賀柳操

（湖南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410151）

數(shù)控電火花線切割加工（Wi r eC u t E D M，簡稱WE D M）也稱數(shù)控線切割加工，它是在電火花成型加工的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的工藝形式，因其由數(shù)控裝置控制機床的運動，采用線狀電極（銅絲或鉬絲）靠火花放電對工件進行切割，故稱為電火花線切割加工，簡稱線切割加工。

電火花線切割機床根據(jù)電極絲的運行速度不同通?？煞譃閮纱箢?一類是高速走絲電火花線切割機床（WE D M-H S），這類機床的電極絲作高速往復(fù)運動，一般走絲速度為（8～12）m/s，這是我國生產(chǎn)和使用的主要機種，也是我國獨創(chuàng)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（WE D M-L S），這類機床的電極絲作低速單向運動，一般走絲速度為0.2m/s，這是國外生產(chǎn)和使用的主要機種，目前在國內(nèi)尚未普及。而我國獨創(chuàng)的高速走絲線切割機床它結(jié)構(gòu)簡單，機床成本和使用成本低，易加工大厚度工件，自20世紀50年代末誕生以來，獲得了極其迅速的發(fā)展，已逐步成為一種高精度和高自動化的加工機床。在模具制造、成型刀具加工、難加工材料和精密復(fù)雜零件的加工等方面獲得了廣泛應(yīng)用。

由于高速絲線切割機床是采取電極絲高速往復(fù)運動的方式，電極絲的損耗均勻地分布在近200 m（貯絲筒上的貯絲量）電極絲上。雖然電極絲的損耗極小，但電火花線切割機工作時影響其加工工件表面質(zhì)量的因素很多，更需要對其有關(guān)加工工藝參數(shù)進行合理選配，才能保證所加工工件表面質(zhì)量。

對線切割加工質(zhì)量有直接影響的因素主要涉及人員、設(shè)備、材料等方面。為了改善加工工件表面質(zhì)量，可以從影響最大的人為因素、機床因素和材料因素等三方面來考慮對加工質(zhì)量的控制方式和改進方法。筆者在教學(xué)、科研和生產(chǎn)實踐中對影響線切割加工工件表面質(zhì)量的相關(guān)因素做了一些探索和研究，積累了少許改善加工工件表面質(zhì)量行之有效的工作經(jīng)驗，介紹如下。

1 影響線切割加工質(zhì)量的人為因素

人為因素的控制與改善主要包括加工工藝的確定和加工方法的選擇，這可以通過以下幾點來實現(xiàn)：

（1）合理安排切割起始點和切割路線。該措施的指導(dǎo)思想是盡量避免破壞工件材料原有的內(nèi)部應(yīng)力平衡，防止工件材料在加工過程中因在夾具等工具的作用下，由于加工起始點和加工路線安排不合理而使工件產(chǎn)生顯著變形，致使加工表面質(zhì)量下降。例如：工件與其夾持部分的分離應(yīng)安排在最后，保證工件在加工中剛性。如圖1所示，是由外向內(nèi)順序的加工路線，通常在加工凸模零件時采用。其中a所示的切割路線是錯誤的，因為當加工完第一邊繼續(xù)往前加工時，原來主要連接的部位被割離，余下材料與夾持部分的連接較少，工件的剛度大為降低，容易產(chǎn)生變形而影響加工精度，甚至于造成工件報廢；如按圖b所示的路線加工可減少由于材料割離后殘余應(yīng)力重新分布而引起的變形。所以一般情況下，最好將工件與其夾持部分分割的線段安排在加工路線的末端。對于精度要求較高的零件，最好采用如圖c所示的方案，電極絲不由坯件外部切入，而是將切割起點取在坯件預(yù)制的穿絲孔中，這種方案可使工件的變形最小。

