電火花線切割加工（切割成型技術）

電火花線切割加工（切割成型技術）

電火花線切割加工 （切割成型技術） 次瀏覽 | 2022.07.05 10:02:10 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 電火花線切割加工切割成型技術

電火花線切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM），有時又稱線切割。其基本工作原理是利用連續移動的細金屬絲（稱為電極絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型。電火花線切割技術是特種加工的一種，它不同于傳統加工技術需要用機械力和機械能來切除，主要利用電能來實現對材料的加工。所以，電火花線切割技術不受材料性能的限制，可以加工任何硬度、強度、脆性的材料，在現階段的機械加工中占有很重要的地位。

中文名

電火花線切割加工

英文名

Wire cut Electrical Discharge Machining

簡 稱

WEDM

又 稱

線切割

原理

用電火花的放電原理對零件加工

分類

特種加工技術的一種

簡史電火花線切割加工

1960年，蘇聯首先研制出靠模線切割機床。中國于1961年也研制出類似的機床。早期的線切割機床采用電氣靠模控制切割軌跡。當時由于切割速度低，制造靠模比較困難，僅用于在電子工業中加工其他加工方法難以解決的窄縫等。1966年，中國研制成功采用乳化液和快速走絲機構的高速走絲線切割機床，并相繼采用了數字控制和光電跟蹤控制技術。此后，隨著脈沖電源和數字控制技術的不斷發展以及多次切割工藝的應用，大大提高了切割速度和加工精度。

加工原理

Fp脈沖頻率（HZ）Y放電效率線切割加工是電火花線切割加工的簡稱，是用線狀電極（鉬絲或鎢絲）靠電火花放電來對工件進行切割。[2]

電火花線切割加工

被切割的工件作為工件電極，鉬絲作為工具電極，脈沖電源發出一連串的脈沖電壓，加到工件電極和工具電極上。鉬絲與工件之間施加足夠的具有一定絕緣性能的工作液.當鉬絲與工件的距離小到一定程度時，在脈沖電壓的作用下，工作液被擊穿，在鉬絲與工件之間形成瞬間放電通道，產生瞬時高溫，使金屬局部熔化甚至汽化而被蝕除下來。若工作臺帶動工件不斷進給，就能切割出所需要的形狀。由于貯絲筒帶動鉬絲交替作正、反向的高速移動，所以鉬絲基本上不被蝕除，可使用較長的時間。它主要用于加工各種形狀復雜和精密細小的工件，例如沖裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、樣板、電火花成型加工用的金屬電極，各種微細孔槽、窄縫、任意曲線等，具有加工余量小、加工精度高、生產周期短、制造成本低等突出優點，已在生產中獲得廣泛的應用，目前國內外的電火花線切割機床已占電加工機床總數的60％以上。

加工要求與注意事項加工要求

一、間隙，由于電火花是高溫切割技術，因此需要在電極絲和切割物表面保持一定的距離，其距離需要把控好，太近容易造成短路不易產生電火花，太遠造成正負粒子不易碰撞從而不會產生電火花，對于距離一定要把控好，對于這方面，一般的線切割機床都設定有間隙的自動調節裝置以保證生產的需要；第二，火花放電不是連續的，而是間歇性放電，其中一般為10秒一個周期，在放電后不能連續作業，需要等待一定時間消除電離子對電路板的影響，以免造成工件的燒傷；第三，所有的電火花線切割都需要絕緣液體作為介質，其中對于液體的要求很高，首先要具備很強的絕緣性，有助于電極絲進行脈沖放電，其次液體不能太過濃稠，要求能夠消除腐蝕物和殘渣，最后就是液體需要有冷凝的作用。電火花線切割的工作原理和基本特性。通過液體的選擇才能保證在加工的有序性。[1]

注意事項

首先要注意電流的影響，保證電流的穩定，保證不能中途斷電，負責將會影響到電極絲和電機，造成損壞；其次在于產品的制作選擇，請牢記不能選擇非導體進行加工，否則產生不出電火花；第三是在加工過程中要注意溫度的很定，有必要對過程中進行冷凝和間歇性調整，以免造成溫度過高；第四是在加工過程中要關注其產品的原料，如果產品過軟或者是易融化的物質都不太適合進行加工；第五是整個過程中需要專人專控，嚴禁出現設備運行中人離開等情況；最后就是在操作上崗前要接受安全培訓與使用說明培訓，以免造成不必要的損失。對于加工方面對大家做一個提醒，那就是電極絲的強度，若果太細的電極絲容易折斷，建議選擇0.18MM的電極絲，這樣既能達到預想的溫度，也能減少切割的成本。

