线切割技术

　　线切割加工是通过电火花的放电原理对零件进行加工，也叫电火花线切割。具体是将工件接入脉冲电源正极，采用钼丝或铜丝作为切割金属丝，将金属丝接高频脉冲电源负极作为工具电极，利用火花放电对加工零件进行切割。

　　脉冲电源提供加工能量，加工过程中应用专用的线切割工作液清楚加工中产生的碎屑。在电场的作用下，阴极和阳极表面分别受到电子流和离子流的轰击，使电极间隙内形成瞬时高温热源使局部金属熔化和气化。气化后的工作液和工件材料蒸汽瞬间迅速膨胀，在这种热膨胀以及工作液冲压的共同作用下，熔化和气化的工件材料被抛出放电通道，至此完成一次火花放电过程。

线切割技术加工原理

　　电火花线切割的加工原理主要依靠电火花放电作用实现。如下图所示，电极丝通过进电块接电源的负极，工件接电源的正极，在正负极间施加脉冲电压，并不断喷注具有一定绝缘性能的工作液，当两电极间的间隙小到一定程度时，由于两电极的微观表面凹凸不平，其点成分布不均匀，离得Z近凸点处的电场强度Z高，机间液体介质被击穿，形成放电通道，电流迅速上升。

　　在电场的作用下，通道内的电子高速奔向阳极，正离子奔向阴极，形成火花放电，电子和离子在电场的作用下，高速运动时相互碰撞，阴极和阳极表面分别受到电子流和离子流的轰击，使电极间隙内形成瞬时高温热源(ZX温度高达10 000 ℃)，以至于局部金属熔化和气化。气化后的工作液和工件材料蒸汽瞬间迅速膨胀，并具有爆炸特性。

　　在这种热膨胀、热爆炸以及工作液冲压的共同作用下，熔化和气化的工件材料被抛出放电通道，至此完成一次火花放电过程。当下一个脉冲到来时，继续重复以上的火花放电过程，从而将工件切割成形。

线切割技术加工特点

　　1、能加工传统方法难以加工或无法加工的高硬度、高强度、高脆性、高韧性等导体材料及半导体材料。

　　2、由于电极丝很细小，可以加工细微异型孔、窄缝和复杂形状零件。

　　3、工件被加工表面受热影响小，适合加工热敏感性材料;同时，由于脉冲能量集中在很小的范围内，加工精度较高。

　　4、加工过程中，电极丝与工件不直接接触，无宏观切削力，有利于加工低刚度工件。

　　5、由于加工时产生的切缝窄，实际金属蚀除量很少，材料的利用率高。

　　6、电火花线切割直接利用电能加工，电参数易调节，操作系统采用数控系统，便于实现加工过程的自动控制。

　　7、与普通切削加工手段相比，生产效率相对较低;电极丝有损耗;对工件的拐角Z小半径有限制;加工质量对操作者依赖度较高。

线切割技术加工范围

　　1、加工冲模，如精密冲模的加工制造，电火花线切割加工是不可缺少的关键技术。包括大、中、小型冲模的凸模、凹模、固定板、卸料版等的加工。

　　2、加工镶拼型腔模、粉末冶金模、弯曲模、拉丝模等。

　　3、加工样板、成型刀具等。

　　4、加工细微异型孔、窄缝和复杂形状零件，如异型孔喷丝板、射流元件、激光器件、电子器件等的微孔与窄缝。

　　5、加工各种特殊材料和特殊结构的零件，如电子器件、仪器仪表、电动机、钟表等零件，以及齿轮、薄壳器件等。

　　6、各种导电材料，特别是稀有贵重金属的切割;各种特殊结构零件的切断等。

电火花线切割机床的发展现状

　　电火花线切割机床根据走丝速度和运动方式的不同分为高速往复走丝电火花线切割机床(以下简称“快走丝线切割机床”)、低速单向走丝电火花线切割机床(以下简称“慢走丝线切割机床”)2种。

　　1、高速走丝电火花线切割机床的发展

　　快走丝线切割机床是我国duchuang的电加工机床，经过四五十年的发展，技术已经相当成熟，在我国机械制造行业中占有重要地位。它也是目前我国生产的主要机种，其Z大优势在于结构简单、操作方便、使用成本低(一般都在10 万元以内)且加工效率高，拥有良好的性价比。

　　快走丝线切割机床的电极丝做高速往复运动，走丝速度为8～10 m/s，电极丝在加工过程中可以重复使用，电极丝直径范围是0.12～0.25 mm，而直径为0.18 mm是Z常用的;加工表面粗糙度可达到Rɑ：3.2～1.6 μm，Z佳也只有1 μm;可控加工精度0.01～0.02 mm。

　　由于快走丝线切割机床电极丝损耗快、主机结构刚性差，受加工环境的温度变化的影响大、精度不稳定、开环控制进给系统、工作液的导电率随着使用时间变化等因素影响，使机床的加工精度受到限制。

