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摘要：微细电火花线切割加工作为一门新的切削技术，其用途已越来越广泛，本文主要介绍了微细电火花线切割加工原理、加工特点以及工件的表面质量，介绍了影响线切割机床加工精度的几种因素，如：放电参数、电极丝、工作液及其解决方案。

关键词：电火花线切割 表面质量 基本工艺规律

KEY TECHNOLOGY OF MICRO WIRE EIECTRICAL

DISCHARGE MACHINING

Abstract:The usage of WEDM is more and more widely.This thesis mainly introduces the principles of its processing,machining characteristic and surface quality of workpiece,introduces several factors affected the machining accuracy of wire cut machine,such as electrical discharge parameter,wire electrode,working fluid and gave out its solutions.

Key words:wire -cut EDM machine surface quality basic processing regularity

0 前言

微型机械的发展与成熟应用是未来制造业的主要发展方向，因而针对微型机械制造的需要出现了许多新型的微细加工方法。近年来，随着对微小零件—微小齿轮、微小花键和微小联接器等特殊复杂零件加工的需要，微细电火花线切割加工由于其独特的加工方法，即非机械接触加工的特点，特别适应微型机械制造的要求，并且具有较高的性价比，在许多微型机械生产领域发挥了重要的作用，从而得到了迅速的发展。

国内外对微细电火花线切割加工技术的不断研究探索，已使微细电火花线切割加工在与微型机械制造结合及实用化方面取得了较大进步。影响微细电火花线切割加工的因素很多，如电极丝质量、放电检测、伺服检测和环境等，而脉冲电源、走丝系统、伺服进给、工作液、控制策略和工艺规划对微小零件的加工精度和表面质量有直接的影响[1]。

微细电火花线切割加工是用线状电极

（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，简称线切割。由于线切割加工工具具有无需制作成形的工件电极，可切割高硬度的导电材料和形状及其复杂的零件，切割中几乎没有切削力。

1 微细电火花线切割加工系统组成

微细电火花线切割加工是利用工件和微细电极丝之间的脉冲性火花放电，产生瞬间高温使工件材料局部熔化和汽化，从而达到蚀除加工的目的。其主要用于加工尺寸在0.1～1.0 mm的工件，因此需要特殊的设备及工艺技术。研究开发出的微细电火花线切割加工系统如图l所示，主要包括晶体管 可控Rc微能量脉冲电源、电极丝循环低速运动的恒张力走丝系统和基于压电陶瓷电动

[1]

机的微驱动伺服进给系统。

图1 微细电火花线切割加工系统

2 微细电火花线切割加工原理

及加工特点

微细电火花线切割加工的基本原理图如图2所示，被切割的工件作为工件电极，

电极丝作为工具电极。电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。当一个电脉冲到达时，在电极丝和工件之间可能产生一次火花放电，在放电通道中的中心温度瞬时可高达10000°C以上，高温是工件局部熔化，甚至有少量气化，高温也使电极丝和工件之间的工作液部分气化，高温也使电极丝和工件之间的工作液部分产生气化，这些气化后的工作液和工件蒸汽瞬间迅速热膨胀，并具有爆炸的特性。这种热膨胀和局部微爆炸，抛出熔化和气化了的工件材料而实现对工件材料进行电蚀切割加工[2]。

图2 电火花线切割加工原理图

电火花线切割加工与其他成型加工比

较，主要有以下特点：

(1)它用一根长的金属丝做工具电极，不需要制造成型电极，工件材料的预加工量少。

(2)加工对象主要是平面形状，能方便地加工复杂截面的型柱、型孔、大孔、小孔和窄缝等。

(3)脉冲电源的加工电流较小，脉冲宽度较窄，属中、精加工范畴，所以采用正极性加工，脉冲电源的正极接工件、负极接电丝。

(4)由于电极是运动着的长金属丝，单位长度电极丝损耗较小，所以当切割面积的周边长度不长时，对加工精度影响较小。

(5)工作液选用水基乳化液，而不是煤

油，非但不易引发火灾，而且可以节省能源物资。

(6)自动化程度高，操作方便，加工周期短，加工成本低[3]

