線切割-線切割技術(shù)加工原理-線切割技術(shù)加工范圍

線切割加工是通過電火花的放電原理對(duì)零件進(jìn)行加工，也叫電火花線切割。具體是將工件接入脈沖電源正極，采用鉬絲或銅絲作為切割金屬絲，將金屬絲接高頻脈沖電源負(fù)極作為工具電極，利用火花放電對(duì)加工零件進(jìn)行切割。

　　脈沖電源提供加工能量，加工過程中應(yīng)用專用的線切割工作液清楚加工中產(chǎn)生的碎屑。在電場(chǎng)的作用下，陰極和陽(yáng)極表面分別受到電子流和離子流的轟擊，使電極間隙內(nèi)形成瞬時(shí)高溫?zé)嵩词咕植拷饘偃刍蜌饣饣蟮墓ぷ饕汉凸ぜ牧险羝查g迅速膨脹，在這種熱膨脹以及工作液沖壓的共同作用下，熔化和氣化的工件材料被拋出放電通道，至此完成一次火花放電過程。

線切割技術(shù)加工原理

　　電火花線切割的加工原理主要依靠電火花放電作用實(shí)現(xiàn)。如下圖所示，電極絲通過進(jìn)電塊接電源的負(fù)極，工件接電源的正極，在正負(fù)極間施加脈沖電壓，并不斷噴注具有一定絕緣性能的工作液，當(dāng)兩電極間的間隙小到一定程度時(shí)，由于兩電極的微觀表面凹凸不平，其點(diǎn)成分布不均勻，離得Z近凸點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度Z高，機(jī)間液體介質(zhì)被擊穿，形成放電通道，電流迅速上升。

　　在電場(chǎng)的作用下，通道內(nèi)的電子高速奔向陽(yáng)極，正離子奔向陰極，形成火花放電，電子和離子在電場(chǎng)的作用下，高速運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞，陰極和陽(yáng)極表面分別受到電子流和離子流的轟擊，使電極間隙內(nèi)形成瞬時(shí)高溫?zé)嵩?中心溫度高達(dá)10 000 ℃)，以至于局部金屬熔化和氣化。氣化后的工作液和工件材料蒸汽瞬間迅速膨脹，并具有爆炸特性。

　　在這種熱膨脹、熱爆炸以及工作液沖壓的共同作用下，熔化和氣化的工件材料被拋出放電通道，至此完成一次火花放電過程。當(dāng)下一個(gè)脈沖到來時(shí)，繼續(xù)重復(fù)以上的火花放電過程，從而將工件切割成形。

線切割技術(shù)加工特點(diǎn)

　　1、能加工傳統(tǒng)方法難以加工或無法加工的高硬度、高強(qiáng)度、高脆性、高韌性等導(dǎo)體材料及半導(dǎo)體材料。

　　2、由于電極絲很細(xì)小，可以加工細(xì)微異型孔、窄縫和復(fù)雜形狀零件。

　　3、工件被加工表面受熱影響小，適合加工熱敏感性材料;同時(shí)，由于脈沖能量集中在很小的范圍內(nèi)，加工精度較高。

　　4、加工過程中，電極絲與工件不直接接觸，無宏觀切削力，有利于加工低剛度工件。

　　5、由于加工時(shí)產(chǎn)生的切縫窄，實(shí)際金屬蝕除量很少，材料的利用率高。

　　6、電火花線切割直接利用電能加工，電參數(shù)易調(diào)節(jié)，操作系統(tǒng)采用數(shù)控系統(tǒng)，便于實(shí)現(xiàn)加工過程的自動(dòng)控制。

　　7、與普通切削加工手段相比，生產(chǎn)效率相對(duì)較低;電極絲有損耗;對(duì)工件的拐角Z小半徑有限制;加工質(zhì)量對(duì)操作者依賴度較高。

線切割技術(shù)加工范圍

　　1、加工沖模，如精密沖模的加工制造，電火花線切割加工是不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。包括大、中、小型沖模的凸模、凹模、固定板、卸料版等的加工。

