《线切割操作工》 | 第三章 线切割机床加工操作 第三节 线切割加工工艺

一、加工线路、切入点及工艺孔

平整的工件材料，由于内部应力的作用，被切割开后会产生变形，如图3.43所示。

图3.43 内应力释放变形

为了防止内应力变形影响加工质量，必须注意以下几点：

（1）选择合理的加工线路。如图3.44所示，避免从工件端面开始加工，要预钻工艺孔（穿丝孔），从穿丝孔开始加工。

图3.44 切割线路

（2）加工的线路距离端面应留充足余量，以保证强度，如图3.45所示。

图3.45 切割线路与端面距离

（3）加工线路应先从离开工件夹具的方向走，再转向工件夹具的方向，如图3.46所示。

图3.46 切割方向

（4）在一块毛坯上要切出2个以上零件时，不应连续一次

切割出来，而应从不同预孔开始加工，参见图3.47。

图3.47 一块毛坯切多个零件

二、切割速度及其影响因素

电火花线切割加工的切割速度，是用来反映加工效率的一项重要指标，也就是通常所说的加工快慢，它是电极丝沿图形加工轨迹的进给速度乘以工件厚度，也就是电极丝单位时间内在工件上扫过的面积。以下是对切割速度有重要影响的几个因素。

（1）脉冲电源对切割速度的影响

a.增大脉冲电源的峰值电流，有利于提高切割速度。

b.切割速度大致跟平均加工电流成正比，因此，增大脉冲电源的平均加工电流，有利于提高切割速度。

c.脉冲电流上升速度越快，也就是脉冲电流上升时间越小，切割速度越高。

ｄ.提高脉冲电源的空载电压，可增大放电间隙，有利于冷却和排屑，切割速度相应提高。但是过高的电压会使加工间隙过大，切割速度反而下降。因此空载电压也不宜太高。

ｅ.脉冲间隔对切割速度的影响。减小脉冲间隔，相当于减少了“休息”时间，增加了单位时间的放电次数，切割速度相应提高。但过小的脉冲间隔，加工间隙的绝缘强度来不及恢复，会破坏加工的稳定性。

ｆ.脉宽对切割速度的影响。在其他加工条件相同的情况下，切割速度是随脉冲宽度的增加而增加。但是当它增大到一定范围后，蚀除量增加，排屑条件变差，造成加工不稳，也影响切割速度。

（2）电极丝对切割速度的影响

a.电极丝材料对切割速度的影响。不同材质的电极丝，切割速度有很大差别。在高速走丝线切割工艺中，目前普遍使用钼丝作为电极丝。在低速走丝线切割工艺中，一般都使用铜、铁金属丝和各种专用合金丝，或镀层的电极丝。线切割加工的电极丝，其切割速度主要决定于电极丝表面层的状态。表面层含锌浓度越大，切割速度越高；含锰浓度越低，切割速度越高。

ｂ.电极丝直径对切割速度的影响。目前，电火花线切割加工中，电极丝直径一般在0.03～0.35毫米。电极丝直径越粗，切割速度越快，而且还有利于厚工件的加工。但是电极丝直径的增加，要受到工艺要求的约束，另外增大加工电流，加工表面的粗糙度会变差，所以电极丝直径大小，要根据工件厚度、材料和加工要求而定。

ｃ.电极丝张力对切割速度的影响。电极丝张力越大，切割速度越高。这是由于电极丝拉得紧时，电极丝振动的幅度变小，加工的切缝变窄，也不易产生短路，节省了放电的能量损失，进给速度加快。但是过大的张力，容易引起断丝，影响加工。

ｄ.电极丝的走丝速度对切割速度的影响。提高电极丝的走丝速度，有利于工作液进入狭窄的加工间隙，有利于电极丝的冷却，有利于将放电间隙中的电蚀产物带到间隙外，所以有利于提高切割速度。

ｅ.电极丝振动对切割速度的影响。在加工中电极丝的微小振动可提高切割速度。振幅太大或无规则的不等振幅的振动，容易引起与工件之间的短路，造成切割速度下降或产生断丝，所以要尽量减少机床和走丝系统的振动，以提高切割速度和精度。

（3）工作液对切割速度的影响

a.不同工作液对切割速度的影响。在高速走丝线切割加工中，不同的乳化液有不同的切割速度，乳化液中的乳化剂对切割速度的影响很大。在低速走丝线切割加工中，目前普遍使用去离子水。为了提高切割速度，在加工中，有时加进有利于提高切割速度的导电液。工作液的导电率越低，切割速度有增加的倾向，这是因为电阻率低，放电间隙增大，加工稳定。