。

3 微细电火花线切割加工表面

质量

3.1 人为因素对工件表面质量的影响

电火花线切割加工表面质量差甚至引起工件报废有很多原因，而且各种因素相互

影响， 数控线切割机床加工效果的好坏，在很大程度上取决于操作人员技术素质，如果操作人员操作不当必然引起零件的表面质量不理想。所以在电火花线切割加工中需要主要：①程序的编制正确 ②工作液保持一定的清洁度 ③工件装夹与找正正确 ④优化切割路线线切割加工属于较精密加工，其加工往往是最后一道工序，加工打破了材料原有应力的平衡状态，由于加工路线的不合理，会引起刚度和应力变形，致使切割表面质量和精度下降。如果发生变形，则难以弥补。因此，对零件要加工时，必须对加工质量和工件的综合技术指标加以分析，分析在加工过程中哪些部位最易变形，在加上中制定合理的加工路径。加工路线的选择应有利于保证工件在切割过程中因在夹具等的作用下不产生变形，合理的切割路线应将工件与夹持部位分离的切割段安排在总的切割程序末端，将暂停点设在靠近毛坯夹持端的部位[4-5]

。

3.2 材料因素对工件表面质量的影响

在工艺条件大体相同的情况下，工件材料的化学、物理性能不同，其熔点、气化点、导热系数等都不一样，因而即使按同样方式

加工，加工效果也将不同，为了加工出尺寸精度高、表面质量好的线切割产品，必须对所用工件材料进行细致考虑。由于工件材料内部残余应力对加工的影响较大，在对热处理后的材料进行加工时，大面积去除金属和切断加工会使材料内部残余应力的相对平衡受到破坏，从而可能影响零件的加工精度和表面质量。为了避免这些情况，要将工件被加工区清理干净，特别是经过热处理后的工件上的残物和氧化物清理掉，因为这些残存物不导电，会导致断丝、烧丝或工件表面出现裂痕，严重时会使电极丝离开加工轨迹，造成工件报废。应选择锻造性好、淬透性好、热处理变形小的材料；合理选择热加工工艺，既在热处理(包括淬火、回火)和铸造、锻造等工艺之后增加一些热处理工序以消除内应力

[6-8]

。

3.3 机床因素对工件表面质量的影晌

机床的精度和维护保养非常重要，因为加丁工件的高精度和高质量是直接建立在机床的高精度基础上的，囚此在每次加工之前必须榆查机床的工作状态，才能为获得高质量的机械加工工件提供条件。

(1)参数调到最佳状念，以减少断丝现象。

在加工过程中由于采用的电极丝是循环运行，机床故障或操作不当等囚素很容易造成加工过程中发生断丝，不仅会影响加工质量，更严重的会造成工件报废。

加工中如果发生断丝加势必会回到起始点，重新上丝再次进行加工，不但使加丁时间延长，而且使加工件表面质量和加工精度下降。因此在机床使用中应定期检查运丝机构的精度，及时消除超羞跳动与窜动。加工过程中还应注意倾听机床发出的声音。同时，正常加工时，机床的电流表、电压表的指针应是振幅很小，处于稳定状态，此时进给速度均匀而且平稳。电极丝的张力对机械加工工件的表面质量也有很大的影响，加工表面质量要求高的件，应在不断丝的前提下尽可能提高电极丝的张力。