特點和應用

電火花線切割加工除具有電火花加工的基本特點外，還有一些其他特點：

1、不需要制造形狀復雜的工具電極，就能加工出以直線為母線的任何二維曲面。

2、能切割0.05毫米左右的窄縫。

3、加工中并不把全部多余材料加工成為廢屑，提高了能量和材料的利用率。

4、在電極絲不循環使用的低速走絲電火花線切割加工中，由于電極絲不斷更新，有利于提高加工精度和減少表面粗糙度。

5、電火花線切割能達到的切割效率一般為20～60毫米／分，最高可達300毫米／分；加工精度一般為±0.01～±0.02毫米,最高可達±0.004毫米；表面粗糙度一般為Rα2.5～1.25微米,最高可達Rα0.63微米；切割厚度一般為40～60毫米，最厚可達600毫米。電火花線切割加工主要用于模具制造，在樣板、凸輪、成形刀具、精密細小零件和特殊材料的加工中也得到日益廣泛的應用。此外，在試制電機、電器等產品時，可直接用線切割加工某些零件，省去制造沖壓模具的時間，縮短試制周期。

分類

1、根據電極絲的運行速度不同，電火花線切割機床通常分為兩類：一類是高速走絲電火花線切割機床（WEDM-HS），其電極絲作高速往復運動，一般走絲速度為8～10m/s，電極絲可重復使用，加工速度較高，但快速走絲容易造成電極絲抖動和反向時停頓，使加工質量下降，是我國生產和使用的主要機種，也是我國獨創的電火花線切割加工模式；另一類是低速走絲電火花線切割機床（WEDM-LS），其電極絲作低速單向運動，一般走絲速度低于0.2m/s，電極絲放電后不再使用，工作平穩、均勻、抖動小、加工質量較好，但加工速度較低，是國外生產和使用的主要機種。

2、根據對電極絲運動軌跡的控制形式不同，電火花線切割機床又可分為三種：第一種是*模仿形控制，其在進行線切割加工前，預先制造出與工件形狀相同的*模，加工時把工件毛坯和*模同時裝夾在機床工作臺上，在切割過程中電極絲緊緊地貼著*模邊緣作軌跡移動，從而切割出與*模形狀和精度相同的工件來；第二種是光電跟蹤控制，其在進行線切割加工前，先根據零件圖樣按一定放大比例描繪出一張光電跟蹤圖，加工時將圖樣置于機床的光電跟蹤臺上，跟蹤臺上的光電頭始終追隨墨線圖形的軌跡運動，再借助于電氣、機械的聯動，控制機床工作臺連同工件相對電極絲做相似形的運動，從而切割出與圖樣形狀相同的工件來；?第三種是數字程序控制，采用先進的數字化自動控制技術，驅動機床按照加工前根據工件幾何形狀參數預先編制好的數控加工程序自動完成加工，不需要制作*模樣板也無需繪制放大圖，比前面兩種控制形式具有更高的加工精度和廣闊的應用范圍，目前國內外 95％以上的電火花線切割機床都已采用數控化。

組成結構

數控線切割機床的組成包括機床主機、脈沖電源和數控裝置三大部分。

1、機床主機部分

機床主機部分由運絲機構、工作臺、床身、工作液系統等組成。

運絲機構:電動機通過聯軸節帶動貯絲筒交替作正、反向轉動，鉬絲整齊地排列在貯絲筒上，并經過絲架作往復高速移動（線速度為9m/s左右）。

工作臺:用于安裝并帶動工件在工作臺平面內作X、Y兩個方向的移動。工作臺分上下兩層，分別與X、Y向絲杠相連，由兩個步進電機分別驅動。步進電機每接收到計算機發出的一個脈沖信號，其輸出軸就旋轉一個步距角，通過一對齒輪變速帶動絲杠轉動，從而使工作臺在相應的方向上移動0.01mm。工作臺的有效行程為250×320mm。?

床身用于支承和連接工作臺、運絲機構、機床電器、及存放工作液系統。?

工作液系統由工作液、工作液箱、工作液泵和循環導管組成。工作液起絕緣、排屑、冷卻的作用。每次脈沖放電后，工件與鉬絲之間必須迅速恢復絕緣狀態，否則脈沖放電就會轉變為穩定持續的電弧放電，影響加工質量。在加工過程中，工作液可把加工過程中產生的金屬顆粒迅速從電極之間沖走，使加工順利進行。工作液還可冷卻受熱的電極和工件，防止工件變形。?

2、脈沖電源?