ｂ.工作液压力对切割速度的影响。提供适当的工作液压力，可以有效地排除加工屑，同时可以增强对电极丝的冷却效果，有利于切割速度的提高。

（4）工件对切割速度的影响

a.工件材质对切割速度的影响。不同材质的工件，切割速度有很大差别。切割铝合金的速度比较高，而切割硬质合金、石墨和聚晶等材料的速度就比较低。

ｂ.工件厚度对切割速度的影响。工件越厚，排屑条件越差，切割速度降低。

三、工作液对加工的影响

线切割加工间隙小，工作液的通道只有靠强迫喷入和电极丝带入来供给。电极丝和工件之间如果没有工作液就很难加工，即使有放电，结果不是短路就是产生连续电弧，导致无法正常加工。工作液在正常供应的情况下，电力击穿要快，放电后形成的颗粒越小越好。工作液要有捕捉这些微粒子的能力，使其变成一种融合物将其及时带走，确保脉冲间隔期间消电离、恢复绝缘，否则会破坏正常加工。

工作液的好坏将直接影响加工的顺利进行，对切割速度、表面粗糙度、加工精度均有不可忽视的影响。工作液一般是由基础油、清洗剂、爆炸剂、防锈剂、光亮剂、阻尼剂和络合剂等组成。基础油是用来形成绝缘层的，必须是消电离快的物质；爆炸剂是用来增强放电爆炸力的。这种爆炸剂对大厚度和超厚度切割尤其是不可缺少的。

在电火花线切割加工中，可使用的工作液种类很多，有煤油、乳化液、去离子水、蒸馏水、洗涤剂、酒精溶液等，它们对工艺指标的影响各不相同，特别是对切割速度的影响较大。

采用高速走丝、矩形脉冲电源时，实验结果表明：

（1）自来水、蒸馏水、去离子水等水类工作液对放电间隙的冷却效果较好，特别是在工件较厚的情况下，冷却效果更好。然而采用水类工作液时，切割速度低，易断丝。这是因为水的冷却能力强，电极丝在冷热变化频繁时，丝易变脆，容易断丝。此外，水类工作液洗涤性能差，不利于放电产物的排出，放电间隙状态差，故表面黑脏，切割速度低。

（2）煤油工作液切割速度低，但不易断丝。因为煤油介电强度高，间隙消耗放电能量多，分配到两极的能量少；同时，同样电压下放电间隙小，排屑困难，导致切割速度低。但煤油受冷热变化影响小，且润滑性能好，电极丝运动磨损小，因此不易断丝。

（3）水中加入少量洗涤剂、皂片等，切割速度就能成倍增长。这是因为水中加入洗涤剂和皂片后，工作液洗涤性能变好，有利于排屑，改善了间隙状态。

（4）乳化型工作液比非乳化型工作液的切割速度高。因为乳化液的节电强度比水高，比煤油低，冷却能力比水弱，比煤油好，洗涤性比水和煤油都好，故切割速度高。

总之，工艺条件相同时，改变工作液的种类或浓度，就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。工作液太脏，会降低加工的工艺指标。纯净的工作液也并非效果最好，往往经过一段时间放电切割加工之后，脏污程度还不大的工作液可得到较好的加工效果。纯净的工作液不易形成放电通道，经过一段放电加工后，工作液中存在一些悬浮的放电产物，这时容易形成放电通道，加工效果较好。但工作液太脏，悬浮的加工屑太多，间隙消电离变差，且容易发生二次放电，对放电加工不利，这时应及时更换工作液。

四、电参数对加工的影响

（1）电参数对加工工艺指标的影响

脉冲电源的波形和参数对材料的电腐蚀过程影响极大，它们决定着加工效率、表面粗糙度、切缝宽度和钼丝的损耗率，进而影响加工的工艺指标。

一般情况下，电火花线切割加工脉冲电源的单个脉冲放电能量较小，除受工件加工表面粗糙度要求限制外，还受电极丝允许承载放电电流的限制。欲获得较好的表面粗糙度，每次脉冲放电的能量不能太大。表面粗糙度要求不高时，单个放电脉冲能量可以取大些，以便得到较高的切割速度。

在实际应用中，脉冲宽度约为1～60微秒，而脉冲重复频率约为每秒10～100千个脉冲，有时也可以在这个范围之外。

脉冲宽度窄、重复频率高，有利于改善表面粗糙度，提高切割速度。

（2）短路峰值电流对工艺指标的影响

增加短路峰值电流，切割速度提高，但表面粗糙度变差，电极丝损耗变大，使加工精度有所降低。

（3）脉冲宽度对工艺指标的影响

增加脉冲宽度，切割速度提高，但表面粗糙度下降，同时随着脉冲宽度的增加，电极丝损耗变大。通常，在电火花线切割的精加工和中加工时，单个脉冲放电能量应限制在一定的范围内。当短路峰值电流选定后，脉冲宽度要根据具体的加工要求而定。精加工时，脉冲宽度可在20微秒内选择；中加工时，可在20～60微秒内选择。