　　近年来国内生产快走丝线切割机床的厂家都将提高往复走丝机床的精度(主要是定位精度和重复定位精度)与加工零件表面质量2个方面作为产品发展的ZD突破方向，在主机制造技术、脉冲电源技术、控制技术、加工工艺等方面取得了重大进展。

　　2、单向低速走丝电火花线切割机床的发展

　　低速走丝电火花线切割(单向慢走丝) 这类机床的电极丝做低速单向运动，一般走丝速度不高于0.2 m/s;在加工过程中电极丝使用一次便废弃，对抗拉强度要求不高，电极丝材料一般选用镀锌的铜丝或黄铜丝，直径范围0.03～0.35 mm，高生产率时可用0.3 mm以下的镀锌黄铜丝进行加工，加工的表面粗糙度一般可达Rɑ：1.6～0.2 μm，可控加工精度为0.005～0.002 mm。主要特点是：由于电极丝单向运动，一次性使用，张力均匀，振动小，所以加工稳定性、表面粗糙度、精度指标均优于快走丝机床。

　　单向慢走丝线切割Z早是国外生产和使用的主要机种。我国对慢走丝线切割机床的研究起步较晚。但是，近年来我国的科研人员和企业在国家专项基金的支持下，投入大量的研发力量，现在已完成新一代慢走丝线切割机床的研发，目前已经有具有自主知识产权的产品在市场上销售，其性能指标达到国外中档机的水平，且在中端市场中占有一定的市场份额。

影响线切割表面粗糙度的原因

　　对线切割表面粗糙度有直接影响的因素主要有电极丝因素、电参数因素、机械因素及工件因素等，具体分析如下：

　　1、电极丝因素的影响

　　①走丝速度：快走丝线切割的走丝速度为9～11m/s，走丝速度过高，会影响到钼丝运行的平稳性，为保证加工表面质量，应尽可能降低走丝速度。

　　②钼丝长度：在加工条件不变的情况下，增加钼丝的有效工作长度，可减少钼丝的换向次数，减少钼丝的抖动，促进加工过程的稳定，提高加工表面质量。

　　③钼丝的张紧力：线切割的放电间隙是0.01mm,如果钼丝太松，钼丝运行时保证不了稳定的放电间隙，则会造成加工不稳定，工件表面粗糙度差。加工前要先检查钼丝的松紧度是否合适，若太松则需紧丝。

　　2、电参数因素的影响

　　①脉冲宽度、加工峰值电流等电参数的选择：放电加工使用的电源是脉冲电源，是影响加工表面粗糙度的重要因素。加工表面粗糙度数值随着加工峰值电流、脉冲宽度的增大及脉冲间隔的减小而增大，加工过程中要根据加工情况合理地选择电参数。

　　②工件的进给速度：放电加工时，如进给速度(变频)调节过快或过慢会造成频繁的短路或开路现象，使加工不稳定，工件表面出现不稳定的条纹或表面烧蚀现象。

　　3、机械因素的影响

　　①工作台的定位精度和灵敏度：线切割机床工作台的运动是通过丝杆螺母副实现的，为保证工作台的定位精度和灵敏度，必须消除传动丝杆和螺母之间的间隙。

　　②导电块与导轮质量情况：导电块和导轮质量不好或磨损严重，也会引起电极丝的振动，加工表面易产生条纹，引起工件表面粗糙度变差。

　　③尽可能调小丝架距：跨距过大，钼丝运行不稳定，工件表面粗糙;实验证明，工件上表面至喷水板距离在15～30mm范围内加工较为稳定。

　　④线切割工作液：工作液具有绝缘、冷却及清洗的作用。使用时间过长，脏污后的工作液功能失效，影响加工的稳定性。工作液使用寿命一般为80～100小时，超过时间则需更换。

　　4、工件材料的影响

　　①工件厚度的影响：工件太薄，电极丝容易抖动;工件太厚，排屑困难，都会引起工件表面粗糙度差。实验证明，工件厚度在20～100 mm范围内放电加工较为稳定。

　　②工件材料的影响：工件材料不同，性能不一样，即使按同样的方式加工，所得到的表面粗糙度值也不一样;加工时，应尽量选择稳定性好或热处理变形小的材料。

线切割技术在机械加工中的应用

　　1、凹角与凸角的加工

　　在采用线切割技术进行机械加工的过程中，细金属丝的运动轨迹是依据电极丝的ZX运动总结出来的，但是由于电极丝的直径大小存在一定的误差，因而加工工件的表面也会与细金属丝之间存在一定的间隙，致使这种计算方法存在一定的误差。

　　为了尽可能降低这个误差，在进行电极丝ZX运动轨迹的计算时，应该充分考虑到电极丝直径误差所导致的放电间隙。在线切割机械加工过程中，计算时的误差与放电间隙的大小以及电极丝的半径成正相关，并且凹角只能被加工成圆角。