　　2、加工鑲拼型腔模、粉末冶金模、彎曲模、拉絲模等。

　　3、加工樣板、成型刀具等。

　　4、加工細(xì)微異型孔、窄縫和復(fù)雜形狀零件，如異型孔噴絲板、射流元件、激光器件、電子器件等的微孔與窄縫。

　　5、加工各種特殊材料和特殊結(jié)構(gòu)的零件，如電子器件、儀器儀表、電動(dòng)機(jī)、鐘表等零件，以及齒輪、薄殼器件等。

　　6、各種導(dǎo)電材料，特別是稀有貴重金屬的切割;各種特殊結(jié)構(gòu)零件的切斷等。

電火花線切割機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀

　　電火花線切割機(jī)床根據(jù)走絲速度和運(yùn)動(dòng)方式的不同分為高速往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床(以下簡(jiǎn)稱“快走絲線切割機(jī)床”)、低速單向走絲電火花線切割機(jī)床(以下簡(jiǎn)稱“慢走絲線切割機(jī)床”)2種。

　　1、高速走絲電火花線切割機(jī)床的發(fā)展

　　快走絲線切割機(jī)床是我國(guó)duchuang的電加工機(jī)床，經(jīng)過四五十年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，在我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)中占有重要地位。它也是目前我國(guó)生產(chǎn)的主要機(jī)種，其Z大優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、使用成本低(一般都在10 萬元以內(nèi))且加工效率高，擁有良好的性價(jià)比。

　　快走絲線切割機(jī)床的電極絲做高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，走絲速度為8～10 m/s，電極絲在加工過程中可以重復(fù)使用，電極絲直徑范圍是0.12～0.25 mm，而直徑為0.18 mm是Z常用的;加工表面粗糙度可達(dá)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。

　　由于快走絲線切割機(jī)床電極絲損耗快、主機(jī)結(jié)構(gòu)剛性差，受加工環(huán)境的溫度變化的影響大、精度不穩(wěn)定、開環(huán)控制進(jìn)給系統(tǒng)、工作液的導(dǎo)電率隨著使用時(shí)間變化等因素影響，使機(jī)床的加工精度受到限制。

　　近年來國(guó)內(nèi)生產(chǎn)快走絲線切割機(jī)床的廠家都將提高往復(fù)走絲機(jī)床的精度(主要是定位精度和重復(fù)定位精度)與加工零件表面質(zhì)量2個(gè)方面作為產(chǎn)品發(fā)展的重點(diǎn)突破方向，在主機(jī)制造技術(shù)、脈沖電源技術(shù)、控制技術(shù)、加工工藝等方面取得了重大進(jìn)展。

　　2、單向低速走絲電火花線切割機(jī)床的發(fā)展

　　低速走絲電火花線切割(單向慢走絲) 這類機(jī)床的電極絲做低速單向運(yùn)動(dòng)，一般走絲速度不高于0.2 m/s;在加工過程中電極絲使用一次便廢棄，對(duì)抗拉強(qiáng)度要求不高，電極絲材料一般選用鍍鋅的銅絲或黃銅絲，直徑范圍0.03～0.35 mm，高生產(chǎn)率時(shí)可用0.3 mm以下的鍍鋅黃銅絲進(jìn)行加工，加工的表面粗糙度一般可達(dá)Rɑ：1.6～0.2 μm，可控加工精度為0.005～0.002 mm。主要特點(diǎn)是：由于電極絲單向運(yùn)動(dòng)，一次性使用，張力均勻，振動(dòng)小，所以加工穩(wěn)定性、表面粗糙度、精度指標(biāo)均優(yōu)于快走絲機(jī)床。