脈沖電源又稱高頻電源，其作用是把普通的50Hz交流電轉換成高頻率的單向脈沖電壓。加工時，鉬絲接脈沖電源負極，工件接正極。?

3、數控裝置

數控裝置以PC機為核心，配備有其他一些硬件及控制軟件。加工程序可用鍵盤輸入或磁盤輸入。通過它可實現放大、縮小等多種功能的加工，其控制精度為±0.001mm，加工精度為±0.001mm。

快走絲切割機斷絲原因分析

高速走絲電火花線切割加工中的斷絲問題一直一個最普遍的問題。它使加工停頓并不得不從頭開始，浪費了大量時間，破壞了加工表面的完整性，增加了加工的困難。

斷絲原因的分析及解決辦法：

1、與電極絲相關的斷絲

絲張力及走絲速度。對于高速走絲線切割加工，廣泛采用0．06～0．25mm的鉬絲，因它耐損耗、抗拉強度高、絲質不易變脆且較少斷絲。提高電極絲的張力可減少絲振的影響，從而提高精度和切割速度。絲張力的波動對加工穩定性影響很大。產生波動的原因是：貯絲筒上的電極絲正反運動時張力不一樣；工作一段時間后電極絲又會伸，致使張力下降（一般認為張力在12～15N較合適人張力下降的后果是絲振加劇，極易斷絲。

2、與脈沖電源相關的斷絲

（1）加工電流很大，火花放電異常，導致斷絲。種故障多數脈沖電源的輸出已變為直流輸出所致。從脈沖電源的輸出級向多諧振蕩器逐級檢查波形，更換損壞的元件，使輸出為合乎要求的脈沖波形時才能投入使用。

（2）輸出電流超過限值斷絲。在加工過程中火花放電突然變為藍色的弧光放電，電流超過限值，將鉬絲燒斷。用示波器測輸 端和振蕩部分都無波形輸出。可判斷故障出在振蕩部分。檢查發現有三極管的。立功極間內部開路，中極間內部擊穿，更換此管，高頻電源恢復正常。

另一種情況也是在加工過程中突然斷絲，電流在限值以上。用示波器測量高頻電源輸出端，其波形幅值減小，并有負波，而脈沖寬度符合要求，測量推動級波形其頻率、脈沖寬度及幅值均符合要求。判斷故障在功放部分。檢查功率管，測得其中一只管子的ce極間內部擊穿，使末級電流直接加到鋼絲與工件之間引起電弧燒斷鉬絲。換去該管，恢復正常。

（3）鉬絲上出現燒傷點發生斷絲。一旦鉬絲上出現“疙瘩”狀的燒傷點，極易發生斷絲現象。一般認為，這是粘附在電極絲上的加工屑（陽極物質）所為，該粘附物起到了使放電集中在電極絲上的作用，此時若冷卻散熱條件差，就很可能使該處的溫度升高，這樣一來在連續的放電中就可能繼續有其他加工屑粘附在該點附近，如此造成一種惡性循環，最后導致該處發生燒傷現象。

工作環境

1.滿足線切割機床所要求的空間尺寸；

2.選擇能承受機床重量的場所；

3.選擇沒有振動和沖擊傳入的場所。線切割放電機床是高精度加工設備，如果所放置的地方有振動和沖擊，將會對機臺造成嚴重的損傷，從而嚴重影響其加工精度，縮短其使用壽命，甚至導致機器報廢。

4.選擇沒有粉塵的場所，避免流眾多的通道旁邊；

(1)線切割放電機器之本身特性，其空氣中有灰塵存在，將會使機器的絲桿受到嚴重磨損，從而影響使用壽命；

(2)線切割放電機器屬于計算機控制，計算機所使用的磁盤對空氣中灰塵的要求相當嚴格的，當磁盤內有灰塵進入時，磁盤就會被損壞，同時也損壞硬盤；

(3)線切割放電機本身發出大量熱，所以電器柜內需要經常換氣，若空氣中灰塵太多，則會在換氣過程中附積到各個電器組件上，造成電器組件散熱不良，從而導致電路板被燒壞掉。因此，機臺防塵網要經常清潔。

5.選擇溫度變化小的場所，避免陽光通過窗戶和頂窗玻璃直射及靠近熱流的地方

(1)高精密零件加工之產品需要在恒定的溫度下進行，一般為室溫20C；

(2)由于線切割放電機器本身工作時產生相當大的熱量，如果溫度變化太大則會對機器使用壽命造成嚴重影響。

6.選擇屏蔽屋：因線切割放電加工過程屬于電弧放電過程，在電弧放電過程中會產生強烈的電磁波，從而對人體健康造成傷害，同時會影響到周圍的環境.