圖1 切割起始點和切割路線的安排

（2）正確選擇電極絲切入的位置。為了避免材料內(nèi)部組織及內(nèi)應(yīng)力對加工精度的影響，還必須合理選擇加工的走向和起點。如圖2所示，如加工引入點為B，起點為d，這時無論哪種走向，其切割精度都會受到材料變形的影響。另外加工的起點（一般也是終點）選擇不當，會使工件加工表面上殘留切痕，尤其是當起（終）點選在圓滑表面上時，其殘痕更為明顯，所以應(yīng)盡可能把起（終）點選在加工表面的拐角處或是選在精度要求不高的表面上，或選在容易修整的表面上。

（3）二次切割法。切割孔類零件時，為了減少變形，還可采用二次切割法。如圖3所示，第一次粗加工孔，各邊留余量0.1～0.5 m m，以補償材料被加工后由于內(nèi)應(yīng)力重新分布而產(chǎn)生的變形，第二次加工為精加工，這樣可以得到比較滿意的效果。

圖2 切割走向及起點對加工精度的影響

圖3 二次切割孔類零件

（4）正確選擇加工參數(shù)。加工參數(shù)的選擇總體原則是工件越厚，所需電壓、電流、脈沖寬度、脈沖間隔應(yīng)越大，反之，則越小。同時為了保證加工工件的精度和表面質(zhì)量，可以適當調(diào)高線切割機電極絲的張力。對于參數(shù)的具體選擇雖然制造線切割機床的廠家提供了適應(yīng)不同切割條件的相關(guān)加工參數(shù)，但由于工件的材料、所需要的加工精度以及其他因素的影響，因此在使用時不能完全照搬，而應(yīng)以這些加工參數(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)實際需要作相應(yīng)的調(diào)整。

（5）采用近距離加工。為了使工件達到高精度和高表面質(zhì)量，根據(jù)工件厚度及時調(diào)整絲架高度，使上導(dǎo)輪與工件的距離盡量靠近，這樣就可以避免因上導(dǎo)輪離工件較遠而使電極絲振幅過大影響加工工件的表面質(zhì)量。

（6）注意加工工件的固定。當工件即將加工完畢時，其與母體材料的連接強度勢必下降，此時要防止切削液的沖擊使工件發(fā)生偏斜。因為一旦發(fā)生偏斜，就會改變切割間隙，輕者影響工件表面質(zhì)量，重者使工件加工報廢，所以要想辦法固定好被工件。一般可采用磁鐵吸附已加工部位，或用專業(yè)夾具夾持住工件。

（7）其它。不能沿工件端面加工，因為電極絲單向受電火花沖擊，使電極絲運行不穩(wěn)定，難以保證尺寸和表面精度；加工路線距端面應(yīng)大于5 m m，以保證工件結(jié)構(gòu)強度。一次裝夾在一塊材料上加工兩個以上的零件時，應(yīng)從不同的穿絲孔開始加工，盡量避免連續(xù)一次加工，但在零件精度要求不高或是純粹下料時可用此方式加工，可減少穿電極絲次數(shù)。

3 影響線切割加工質(zhì)量的機床因素

高速走絲電火花線切割機屬于高精度機床，機床的維護保養(yǎng)非常重要。因為加工工件的高精度和高質(zhì)量是直接建立在機床的高精度基礎(chǔ)上的，因此在每次加工之前必須檢查機床的工作狀態(tài)，才能為獲得高質(zhì)量的加工工件提供條件。需注意的環(huán)節(jié)和應(yīng)采取的措施如下：

（1）電極絲的張力。在加工前，必須檢查電極絲，電極絲的張力對加工工件的表面質(zhì)量也有很大的影響，加工表面質(zhì)量要求高的工件，應(yīng)在不斷絲的前提下盡可能提高電極絲的張力。