　　單向慢走絲線切割Z早是國(guó)外生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種。我國(guó)對(duì)慢走絲線切割機(jī)床的研究起步較晚。但是，近年來我國(guó)的科研人員和企業(yè)在國(guó)家專項(xiàng)基金的支持下，投入大量的研發(fā)力量，現(xiàn)在已完成新一代慢走絲線切割機(jī)床的研發(fā)，目前已經(jīng)有具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品在市場(chǎng)上銷售，其性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)外中檔機(jī)的水平，且在中端市場(chǎng)中占有一定的市場(chǎng)份額。

影響線切割表面粗糙度的原因

　　對(duì)線切割表面粗糙度有直接影響的因素主要有電極絲因素、電參數(shù)因素、機(jī)械因素及工件因素等，具體分析如下：

　　1、電極絲因素的影響

　　①走絲速度：快走絲線切割的走絲速度為9～11m/s，走絲速度過高，會(huì)影響到鉬絲運(yùn)行的平穩(wěn)性，為保證加工表面質(zhì)量，應(yīng)盡可能降低走絲速度。

　　②鉬絲長(zhǎng)度：在加工條件不變的情況下，增加鉬絲的有效工作長(zhǎng)度，可減少鉬絲的換向次數(shù)，減少鉬絲的抖動(dòng)，促進(jìn)加工過程的穩(wěn)定，提高加工表面質(zhì)量。

　　③鉬絲的張緊力：線切割的放電間隙是0.01mm,如果鉬絲太松，鉬絲運(yùn)行時(shí)保證不了穩(wěn)定的放電間隙，則會(huì)造成加工不穩(wěn)定，工件表面粗糙度差。加工前要先檢查鉬絲的松緊度是否合適，若太松則需緊絲。

　　2、電參數(shù)因素的影響

　　①脈沖寬度、加工峰值電流等電參數(shù)的選擇：放電加工使用的電源是脈沖電源，是影響加工表面粗糙度的重要因素。加工表面粗糙度數(shù)值隨著加工峰值電流、脈沖寬度的增大及脈沖間隔的減小而增大，加工過程中要根據(jù)加工情況合理地選擇電參數(shù)。

　　②工件的進(jìn)給速度：放電加工時(shí)，如進(jìn)給速度(變頻)調(diào)節(jié)過快或過慢會(huì)造成頻繁的短路或開路現(xiàn)象，使加工不穩(wěn)定，工件表面出現(xiàn)不穩(wěn)定的條紋或表面燒蝕現(xiàn)象。

　　3、機(jī)械因素的影響

　　①工作臺(tái)的定位精度和靈敏度：線切割機(jī)床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是通過絲桿螺母副實(shí)現(xiàn)的，為保證工作臺(tái)的定位精度和靈敏度，必須消除傳動(dòng)絲桿和螺母之間的間隙。

　　②導(dǎo)電塊與導(dǎo)輪質(zhì)量情況：導(dǎo)電塊和導(dǎo)輪質(zhì)量不好或磨損嚴(yán)重，也會(huì)引起電極絲的振動(dòng)，加工表面易產(chǎn)生條紋，引起工件表面粗糙度變差。

　　③盡可能調(diào)小絲架距：跨距過大，鉬絲運(yùn)行不穩(wěn)定，工件表面粗糙;實(shí)驗(yàn)證明，工件上表面至噴水板距離在15～30mm范圍內(nèi)加工較為穩(wěn)定。

　　④線切割工作液：工作液具有絕緣、冷卻及清洗的作用。使用時(shí)間過長(zhǎng)，臟污后的工作液功能失效，影響加工的穩(wěn)定性。工作液使用壽命一般為80～100小時(shí)，超過時(shí)間則需更換。

　　4、工件材料的影響

　　①工件厚度的影響：工件太薄，電極絲容易抖動(dòng);工件太厚，排屑困難，都會(huì)引起工件表面粗糙度差。實(shí)驗(yàn)證明，工件厚度在20～100 mm范圍內(nèi)放電加工較為穩(wěn)定。

　　②工件材料的影響：工件材料不同，性能不一樣，即使按同樣的方式加工，所得到的表面粗糙度值也不一樣;加工時(shí)，應(yīng)盡量選擇穩(wěn)定性好或熱處理變形小的材料。