7.選擇通風條件好，寬敞的廠房，以便操作者和機床能在最好的環境下工作.

電極絲選用

目前，市場上可選用的電極絲可分為以下幾類：

1、黃銅絲

黃銅絲是線切割領域中第一代專業電極絲。1977年，黃銅絲開始進入市場。這種電極絲曾帶來了切割速度上的突破，當時對于厚度為50mm的工件，切割速度從12mm2/分鐘提高到25mm2/分鐘。是什么使速度翻了一倍呢？黃銅是紫銅與鋅的合金，最常見的配比是65%的紫銅和35%的鋅。當時發現黃銅絲中的鋅由于熔點較低（420℃，而紫銅為1080℃）能夠改善沖洗性。在切割過程中，鋅由于高溫而氣化使得電極絲的溫度降低并把熱量傳送到工件的加工面上。理論上講，鋅的比例越高越好，不過在黃銅絲的制造過程中，當鋅的比例超過40%后，電極絲的α單相結晶結構變成了α和β雙相結晶結構。這時材料變得太脆而不適合把它拉成直徑很小的細絲。黃銅絲可以有不同的拉伸強度來滿足不同的設備和應用場合。這是通過一系列的拉絲（淬火作用）和熱處理（退火）工序來實現的。普通黃銅絲的拉伸強度在490-900N/mm2之間。

黃銅絲的主要缺點：

(1)加工速度無法提高：由于黃銅中鋅的比例一定，所以放電時的能量轉換效率無法進一步提高；以0.25mm黃銅絲切割30-60mm厚的鋼材為例，國內很多用戶的主切速度都在120mm2/分鐘左右。?

(2)表面質量不佳：黃銅絲表面的銅粉和放電時由于電極絲表層氣化而帶出的銅微粒會積存在工件的加工面上形成表面積銅。同時由于沖洗性不好而在工件表面產生較厚的變質層，這些都會影響工件的表面硬度和粗糙度；

(3)加工精度不高：特別是在加工較厚的工件時，由于沖洗性不良，會產生較大的直線度誤差（上下端尺寸誤差和鼓形差）。

此外，由于價格競爭的原因，目前國內的低價黃銅絲普遍存在著各種質量問題，例如因采用的銅材胚料材質不良以及拉絲設備和工藝上的原因導致黃銅絲表面銅粉較多，截面幾何誤差太大等等，這些都會導致放電穩定性下降，嚴重影響加工速度和質量。同時，還會污染設備部件加大設備的損耗。

黃銅絲的應用場合：

(1)加工量不足，不是24小時開機的用戶。因為加工效率對于這些用戶來說不是主要問題；

(2)對加工精度特別是表面質量要求不高的用戶；

(3)以加工小尺寸、薄厚度為主的用戶。因為工件裝夾調整的時間占總加工時間的比例較高，切割時間較少，對加工效率的影響不明顯。

(4)工件的材料硬度不高或厚度不超過80-100mm。

雖然隨著各種更好性能的鍍層電極絲的出現和普及，黃銅絲的市場份額呈不斷下降的趨勢，但是，由于它成本低廉，并且能滿足普通的加工需求，因此還會繼續得到廣泛的應用。同時，市場上還出現了一些在性能上有不同程度改善的且價格低于鍍層電極絲的新型黃銅絲：

(1)超凈型黃銅絲:針對普通黃銅絲表面銅份過多這一弊端，通過在后道工序中增加特別的清洗工藝而制成；

(2)超硬型黃銅絲:通過在黃銅中加入其他微量元素，使黃銅絲的拉伸強度高達1200 N/mm2。這種絲在加工超厚或超硬工件時可以改善加工精度和速度；

(3)高速型黃銅絲:將黃銅中鋅的比例加大到極限的40%，可以改善沖洗性，提高切割速度。但是，其切割速度還是比鍍鋅電極絲要慢。

2、鍍層電極絲

由于低熔點的鋅對于改善電極絲的放電性能有著明顯的作用，而黃銅中鋅的比例又受到限制，所以人們想到了在黃銅絲外面再加一層鋅，這就產生了鍍鋅電極絲。1979年瑞士幾位工程師發明的這種方法，使電極絲的發展向前邁進了一大步，并導致了更多新型鍍層電極絲的出現。

鍍層電極絲的主要優點：

(1)切割速度高，不易斷絲。品質好的鍍鋅電極絲切割速度可比優質黃銅絲快30-50%，目前廣東地區很多用戶采用0.25mm的鍍鋅電極絲，切割速度平均在150-180mm2/分鐘。

(2)加工工件的表面質量好，無積銅，變質層得到改善，因此工件表面的硬度更高，模具的壽命延長。

(3)加工精度提高，特別是尖角部位的形狀誤差、厚工件的直線度誤差等均比黃銅絲有改善。?