　　2、过渡圆半径的确定

　　在进行线切割机械加工的时候，不可避免地要确定过渡圆半径，而过渡圆半径一方面受到加工零件精度的影响，另一方面还受到工件外形的影响。

　　通常情况下，过渡圆的半径与被加工零件的厚度是正相关的。此外，模具进行配合的时候也应该根据间隙的大小调节过渡圆半径。与此同时，在确定过渡圆半径的大小之后，还应该确定机床的精度能够满足零件的加工精度要求。

　　3、动模加工工艺

　　动模加工在模具加工中具有相当重要的作用，其设计尺寸的精度、材料的硬度、设计的形状等会直接影响模具的冲裁质量，从而影响模具的冲压精度与使用寿命。具体工艺如下：

　　①先在毛坯的适当位置进行电火花或者穿孔机成型，即加工好穿孔丝，并且动模轮廓线与穿孔丝ZX之间的引入切线段应该控制在6～9 mm。

　　②毛坯边缘与凸模的轮廓线之间宽度不能超过毛坯厚度的1/5。

　　③在进行后续切割预留的暂停点选择时，应尽量靠近工件毛坯的ZX位置，根据工件尺寸选择适当的宽度d(通常3 mm≤d≤4 mm)。

　　④进行工件扭曲变形时，应将大部分残留变形进行一次粗切割，保证偏移量在0.12～0.17 mm之间，然后再进行3次精细切割，这样能够充分降低切割余量，工件的扭曲变形量也相对减小。

　　⑤几乎所有的工件在进行4次外形切割之后，其工件加工就已经完成了，这时应用酒精将工件的毛坯端面清洗干净，然后采用压缩空气吹干法将工件吹干，接着采用胶水(通常利用502快干胶水)或者粘结剂，把在精磨床磨平的厚度为0.25 mm的金属薄片粘在毛坯上(为了避免造成不导电不能够加工的现象出现，应避免将胶水直接滴到工件的预留连接位置上)，紧接着再按照原来的4次偏移量进行工件的切割。

　　4、定模加工工艺

　　当模板型孔的拐角半径较小(0.07～0.10 mm)时，就应该选用较细的切割线(直径不能大于0.1 mm)。相对于粗丝来说，细线的加工速度相对较慢，而且很容易出现断丝的情况，即如果整个型孔的加工都采用细线，不但会造成浪费，还会大大延长工作时间。

　　因此，应该根据实际情况进行分析和比较，例如先用粗丝进行所有型孔的切割，当达到要求的时候，再适当调整拐角的半径，然后用细丝对所有的型孔进行切割，使所有型孔的拐角半径达到相关标准的要求。如果在加工过程中更换了细丝，则应该重新定位工件的ZX，并且保证新定位的ZX位置与原有ZX位置之间距离不超过0.015 mm。

线切割技术发展趋势

　　1、微细线切割技术

　　依靠微细线切割技术来加工大型机械难以加工的微小零件。电极丝采用钨丝，由于电极丝直径细小，加工时放电能量非常微弱，因此对于脉冲控制系统，机床精度等方面的要求很高。微细电极丝加工可获得的加工精度，且在微小零件窄槽、微小齿轮的加工中具有优势，越来越受到机械加工行业的重视。

　　2、机床主机精度

　　机床对加工精度的影响在机械传动精度上，主要包括机床的传动精度、定位精度、几何精度和装备精度等。机床中丝杠、螺母、齿轮等零件存在加工误差，导致加工过程中加工表面粗糙度达不到要求。

　　应用先进技术例如：使用新型材料制造机床增加机床整体的精度和刚性、交流伺服电机直联驱动，螺距误差自动补偿功能和反向间隙补偿功能，来提高机床的加工精度。

　　3、脉冲电源技术

　　应用实时监控系统，根据放电状态适时控制脉冲电源参数，有效地提高线切割加工效率、降低断丝概率。数字化脉冲电源采用PLD作为高频脉冲电源的主振控制芯片，由数控系统数字设置脉冲电源的电流前沿的上升速率，降低电极丝损耗。

　　数字自适应脉冲电源的可直接与PC端相连接，获得放电间隙状态的信息并根据一定的算法进行自适应控制，进而提高加工精度。

　　4、多次切割工艺技术

　　多次切割加工是高速走丝线切割机的一个重要发展方向。在进行精密加工时，很难凭借一次走丝就将工件加工完成，需要多次加工来实现。随着脉冲电源、换丝控制系统、算法策略方面的技术进步，在一些机械加工中已经实现了高速多次切割加工。但加工的稳定度仍然不足，还有改进的空间来实现更高精度的加工。

　　5、智能控制技术

　　目前线切割加工主要应用的智能技术有：模糊控制技术、专家系统和自动化控制系统等。电极丝张力与丝速的多级控制、边界面切割的适应控制、工作液参数的适应控制与调节之类的智能控制系统已广泛应用于线切割加工行业。

　　专家系统使计算机系统具有人类专家解决问题的能力，只需定义加工对象，设定相关零件性能和加工目标，专家系统就能自动生成加工工序，无须机床操作者手动编程。当加工系统出现故障时，会自动报警，计算机系统自动揭示所出现的问题和解决问题的措施，大大减少排除故障的时间。