線切割技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用

　　1、凹角與凸角的加工

　　在采用線切割技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工的過程中，細(xì)金屬絲的運(yùn)動(dòng)軌跡是依據(jù)電極絲的中心運(yùn)動(dòng)總結(jié)出來的，但是由于電極絲的直徑大小存在一定的誤差，因而加工工件的表面也會(huì)與細(xì)金屬絲之間存在一定的間隙，致使這種計(jì)算方法存在一定的誤差。

　　為了盡可能降低這個(gè)誤差，在進(jìn)行電極絲中心運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算時(shí)，應(yīng)該充分考慮到電極絲直徑誤差所導(dǎo)致的放電間隙。在線切割機(jī)械加工過程中，計(jì)算時(shí)的誤差與放電間隙的大小以及電極絲的半徑成正相關(guān)，并且凹角只能被加工成圓角。

　　2、過渡圓半徑的確定

　　在進(jìn)行線切割機(jī)械加工的時(shí)候，不可避免地要確定過渡圓半徑，而過渡圓半徑一方面受到加工零件精度的影響，另一方面還受到工件外形的影響。

　　通常情況下，過渡圓的半徑與被加工零件的厚度是正相關(guān)的。此外，模具進(jìn)行配合的時(shí)候也應(yīng)該根據(jù)間隙的大小調(diào)節(jié)過渡圓半徑。與此同時(shí)，在確定過渡圓半徑的大小之后，還應(yīng)該確定機(jī)床的精度能夠滿足零件的加工精度要求。

　　3、動(dòng)模加工工藝

　　動(dòng)模加工在模具加工中具有相當(dāng)重要的作用，其設(shè)計(jì)尺寸的精度、材料的硬度、設(shè)計(jì)的形狀等會(huì)直接影響模具的沖裁質(zhì)量，從而影響模具的沖壓精度與使用壽命。具體工藝如下：

　?、傧仍诿鞯倪m當(dāng)位置進(jìn)行電火花或者穿孔機(jī)成型，即加工好穿孔絲，并且動(dòng)模輪廓線與穿孔絲中心之間的引入切線段應(yīng)該控制在6～9 mm。

　　②毛坯邊緣與凸模的輪廓線之間寬度不能超過毛坯厚度的1/5。

　　③在進(jìn)行后續(xù)切割預(yù)留的暫停點(diǎn)選擇時(shí)，應(yīng)盡量靠近工件毛坯的中心位置，根據(jù)工件尺寸選擇適當(dāng)?shù)膶挾萪(通常3 mm≤d≤4 mm)。

　?、苓M(jìn)行工件扭曲變形時(shí)，應(yīng)將大部分殘留變形進(jìn)行一次粗切割，保證偏移量在0.12～0.17 mm之間，然后再進(jìn)行3次精細(xì)切割，這樣能夠充分降低切割余量，工件的扭曲變形量也相對(duì)減小。

　?、輲缀跛械墓ぜ谶M(jìn)行4次外形切割之后，其工件加工就已經(jīng)完成了，這時(shí)應(yīng)用酒精將工件的毛坯端面清洗干凈，然后采用壓縮空氣吹干法將工件吹干，接著采用膠水(通常利用502快干膠水)或者粘結(jié)劑，把在精磨床磨平的厚度為0.25 mm的金屬薄片粘在毛坯上(為了避免造成不導(dǎo)電不能夠加工的現(xiàn)象出現(xiàn)，應(yīng)避免將膠水直接滴到工件的預(yù)留連接位置上)，緊接著再按照原來的4次偏移量進(jìn)行工件的切割。

　　4、定模加工工藝

　　當(dāng)模板型孔的拐角半徑較小(0.07～0.10 mm)時(shí)，就應(yīng)該選用較細(xì)的切割線(直徑不能大于0.1 mm)。相對(duì)于粗絲來說，細(xì)線的加工速度相對(duì)較慢，而且很容易出現(xiàn)斷絲的情況，即如果整個(gè)型孔的加工都采用細(xì)線，不但會(huì)造成浪費(fèi)，還會(huì)大大延長(zhǎng)工作時(shí)間。

