電火花線切割加工中非電參數對工藝指標的影響

王姍珊

（長春職業技術學院，吉林 長春 130033）

在如今的制造行業，電火花加工作為一種特種精密加工技術，近年來得到了迅速的發展。尤其是線切割加工技術的提高更是迅猛，電火花線切割加工90%用于模具加工中，所以精度要求相當高。從電加工的技術角度來說，雖然影響工藝指標的因素很多，并且互相關聯，不過最重要的還是在于它的工藝技術和技巧，只有工藝合理，才能高效率地加工出質量好的工件。因為脈沖電源的電參數調整是加工精度和表面粗糙度的重要標志，所以很多人忽略了非電參數對加工工藝指標的重要影響，以下我們就來分析一下非電參數對電火花線切割加工的影響規律。

1 電極絲

1.1 電極絲的種類

線切割技術的發展，離不開電極絲技術的同步發展。因為線切割機的切割效率和切割質量與電極絲的性能緊密相關，而電極絲技術的突破往往會導致線切割機設計的革新。

有人提出“不同的加工，采用不同的電極絲”這一理念，確實比較合理，因為現在的線切割加工有著比過去更多的變化，從加工材料、切割速度、輪廓精度、表面質量到工廠的運行模式等等。而對于這些相互起作用的變數來說，只有選擇合適的電極絲才能使工廠對加工效率、加工成本和加工質量整體進行優化。

目前電火花線切割加工使用的電極絲材料有鉬絲、鎢絲、鎢鉬合金絲、黃銅絲、銅鎢絲等。在歐美和日本等發達國家，以鍍鋅電極絲為主的高性能電極絲正在逐漸取代放電性能受到很大局限的黃銅絲，因為它的切割速度較之采用黃銅絲有30%～50%的顯著提升。

采用鎢絲加工時，加工速度比較高，但是在放電后絲質易變脆，容易斷絲，所以實際應用不是很多，但是慢走絲在加工要求不是很高的時候可以使用。相對鎢絲，鉬絲熔點低，抗拉強度低，但是韌性比較好，在驟冷驟熱的惡劣環境中不容易斷絲。而鎢鉬合金絲整合了前兩種鎢絲和鉬絲的特性，故加工效果比較好，使用壽命比較高。對于銅鎢絲雖然加工效果好，但是抗拉強度差，并且成本較高，所以應用也不是很多。黃銅絲做電極絲時加工速度高并且穩定性好，但是損耗很大。

不過綜合考量之后，目前市場上快走絲線切割加工中廣泛使用鉬絲作為電極絲，而慢走絲線切割加工中廣泛使用直徑為0.1mm的黃銅絲作為電極絲。

1.2 電極絲的直徑

電極絲的直徑是根據加工要求和工藝條件選取的。以鉬絲為例絲徑0.06mm 最小拉斷力在2-3N，絲徑0.22mm 最小拉斷力22-25N。也就是說電極絲直徑達，抗拉強度大，承受電流大，能采用較強的電規準進行加工，提高加工速度。所以在加工要求允許的情況下，可選用直徑大點的電極絲。

電極絲直徑大，切縫就寬，放電產物排除條件顯然就會好，加工過程穩定。不過電極絲粗，同時帶來的問題是很難教工內尖角工件，加工精度會降低，同時切縫過寬速度也會下降。

電極絲直徑小，很明顯抗拉強度低，容易斷絲，放電產物排除條件差，加工的穩定性不易保證，速度同樣也提不上來。不過精度卻會有所提高。

1.3 走絲速度

對于電火花線切割機床，絲速對加工速度的影響之于快走絲和慢走絲雖然都是越快越快的，但是在一定程度以后卻是不同的。如果用曲線說明如下圖[1]。

對于快走絲在一定的加工條件下，隨著絲速的增大加工速度提高，但是實踐證明，當絲速由1.4m/s 上升到7-9m/s時，走絲速度對加工速度影響很大，若繼續增加絲速，切割速度反而會出現一個下降，這是因為排屑條件雖然改變，蝕除作用基本不變了，可是儲絲筒一次排絲的運轉時間減少，一定時間內換向次數明顯多了，這就意味著非加工時間增大，所以加工速度反而會慢下來。

而對于慢走絲提高電極絲走絲速度，工作也容易被帶入放電間隙，所以會提高速度，但當絲速達到某一值時，加工速度就會趨向穩定。這是慢走絲這種加工方式本身的特點決定的，它因為平穩均勻才能得到良好的精度和粗糙度。