(2)必须检查导电块的磨损情况。 高速走丝线切割机一般在加工5 0～8 0小时后就须考虑改变导电块的切割位置或

者更换导电块，有脏污时需用洗涤液清洗。必须注意的是：当变更导电块的位置或者更

换导电块时，必须重新校正电极丝的垂直度，以保证加工工件的精度和表面质量。

(3)检查导轮的转动情况。 导轮是线切割机床的关键零件，它直接关系到切割的表面质量，由于导轮、导电块的机械磨损，导轮和导电块的V型槽轴承磨损严重，在实际切割中经常会出现加工工件表面不平，上下处有纹路等现象，导致电极丝抖动甚至断丝，影响表面质量。为此，在加工中应及时清理 V型槽内的电蚀产物和清洗轴承，并及时更换已经磨损的导轮。以保证导轮旋转灵活，减小导轮的轴向窜动和径向跳动，使加工过程稳定运行。

导轮若转动不好则应该更换，另外还必须仔细检查上、下喷嘴的损伤和脏污程度 ，导电块、导轮和上、下喷嘴的不良状况也会引起线电极的振动，这时即使加工表面能进行良好的放电，但因电极丝振动，加工表面也很容易产生波峰或条纹，最终引起工件表面粗糙度变差。必须用清洗液清除脏物，有损伤时需及时更换。还应经常检查贮丝筒内丝的情况，丝损耗过大就会影响机械加的精度及表面质量需及时更换[9]。

4 微细电火花线切割加工基本工艺规律

4.1 放电参数对加工精度的影响 4.1.1 脉冲宽度ti

通常ti加大时加工速度提高而表面粗糙度变差。一般ti=2μs-60μs，当ti＞40μs后，加工速度提高不多，但电极丝损耗增大。在分组脉冲及光整加工时，ti可小至0.15μs以下，能改善表面粗糙度至 Ra＜11.25μs。 4.1.2 脉冲间隔to

to减小时平均电流增大，切割速度正比加快，但to不能过小，以免引起电弧和断丝。一般取to=( 4～8 ) ti。但在刚切入，或大厚度工件加工时，应取较大的to值[7]。 4.1.3 开路电压ui

该值会引起放电峰值电流和电加工间隙的改变。ui提高，加工间隙增大，排屑容易，提高了切割速度和加工的稳定性，但容易造成电极丝振动，通常ui的提高还会使电极丝的损耗加大，所以一般ui=60V～150V。 角半径磨损超过电极丝半径时，将不能保持电极丝的精确位置。由于导轮轴线不平行或

O形槽不在同一平面内，导轮的圆角半径会较快地磨损，使电极丝在正反向运动时不是靠在同一侧面上，加工表面产生正反向导4.1.4 放电峰值电流ie

该参数是决定单脉冲能量的主要因素之一。ie增大时，切割速度提高，表面粗糙度增大，电极丝损耗比加大甚至断丝。一般对于陕走丝线切割机床ie取15A～40A,平均电流小于5A.慢走丝线切割机床ie为100A～500A,最大时可达1000 A。 4.1.5 极性

线切割加工因脉宽较窄，所以都用正极性加工，也就是工件接电源的正极，否则，切割速度变低而电极丝损耗增大。 4.2 非电参数对加工精度的影响[8]。 4.2.1 工作液

线切割工作液使用性能的优劣不仅仅影响到人们可以直观感觉到的加工工艺指标，如切割速度、表面质量、表面均匀性等而且还影响到其他的诸多因素，包括加工稳定性，电极丝寿命等。

电加工的工作液区别于其它加工方式的工作液很明显的一点就是它除了有冷却排屑的作用外，还有介电的作用。煤油，水，乳化剂等都能作为快走丝的工作液，而陧走丝多用去离子水。工作液的注入方式和注入方向对线切割加工精度有较大的影响。在工作液中增加浓度、加大脉问、加入适量的电解质或清洗剂从而通过切缝的增宽、洗涤能的增加以改善切缝中的介质均匀情况均有助于减弱或消除切割表面换向条纹，提高表面精度[9]。

