沿工件端面切割，這樣放電時(shí)電極絲單向受電火花沖擊力，使電極絲運(yùn)行不穩(wěn)定，難以保證尺寸和表面精度。

2.2 穿絲孔位置的確定

穿絲孔是電極絲相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，同時(shí)也是程序執(zhí)行的起點(diǎn)，故也稱程序原點(diǎn)。

1)穿絲孔應(yīng)選在容易找正，并在加工過程中便于檢查的位置。

2)切割凹模等零件的內(nèi)表面時(shí)，一般穿絲孔位置也是加工基準(zhǔn)，其位置還必須考慮運(yùn)算和編程的方便，通常設(shè)置在工件對(duì)稱中心較為方便，但切入行程較長，不適合大型工件采用。此時(shí)，為縮短切入行程，穿絲孔應(yīng)設(shè)置在靠近加工軌跡的已知坐標(biāo)點(diǎn)上，如圖4上B點(diǎn)所示。

圖4 穿絲孔位置設(shè)置

3)在加工大型工件時(shí)，還應(yīng)沿加工軌跡設(shè)置多個(gè)穿絲孔，以便發(fā)生斷絲時(shí)能就近重新穿絲，再切入斷絲點(diǎn)。

4)在切割凸模需要設(shè)置穿絲孔時(shí)，其位置可選在加工軌跡的拐角附近以簡化編程。

2.3 切入點(diǎn)位置的確定

由于線切割加工經(jīng)常是封閉輪廓切割，所以切入點(diǎn)一般也是切出點(diǎn)。受加工過程中存在各種工藝因素的影響，電極絲返回到起點(diǎn)時(shí)必然存在重復(fù)位置誤差，造成加工痕跡，使精度和外觀質(zhì)量下降。為了避免或減少加工痕跡，切入點(diǎn)應(yīng)按下述原則選定：

(1)被切割工件各表面的粗糙度要求不同時(shí)，應(yīng)在粗糙度要求較低的面上選擇起點(diǎn)。

(2)工件各面的粗糙度要求相同時(shí)，則盡量在截面圖形的相交點(diǎn)上選擇起點(diǎn)。當(dāng)圖形上有若干個(gè)相交點(diǎn)時(shí)，盡量選擇相交角較小的交點(diǎn)作為起點(diǎn)。當(dāng)各交角相同時(shí)，起點(diǎn)的優(yōu)先選擇順序是：直線與直線的交點(diǎn)、直線與圓弧的交點(diǎn)、圓弧與圓弧的交點(diǎn)。

(3)對(duì)于工件各切割面既無技術(shù)要求的差異又沒有形面的交點(diǎn)的工件，切入點(diǎn)盡量選擇在便于鉗工修復(fù)的位置上。例如，外輪廓的平面、半徑大的弧面，要避免選擇在凹入部分的平面或圓弧上。

另外，工件切入處應(yīng)干凈，尤其對(duì)熱處理工件，切入處要去除積鹽及氧化皮以保證導(dǎo)電。

2.4 脈沖參數(shù)的選擇

脈沖參數(shù)主要包括脈沖寬度、脈沖間隙、峰值電流等電參數(shù)。在電火花線切割加工中，提高脈沖頻率或增加單個(gè)脈沖的能量都能提高生產(chǎn)率，但工件加工表面的粗糙度和電極絲損耗也隨之增大。因此，應(yīng)綜合考慮各參數(shù)對(duì)加工的影響，合理地選擇脈沖參數(shù)，在保證工件加工精度的前提下，提高生產(chǎn)率，降低加工成本。

1)脈沖寬度

脈沖寬度是指脈沖電流的持續(xù)時(shí)間，與放電能量成正比，在其他加工條件相同的情況下，脈沖寬度越寬切割速度就越高，此時(shí)加工較穩(wěn)定，但放電間隙大，表面粗糙度大。相反脈沖寬度越小，加工出的工件表面質(zhì)量就越好，但切割效率就會(huì)下降。

2)脈沖間隔

脈沖間隔是指脈沖電流的停歇時(shí)間，與放電能量成反比，其他條件不變，脈沖間隔越大，相當(dāng)于降低了脈沖頻率增加的單位時(shí)間內(nèi)的放電次數(shù)，使切割速度下降，但有利于排除電蝕物，提高加工的穩(wěn)定性。當(dāng)脈沖間隔減小到一定程度之后，電蝕物不能及時(shí)排除，放電間隙的絕緣強(qiáng)度來不及恢復(fù)，破壞了加工的穩(wěn)定性，使切割效率下降。

3)峰值電流

峰值電流是指放電電流的最大值。峰值電流對(duì)切割速度的影響也就是單個(gè)脈沖能量對(duì)加工速度的影響，它和脈沖寬度對(duì)切割速度和表面粗糙度的影響相似，但程度更大些，放電電流過大，電極絲的損耗也隨之增大易造成斷絲。

以上只是這些參數(shù)的基本選擇方法，此外它與工件材料、工件厚度、進(jìn)給速度、走絲速度及加工環(huán)境等都有著密切的關(guān)系，需在實(shí)際加工過程中多加探索才能達(dá)到比較滿意的效果。

2.5 補(bǔ)償量的確定

由于線切割加工是一種非接觸性加工，受電極絲與火花放電間隙的影響，如圖10(a)所示，實(shí)際切割后工件的尺寸與工件所要求的尺寸不一致。為此編程時(shí)就要對(duì)原工件尺寸進(jìn)行偏置，利用數(shù)控系統(tǒng)的線徑補(bǔ)償功能，使電極絲實(shí)際運(yùn)行的軌跡與原工件輪廓偏移一定距離，如圖10(b)所示，這個(gè)距離即稱為單邊補(bǔ)償量F(或偏置量)。偏移的方向視電極絲的運(yùn)動(dòng)方向而定，分左偏與右偏兩種，編程時(shí)分別用G代碼G41和G42表示。補(bǔ)償量的計(jì)算公式為：

式中：d——電極絲直徑；

δ——單邊放電間隙，通常δ取0.01～0.02mm。

圖10 電極絲運(yùn)動(dòng)軌跡與工件尺寸的關(guān)系

若當(dāng)加工工件要求留有加工余量時(shí)，則補(bǔ)償量的計(jì)算公式為：

式中：t——工件的后續(xù)加工余量。

另外，在進(jìn)行要求有配合間隙的沖裁模加工時(shí)，通過調(diào)整不同的補(bǔ)償量，可一次編程實(shí)現(xiàn)凸模、凹模、凸模固定板及卸料板等模具組件的加工，節(jié)省編程時(shí)間。

[1]陳前亮.數(shù)控線切割操作工機(jī)能鑒定考核培訓(xùn)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[2]任海濱.微細(xì)電火花線切割加工工藝規(guī)律研究[D].黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006.