（2）工作液的選用。高速走絲線切割機一般采用乳化油與水配制而成的工作液?；鸹ǚ烹姳仨氃诰哂幸欢ń^緣性能的液體介質(zhì)中進行，工作液的絕緣性能可使擊穿后的放電通道壓縮，從而局限在較小的通道半徑內(nèi)火花放電，形成瞬時和局部高溫來熔化并氣化金屬，放電結(jié)束后又迅速恢復(fù)放電間隙成為絕緣狀態(tài)。絕緣性能太低，則工作液成了導(dǎo)電體，而不能形成火花放電；絕緣性能太高，則放電間隙小，排屑難，切割速度降低。加工前要根據(jù)不同的工藝條件選擇不同型號的乳化液（或配制不同濃度的工作液）。再者必須檢查與工作液相關(guān)的條件，檢查工作液的液量及贓污程度，保證工作液的絕緣性能、洗滌性能、冷卻性能符合要求。

（3）導(dǎo)電塊。必須檢查導(dǎo)電塊的磨損情況。高速走絲線切割機一般在加工了50～80 h后就須考慮改變導(dǎo)電塊的切割位置或者更換導(dǎo)電塊，有臟污時需用洗滌液清洗。必須注意的是：當變更導(dǎo)電塊的位置或者更換導(dǎo)電塊時，必須重新校正電極絲的垂直度，以保證加工工件的精度和表面質(zhì)量。

（4）導(dǎo)輪。檢查導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)動情況，若轉(zhuǎn)動不好則應(yīng)更換，還必須仔細檢查上、下噴嘴的損傷和臟污程度，用清洗液清除臟物，有損傷時需及時更換。還應(yīng)經(jīng)常檢查貯絲筒內(nèi)絲的情況，絲損耗過大就會影響加工精度及表面質(zhì)量，需及時更換。此外，導(dǎo)電塊、導(dǎo)輪和上、下噴嘴的不良狀況也會引起電極絲的振動，這時即使加工表面能進行良好的放電，但因電極絲振動，加工表面也很容易產(chǎn)生波峰或條紋，最終引起工件表面粗糙度變差。

（5）電源電壓。保持穩(wěn)定的電源電壓。電源電壓不穩(wěn)定會造成電極與工件兩端不穩(wěn)定，從而引起擊穿放電過程不穩(wěn)定而影響工件的表面質(zhì)量。

4 影響線切割加質(zhì)量的材料因素

為了加工出精度高、表面質(zhì)量好的產(chǎn)品，必須對所用工件材料進行細致考慮：

（1）工件材料的性質(zhì)。由于工件材料不同，熔點、氣化點、導(dǎo)熱系數(shù)等都不一樣，因而即使按同樣方式加工，所獲得的工件表面質(zhì)量也不相同，因此必須根據(jù)實際需要的表面質(zhì)量對工件材料作相應(yīng)的選擇。例如要達到高精度就必須選擇硬質(zhì)合金類材料，而不應(yīng)該選不銹鋼或未淬火的高碳鋼等，否則很難達到所需要求。

（2）工件材料的應(yīng)力。由于工件材料內(nèi)部殘余應(yīng)力對加工的影響較大，在對熱處理后的材料進行加工時，由于大面積去除金屬和切斷加工會使材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的相對平衡受到破壞，從而可能影響零件的加工精度和表面質(zhì)量。為了避免這些情況，應(yīng)選擇鍛造性好、淬透性好、熱處理變形小的材料。

（3）加工過程中應(yīng)將各項參數(shù)調(diào)到最佳狀態(tài)，以減少斷絲現(xiàn)象。受線切割機床加工的特點所致，如果發(fā)生斷絲一般都需要回到起始點，重新上絲再次進行加工，使加工工件表面質(zhì)量和加工精度下降。在加工過程中還應(yīng)注意傾聽機床發(fā)出的聲音，正常加工的聲音應(yīng)為很光滑的“哧-哧”聲。同時，正常加工時，機床的電流表、電壓表的指針應(yīng)是振幅很小，處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時進給速度均勻而且平穩(wěn)。

5 結(jié)語

影響電火花線切割加工工件表面質(zhì)量的因素很多，但只要對其進行系統(tǒng)的分析和科學(xué)的分類，就可以對這類復(fù)雜而且零亂的因素進行控制與調(diào)配，從而改善和提高工件表面質(zhì)量。

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