線切割質量對工件壽命的影響

◎趙忠華 殷志明

（作者單位：壹勝百模具（青島）有限公司）

一、線切割加工簡介

20 世紀，蘇聯科學家在研討開關觸點受火花放電腐蝕損壞的現象和原因時，發現電火花的瞬時高溫可以使部分的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，然后開創和發明了電火花加工辦法，并于1943 年利用電蝕原理研制出世界上第一臺實用化的電火花加工-裝置，才真正將電蝕現象運用到實際生產加工中。

線切割的加工原理主要依靠正負極之間電火花放電腐蝕作用實現。線切割絲連接電源的負極，工件接電源的正極，在正負極間施加脈沖電壓，當兩電極間的間隙小到一定程度時，電極間液體介質被擊穿，形成放電通道，電流迅速上升。在放電的微細通道中瞬時集中大量的熱能，溫度可高達一萬攝氏度以上，壓力也有急劇變化，從而使這一點工作表面局部微量的金屬材料立刻熔化、氣化，并爆炸式地飛濺到工作液中，迅速冷凝，形成固體的金屬微粒，被工作液帶走。放電短暫停歇，兩電極間工作液恢復絕緣狀態。緊接著，下一個脈沖電壓又在兩電極相對接近的另一點處擊穿，產生火花放電，重復上述過程，從而達到去除工件多余材料的目的。

圖（一）線切割簡單原理示意圖

二、線切割加工的優劣勢

線切割加工相對于其他金屬加工制造工藝，我總結其有如下特點：

1.節省材料成本。線切割只對材料沿輪廓進行“套料”加工，切割下來的材料可繼續利用，且線切割絲直徑在0。2mm 左右，相對于傳統的銑削加工，能極大的提高材料的利用率，節約產品的成本。

2.加工不受工件材料硬度、剛性的影響，只要工件為導電材料就能夠使用線切割進行加工。

3.受線切割絲直徑與放電間隙的影響，被加工工件的內拐角最小半徑有限制，無法準確加工為尖角。

4.線切割加工的特性會局部改變工件的內部組織結構，組織結構的改變能大大降低工件的使用壽命。

三、線切割的失效模式分析及對策

1.機床：Sodick Aln400gs。

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2.材質：UDDEHOLM SLAIPER。

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3. 加工參數：電極絲為黃銅絲，直徑0.2mm，低速走絲（0.4m/s）加工電壓60V，電流3A。工件加工后，樣塊使用金相顯微鏡放大200 倍圖片如下，發現工件被加工表面有白色變質層和微小裂紋，白色變質層厚度較大值為28.0μm，平均增為13.8μm。

圖（二）樣塊基體金相組織照片（200X）

4.缺陷產生原因。

線切割是利用電流放電熱效應進行加工的，工件材料表面因放電產生瞬時高溫而熔化，工件表面的熔化層（變質層由熔化凝固層與熱影響層組成）在金相照片上呈現白色，又稱為白層。它不僅與基體金屬完全不同，是一種淬火態組織，而且與內層的結合也不甚牢固，顯微硬度明顯下降。它主要由馬氏體、大量晶粒極細的殘余奧氏體和某些碳化物組成。

線切割加工工件時，工件表面產生瞬時高溫的同時，又要承受工作液的快速冷卻作用。由于金屬從熔化狀態突然急冷凝固，材料收縮產生拉伸熱應力，從而促使表面的變質層產生諸多細小的顯微裂紋。

5.線切割加工后失效案例。

圖（三）線切割白層導致失效圖片

圖（四）線切割微裂紋導致失效圖片

通過上述兩個工件的得知，工件由裂紋萌生和擴展兩個階段組成，一旦工件表面加工有嚴重的缺陷，如有線切割微裂紋或白層存在，工件的疲勞開裂直接進入到第二階段，即裂紋擴展階段，這一階段的壽命很短，表現為過早開裂。

圖（五）加工表面缺陷對工件壽命的影響

四、結論

為提高工件的使用壽命，建議做以下改善：

1.采用高峰值窄脈沖電參數，使工件材料以氣相拋出，氣化熱大大高于融化熱，以帶走大部分熱量，避免工件表面過熱，降低白層的厚度及微裂紋深度；

2.大型、厚壁、形狀復雜或厚度不均勻工件，采用多次線切割，降低工件的變形和表面缺陷；

3.線切割后工件通過研磨或者磨削的方式去除白層，避免白層對工件壽命的影響。