　　因此，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析和比較，例如先用粗絲進(jìn)行所有型孔的切割，當(dāng)達(dá)到要求的時(shí)候，再適當(dāng)調(diào)整拐角的半徑，然后用細(xì)絲對(duì)所有的型孔進(jìn)行切割，使所有型孔的拐角半徑達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。如果在加工過程中更換了細(xì)絲，則應(yīng)該重新定位工件的中心，并且保證新定位的中心位置與原有中心位置之間距離不超過0.015 mm。

線切割技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　1、微細(xì)線切割技術(shù)

　　依靠微細(xì)線切割技術(shù)來加工大型機(jī)械難以加工的微小零件。電極絲采用鎢絲，由于電極絲直徑細(xì)小，加工時(shí)放電能量非常微弱，因此對(duì)于脈沖控制系統(tǒng)，機(jī)床精度等方面的要求很高。微細(xì)電極絲加工可獲得的加工精度，且在微小零件窄槽、微小齒輪的加工中具有優(yōu)勢(shì)，越來越受到機(jī)械加工行業(yè)的重視。

　　2、機(jī)床主機(jī)精度

　　機(jī)床對(duì)加工精度的影響在機(jī)械傳動(dòng)精度上，主要包括機(jī)床的傳動(dòng)精度、定位精度、幾何精度和裝備精度等。機(jī)床中絲杠、螺母、齒輪等零件存在加工誤差，導(dǎo)致加工過程中加工表面粗糙度達(dá)不到要求。

　　應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)例如：使用新型材料制造機(jī)床增加機(jī)床整體的精度和剛性、交流伺服電機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)，螺距誤差自動(dòng)補(bǔ)償功能和反向間隙補(bǔ)償功能，來提高機(jī)床的加工精度。

　　3、脈沖電源技術(shù)

　　應(yīng)用實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)放電狀態(tài)適時(shí)控制脈沖電源參數(shù)，有效地提高線切割加工效率、降低斷絲概率。數(shù)字化脈沖電源采用PLD作為高頻脈沖電源的主振控制芯片，由數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字設(shè)置脈沖電源的電流前沿的上升速率，降低電極絲損耗。

　　數(shù)字自適應(yīng)脈沖電源的可直接與PC端相連接，獲得放電間隙狀態(tài)的信息并根據(jù)一定的算法進(jìn)行自適應(yīng)控制，進(jìn)而提高加工精度。

　　4、多次切割工藝技術(shù)

　　多次切割加工是高速走絲線切割機(jī)的一個(gè)重要發(fā)展方向。在進(jìn)行精密加工時(shí)，很難憑借一次走絲就將工件加工完成，需要多次加工來實(shí)現(xiàn)。隨著脈沖電源、換絲控制系統(tǒng)、算法策略方面的技術(shù)進(jìn)步，在一些機(jī)械加工中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高速多次切割加工。但加工的穩(wěn)定度仍然不足，還有改進(jìn)的空間來實(shí)現(xiàn)更高精度的加工。

　　5、智能控制技術(shù)

　　目前線切割加工主要應(yīng)用的智能技術(shù)有：模糊控制技術(shù)、專家系統(tǒng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)等。電極絲張力與絲速的多級(jí)控制、邊界面切割的適應(yīng)控制、工作液參數(shù)的適應(yīng)控制與調(diào)節(jié)之類的智能控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于線切割加工行業(yè)。

　　專家系統(tǒng)使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有人類專家解決問題的能力，只需定義加工對(duì)象，設(shè)定相關(guān)零件性能和加工目標(biāo)，專家系統(tǒng)就能自動(dòng)生成加工工序，無須機(jī)床操作者手動(dòng)編程。當(dāng)加工系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)報(bào)警，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)揭示所出現(xiàn)的問題和解決問題的措施，大大減少排除故障的時(shí)間。