（4）脉冲间隔对工艺指标的影响

脉冲间隔对切割速度影响较大，对表面粗糙度的影响较小。因为在单个脉冲放电能量确定的情况下，脉冲间隔变小，脉冲频率增大，即单位时间放电加工的次数增多，平均加工电流增大，故切割速度提高。

实际上，脉冲间隔不能太小，它受间隙绝缘恢复速度的限制。如果脉冲间隔太小，放电产物来不及排出，放电间隙来不及充分消电离，将使加工变得不稳定，容易烧伤工件或断丝。但是脉冲间隔不能太大，否则会使切割速度明显下降，严重时不能连续进给，使加工变得不稳定。

一般脉冲间隔在10～250微秒范围内，基本上能适应各种加工条件，进行稳定加工。

选择脉冲间隔和脉冲宽度，与工件厚度有很大关系。一般来说工件厚，脉冲间隙就要大，以保持工件的稳定性。

（5）开路电压对工艺指标的影响

随着开路电压峰值的提高，加工电流增大，切割速度提高，表面粗糙度下降。这是因为电压高使加工间隙变大，所以加工精度略有下降，但加工间隙大，有利于放电产物的排出和消电离，提高了加工的稳定性和脉冲利用率。

采用乳化液介质和高速走丝方式时，开路电压峰值一般在

60～150伏的范围内，个别的用到300伏左右。

五、电极丝对加工的影响

（1）常用的电极丝

高速走丝机床的电极丝，主要有钼丝、钨丝和钨钼丝。常用的钼丝直径为0.10～0.18毫米，当需要切割较小的圆弧或缝槽时也用更小直径的钼丝。钨丝的优点是耐腐蚀，抗拉强度高；缺点是脆而不耐弯曲，且价格昂贵，仅在特殊情况下使用。

（2）电极丝直径对切割速度的影响

电极丝直径对切割速度影响较大。若电极丝直径过小，则承受电流小，切缝也窄，不利于排屑和稳定加工，切割速度低。加大电极丝的直径，有利于提高切割速度，但也不能太大，电极丝的直径增大，会造成切缝增大，切缝增大电蚀量就增大，切割效率降低，又影响了切割速度的提高。

（3）电极丝松紧对切割速度的影响

如果上丝过紧，电极丝超过弹性变形的范围，由于频繁地往复弯曲、摩擦，加上放电时遭受急热、急冷变换的影响，容易发生疲劳而造成断丝。高速走丝时，上丝过紧所造成的断丝，往往发生在换向的瞬间，严重时即使空走也会断丝。

但若上丝过松，会使电极丝在切割过程中，振动幅度增大，同时会产生弯曲变形，结果电极丝切割轨迹落后并偏离工件轮廓，即出现加工滞后现象，如图3.48所示，从而造成形状与尺寸误差，影响了工件的加工精度。如切割较厚的圆柱体，会出现腰鼓形状，严重时电极丝快速运转，容易跳出导轮槽或限位槽，电极丝被卡断或拉断。所以电极丝的张力，对运行时电极丝的振幅和加工稳定性有很大影响，故而在上电极丝时，应采取张紧电极丝的措施。

图3.48 电极丝加工滞后现象

（4）电极丝垂直度对工艺指标的影响

电极丝运动的位置主要由导轮决定，若导轮有径向跳动和轴向窜动，电极丝就会发生振动，振动幅度决定于导轮跳动或窜动值。假定下导轮是精确的，上导轮在水平方向上有径向跳动，这时切割出的圆柱体工件必然出现圆柱度偏差，如果上下导轮都不精确，两导轮的跳动方向不可能相同，因此，在工件加工部位，各空间位置上的精度均可能降低。

导轮V形槽的圆角半径，超过电极丝半径时，将不能保持电极丝的精确位置。两只导轮的轴线不平行，或者两导轮轴线虽平行，但V形槽不在同一平面内，导轮的圆角半径会较快地磨损，使电极丝正反向运动时不靠在同一个侧面上，加工表面产生正反向条纹。这就直接影响加工精度和表面粗糙度。同时由于电极丝的抖动，电极丝与工件间瞬间开路次数增多，脉冲利用率降低，切缝变宽。对于同样长度的切缝，工件的电蚀量增大，切割效率降低。因此，应提高电极丝的位置精度，以提高各项加工工艺指标。

六、常见问题及处理

线切割加工操作过程中，难免会遇到一些问题，所以这里我们列举一些常见的问题及原因，供操作时参考，见表3.2。