4.2.2 电极丝的影响

①电极丝抖动

电极丝运动的位置主要由导轮决定， 如果导轮有径向跳动或轴向窜动，电极丝就会发生振动。假定下导轮固定，上导轮在水平方向有径向跳动或轴向有窜动，这时切割出的圆柱体工件必然出现圆柱度偏差，其它工件将会出现相应的形位误差。如果上下导轮都振动，那么在工件加工部位某个空间位置上的精度均可能降低。导致导轮O形槽圆

纹。同时，由于电极丝的抖动，会使得切缝变宽。解决办法：定期更换导轮或导轮轴承；调整电极丝垂直度的质量。若上丝过松，在切割较厚工件时，电极丝呈弧线状，从而造成形状与尺寸误差，如切割较厚圆柱体时会出现腰鼓形状。解决办法：上丝过程中外加辅助张紧力。通常可采取逆转电动机或上丝后采用张紧手持滑轮再张紧一次。另外卷丝筒的转动与移动精度造成电极丝的抖动，影响加工零件的尺寸和粗糙度。解决办法：更换较高精度的卷丝筒或进行校正[10-12]。 ②丝的垂直度

丝的垂直度对工件的影响很大，由于机床的制造误差及装配时的误差使线切割机床的丝架与工作台会有一定的垂直度误差。工作台和丝架一经固定，其垂直度就成为定值，因此在加工之前一定要矫正丝的垂直度，可以借助于垂直矫正仪，也可以根据经验借助于光源投射于纸上进行观察[12-15]。

5 小结：

微细电火花线切割加工是正在发展中的新工艺 、新技术。它特有的功能，为各种新型材料的发展和应用开辟了广阔的途径，为各种工业产品的改革与制造提供了新的加工设备，为现代科学技术的发展和试验设计水平的提高提供了有效的手段。

随着其关键技术的不断进步与突破，尤其是微细电极丝以及微能量脉冲电源等技术的突破，将使微细电火花线切割加工技术进人一个崭新的发展阶段，从而具有更广泛的应用前景。

参 考 文 献

[1] 狄士春,黄瑞宁,迟关心.微细电火花线

切割加工关键技术[J].机械工程学

报，2006,42(1):34-36.

[2] 卢晨光,范久臣,孙丽霞. 电火花线切

割加工技术在陶瓷加工中的应用[J].吉林化工学院学报，2009,26 (3):63-65.

[3] 曹凤国.电火花加工技术，北京化学工业出版社，2005.

[4] 亢华.基于电火花线切割加工表面质

量探讨[J].北京电力高等专科学校学报，2009,12:113-114.

[5] 王姗珊.电火花线切割加工中非电参

数对工艺指标的影响[J].中国新技术新产品，2010,5:158-159.

[6] 伍端阳.数控电火花线切割加工应用

技术问答.北京:机械工业出版社，2008.

[7] 周旭光.特种加工技术.西安：西安电子科技大学出版社，2004.

[8] 杨亚琴,王金娥.提高电火花线切割加

工精度的几种因素的探讨[J].现代机械，2009:77-78.

[9] 张学仁.数控电火花线切割加工技术.

哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2000.

[10] 蔡乐安.连续加工中线切割工作液对

加工的影响[J].电加工与模，2002,21-24.

[11] 俞容亨.数控线切割加工使用说明书.苏州开拓电子技术有限公司，2004. [12] 赵淳.线切割加工中断丝现象分析与

防止措施[J].电加工与模具，2004. [13] LIAO Y S,WOO J C.The effect of

machining settings on the behavior of

pulse trains in the WEDM process[J].J.Mater.Proces-s.Technol,1997,71(23):433-439. [14] PURI A B.BHATTACHARYYA B.An

analysis and optimization of the geometrical inaccuracy due to wire lag

phenomenon in.International Journal of Machine.2003,43(8):151-159. [15] KOCH O,EHRFELD W,MICHEL F,et

al.Recent progress in micro-electro discharge Proceedings Of The 13th

Int.Symp.on Electro Machining,

Spanish,2001:1-163.