(4)導絲咀等部件的損耗減小。鋅的硬度比黃銅低，同時鍍鋅絲不象黃銅絲那樣有很多銅粉，所以不容易堵塞導絲咀，污染相關部件。

鍍層電極絲生產工藝主要有浸漬、電鍍和擴散退火這三種方法。電極絲的芯材主要有黃銅、紫銅和鋼。鍍層的材料則有鋅、紫銅、銅鋅合金和銀。目前市場上較為成熟的這類電極絲按應用區分主要有以下幾種：

普通鍍鋅電極絲

由于浸漬這種工藝相對比較簡單，所以很多電極絲制造商都采用這種方法來生產鍍鋅電極絲。但是鍍鋅后再拉絲，其最大的問題是無法控制鍍層的均勻性，所以用這種工藝生產的電極絲放電性能不夠穩定，速度只比黃銅絲提高不到10%。有些品質較差的鍍鋅電極絲其顏色往往不是均勻的銀灰色，可以看到一些淺黃色相間其中，這就是所謂“露銅”現象。這類電極絲雖然價格比較便宜，只比黃銅絲稍貴一些，但是采用的人不多。

高精度加工用鍍鋅電極絲

這類電極絲多是采用電鍍的方法，所以可以較好的控制鍍鋅層的厚度，放電性能穩定，不易斷絲，適合四次切割以上的精密加工。切割速度一般可以比黃銅絲快30%左右。這種電極絲的剖面見。常見的品牌有德國Berkenhoff公司的COBRA CUT A、MEGACUT A，德國Heinrich Stamm公司的STAMMCUT ZC900和ZC950等等。

高速度加工用鍍層電極絲

這種電極絲以擴散退火工藝制作，是一種復合電極絲，有較厚的含有50%的鋅和50%的紫銅的鍍層。這種鍍層需經過一系列的熱處理過程，其顏色因鍍層擴散而從亮銀色變為黃褐色。這種電極絲的芯為α結構而鍍層則為β結構，它最后經過一道拉伸加工通過冷壓把鍍層壓進芯材中。擴散過的電極絲表面是多孔的，它有助于改善沖洗性。這種電極絲的切割速度是目前最快的。

高難度加工用鍍層電極絲

鋼芯電極絲是一種復合絲。它由鋼制的芯加上中間的紫銅鍍層和外面的黃銅鍍層組成。鋼芯在常溫下的拉伸強度與黃銅絲差不多，但是隨著溫度的升高黃銅絲的拉伸強度迅速降低，而鋼的拉伸強度則高于黃銅絲了。但是，由于港的導電性能不好，因此在鋼芯外面包了一層紫銅用以提高電導率。而外面的黃銅層則起到了改善沖洗性能的作用。

對于難度較高的線切割加工，雖然采用較粗直徑（0.30mm）的電極絲，或采用鍍鋅電極絲可以使情況有所改善，但是要想達到較高的加工要求，最佳的選擇就是這種鋼芯電極絲了。

1、高厚度加工：一般來說，當加工的工件較厚時（通常超過100mm以上），加工速度明顯降低，并且加工面的直線度誤差會很大。此時采用鋼芯絲加工，可以明顯改善速度和精度。

2、沖水不良狀態的加工：例如大斜度加工、工件厚度不規則，變化范圍較大的加工和多個工件疊加起來的加工等等。沖水不良容易造成斷絲，加工速度因而下降。同時，也會導致二次放電增加，影響表面質量。

3、工件材料難以加工：例如石墨、銅、鋁合金等較難切割的材料。

常見的品牌有：日本FUJIKURA公司的COMPEED鋼芯電極絲。

超精密加工用電極絲

黃銅絲或鍍層絲的直徑一般在0.30mm至0.07mm之間。而對于一些電子、光學和鐘表行業的微細零件或超精密的加工，要求電極絲的直徑在0.10mm至0.03mm。過去這種電極絲是采用鎢絲或鉬絲制作的，價格非常昂貴。現在則普遍采用高拉伸強度的鋼絲（100碳鋼琴線）外面加鍍黃銅來制作，俗稱“鋼琴線”。這種電極絲的拉伸強度為一般電極絲的2倍，高達2000N/mm2以上。常見的品牌有德國的MICRO CUT,日本的SPWire。

參考資料