1.4 換向及張力

進行過線切割加工的人都會有印象，快走絲下來的工件，表面會有一層黑色的黏著物，并且極不易清洗，通常我們用煤油擦拭才會露出材質本身。當然這是因為放電腐蝕的產物，不過擦拭之后通常會有波紋，這是因為儲絲筒的換向導致的。因為電極絲做往復運動，所以當電極絲較短，儲絲筒換向周期較短或者切割件比較厚的時候，如火脈沖間隔進給速度等參數配合不當，切割表面就會出現條紋。

電極絲的張力對工藝指標影響也是很大，如果電極絲張力太小,放電產生的力和沖液產生的力易使電極絲晃動,而影響工件質量,如產生鼓形,線紋,拐角塌角等,也容易引發加工短路。如果電極絲張力太大,放電腐蝕電極絲易使其變小變脆,就容易產生斷絲了。

2 工作液

線切割工作液使用性能的優劣不僅僅影響到人們可以直觀感覺到的加工工藝指標，如切割速度、表面質量、表面均勻性等而且還影響到其他的諸多因素，包括加工穩定性，電極絲壽命等。

電加工的工作液區別于其它加工方式的工作液很明顯的一點就是它除了有冷卻排屑的作用外，還有介電的作用。煤油，水，乳化劑等都能作為快走絲的工作液，而慢走絲多用去離子水。工作液的注入方式和注入方向對線切割加工精度有較大的影響。

目前快走絲用的注入方式基本是噴入式[2]。因為噴入式注入的工作液流動速度會更快，加工比較穩定。但是因為會隨著工作液帶入空氣，兩種介質的介電常數又不同，所以難免會影響加工精度。而慢走絲用的就是浸泡式和噴入式復合的方式注入。所以慢走絲的加工精度更高。

利用快走絲加工時，有時會發現加工的工件有斜度，這也是因為工作液注入的時候在工件上方和下方不一樣，入口處比較純凈，而出口處雜志比較多，并且隨著工件厚度的增大斜度也會增大。

性能良好的工作液因為冷卻和排屑性能良好，切割速度快，當然就比較容易變黑，但變黑的工作液并不一定就到了使用壽命了，因此以工作液的顏色作為使用壽命的判據是不準確的。快走絲線切割機床的工作液裝置一般都沒有凈化設施，工作液使用時間不能太長；慢走絲線切割由于多用去離子水，所以應定期更換離子交換樹脂，不然都會影響速度和精度。實踐證明清洗性好的工作液在切割過程中會吐出大量的黑沫，在這種情況下，加工工件表面的均勻性較好。在工作液中增加濃度、加大脈間、加入適量的電解質或清洗劑從而通過切縫的增寬、洗滌性能的增加以改善切縫中的介質均勻情況均有助于減弱或消除切割表面換向條紋，提高表面精度。

3 工件

3.1 工件材質

在加工時，如果工藝條件大體一致，那么工件的材料也會對工藝指標產生影響，因為材料的物理特性和化學特性都不同，所以加工出來的效果肯定不能相同。脈沖放電能量在兩機上的分配傳導和轉換都不同。在單個脈沖放電能量相同情況下，用銅絲加工硬質合金比較工鋼件產生的放電痕跡小，速度低，表面粗糙度好，同時電極絲損耗大。線切割在加工銅件過程中比較穩定，速度也較快。而對于硬質合金等高硬度高脆性的材料，穩定性和速度都比銅件低，各種鋼件在加工時更是不穩定，速度更慢。

3.2 工件厚度

工件的厚度對加工速度也有較大的影響，在一定的工藝條件下，加工速度將隨工件厚度的變化而變化，一般都有一個對應最大加工速度的工件厚度。電火花通道壓力對電極絲抖動的抑制作用也與厚度有關，工件材料薄時，加工穩定性好，速度快，但是若太薄，電極絲則容易抖動，影響精度。工件材料厚時，工作液難以進入，加工穩定性差，容易短路。

總結以上，通過分析可以看出，非電參數對于加工工藝指標影響還是很大的，當然，除了本文列舉的電極絲，工作液，工件因素外，還有進給速度也是影響工藝指標的非電參數，但是進給速度可以通過對于脈沖寬度等電參數的調節而調節，所以本文就不予討論了，“欲工其效，先利其器”。在制造業里層出不窮的新設備、新工具和新材料帶來的是更好的加工效果和更高的加工效率，同時也意味著更好的經濟效益，然而對于已知設備技術的精進也是不可或缺的因素。所以為了保證電火花線切割加工中的工藝指標，非電參數的考量必須提上日程。

[1]周旭光.[M].西安:西安電子科技大學出版社,2004.

[2]劉志東 王振興 李建軍 程國柱.基于復合工作液的低速運絲電火花線切割噴液極間流場研究[J].電加工與模具,2009,（4）:52-55.