電火花線切割加工的應用

摘? 要：電火花線切割加工（WEDM）是一種專用的熱加工工藝，它能夠高精度加工具有鋒利邊緣、復雜外形或者不同硬度的材料，因為這些材料使用傳統的切削加工等工藝。電火花線切割加工是基于傳統電火花加工發展而來的一種新式的非接觸式加工工藝。該工藝自誕生以來，已不局限于簡單的工具和模具制造，如今已成為加工具有高尺寸精度和高表面粗糙度的微型零件重要加工手段。本文簡要介紹了電火花線切割加工的原理，并介紹了電火花線切割加工的具體應用。

關鍵詞：電火花線切割加工? 電火花放電加工? 加工工藝? 應用

中圖分類號：TG484? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（a）-0056-03

Abstract： Wire-cut electrical discharge machining（WEDM） is a specific thermal processing technology that can process materials with sharp edges， complex shapes or materials with different hardness， because these materials are very difficult to be machined using traditional machining processes. WEDM is a new type of non-contact machining technology based on the development of traditional EDM. Since the introduction of this process， it has not been limited to simple tool and mould manufacturing and has now become an important processing method for processing micro-parts with high dimensional accuracy and high surface roughness. This paper briefly introduces the principle of WEDM and its application.

Key Words： Wire-cut electrical discharge machining; Electrical discharge machining; Processing technic; Application

多年以來，電火花線切割加工（WEDM）在工業領域內，因其可滿足由產品開發周期短和成本壓力不斷增加而提出的苛刻加工要求，逐漸成為一種應用廣泛的非傳統加工工藝[1]。WEDM可以加工高強度的硬質材料，以及耐腐蝕、耐磨等難以加工的材料。如今，WEDM的應用領域包括模具加工、飛機發動機渦輪葉片加工、傳統工藝無法加工的材料（例如工具鋼、鈦、金屬基復合材料和硬質合金等）。此外，除了加工導電工件，WEDM還可以通過參雜金屬材料的方式加工絕緣陶瓷和非導電材料[2]。

1? WEDM加工原理

在WEDM中，材料是通過金屬線工具電極與工件之間發生的電火花腐蝕效應被去除的。如圖1所示，兩個電極被工作液隔開。在工作液中的工具電極和工件之間施加脈沖電壓，通過電火花放電產生的瞬間高溫，使得工件表面被融化，通過汽化爆炸的過程使金屬顆粒從表面被拋出，通過工作液的循環流動將脫離的金屬顆粒帶離工件表面[3]。

2? WEDM應用

本節將介紹WEDM工藝在各種材料加工中的應用。

2.1 現代工藝裝備材料

WEDM已廣泛用于加工工藝裝備材料。WEDM可用于硅片、燒結碳化物制成的壓模等工裝的加工。圓柱形線切割機床也可用于修整用于陶瓷精密成型磨削的金剛石砂輪。再加工砂輪時，WEDM能夠以較小的拐角半徑生成精確而復雜的輪廓，但是在第一次切割的過程中，金剛石砂輪的磨損率較高，這是由于過度突出的金剛石晶粒引起的，這些晶粒在WEDM工藝之后不會牢固地粘結到砂輪上。WEDM與激光切割工藝相比，使用WEDM加工永磁材料NdFeB（釹磁鐵）和MnZn（錳鋅）軟磁鐵氧體磁性材料時，可獲得更高的表面粗糙度質量和尺寸精度，但是切割速度較低。同時，微型WEDM工藝可用于高深寬比、中等尺寸的金屬材料（不銹鋼，氮奧氏體不銹鋼，鈹銅和鈦）零件。

2.2 先進陶瓷材料

WEDM工藝也已發展成為最有前途的先進陶瓷加工方法之一。陶瓷材料通常是通過金剛石研磨加工而成，然而WEDM如今也可用于加工碳化硼（B4C）和浸滲碳化硅（SiSiC）等陶瓷材料。有研究表明導電碳化物含量，如碳化鈮（NbC）和碳化鈦（TiC）等對WEDM加工的切割速度和表面粗糙度都會有影響。同時，WEDM也成功用于加工氮化硅鋁氧501（sialon 501）和氧化鋁-碳化鈦（Al2O3-TiC）等陶瓷材料。

工程陶瓷依據摻雜導電元素的數量可分為非導體、天然導體和導體。為了突破WEDM不能用于加工非導電材料的局限性，對于材料的電阻率在100?/cm或300?/cm時，可通過使用輔助電極來促進其放電。導電顆粒從輔助電極擴散到氮化硅鋁氧（sialon）陶瓷表面上，從而有助于將電極送入絕緣材料中。在其他氧化陶瓷（如ZrO2和Al2O3）等絕緣陶瓷材料上該方法也同樣適用。

2.3 現代復合材料

WEDM被認為是加工現代復合材料的有效且經濟的工具[4-6]。在碳纖維或液晶聚合物作為增強體的金屬基復合材料的加工過程中，WEDM在切削邊角時的加工質量比激光切割加工更高，并且可以更好地控制工藝參數，同時減少工件表面損傷，但是WEDM去除材料的速率較低。與金剛石加工相比，WEDM得到的產品具有相當的粗糙度和硬度，同時WEDM有更高的加工效率。

3? 結語

電火花線切割加工作為一種非傳統的加工方式，在多種材料的加工中已經廣泛應用。本文主要對其在工藝裝備材料、陶瓷材料、現代復合材料等三個領域的應用進行介紹。當然，WEDM也會在更多非傳統材料的加工中有所應用。

參考文獻

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