電火花線切割加工中非電參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響

王姍珊

（長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130033）

在如今的制造行業(yè)，電火花加工作為一種特種精密加工技術(shù)，近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展。尤其是線切割加工技術(shù)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(dāng)高。從電加工的技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，雖然影響工藝指標(biāo)的因素很多，并且互相關(guān)聯(lián)，不過(guò)最重要的還是在于它的工藝技術(shù)和技巧，只有工藝合理，才能高效率地加工出質(zhì)量好的工件。因?yàn)槊}沖電源的電參數(shù)調(diào)整是加工精度和表面粗糙度的重要標(biāo)志，所以很多人忽略了非電參數(shù)對(duì)加工工藝指標(biāo)的重要影響，以下我們就來(lái)分析一下非電參數(shù)對(duì)電火花線切割加工的影響規(guī)律。

1 電極絲

1.1 電極絲的種類

線切割技術(shù)的發(fā)展，離不開電極絲技術(shù)的同步發(fā)展。因?yàn)榫€切割機(jī)的切割效率和切割質(zhì)量與電極絲的性能緊密相關(guān)，而電極絲技術(shù)的突破往往會(huì)導(dǎo)致線切割機(jī)設(shè)計(jì)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(shí)比較合理，因?yàn)楝F(xiàn)在的線切割加工有著比過(guò)去更多的變化，從加工材料、切割速度、輪廓精度、表面質(zhì)量到工廠的運(yùn)行模式等等。而對(duì)于這些相互起作用的變數(shù)來(lái)說(shuō)，只有選擇合適的電極絲才能使工廠對(duì)加工效率、加工成本和加工質(zhì)量整體進(jìn)行優(yōu)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(fā)達(dá)國(guó)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?yàn)樗那懈钏俣容^之采用黃銅絲有30%～50%的顯著提升。

采用鎢絲加工時(shí)，加工速度比較高，但是在放電后絲質(zhì)易變脆，容易斷絲，所以實(shí)際應(yīng)用不是很多，但是慢走絲在加工要求不是很高的時(shí)候可以使用。相對(duì)鎢絲，鉬絲熔點(diǎn)低，抗拉強(qiáng)度低，但是韌性比較好，在驟冷驟熱的惡劣環(huán)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(duì)于銅鎢絲雖然加工效果好，但是抗拉強(qiáng)度差，并且成本較高，所以應(yīng)用也不是很多。黃銅絲做電極絲時(shí)加工速度高并且穩(wěn)定性好，但是損耗很大。

不過(guò)綜合考量之后，目前市場(chǎng)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(jù)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(shuō)電極絲直徑達(dá)，抗拉強(qiáng)度大，承受電流大，能采用較強(qiáng)的電規(guī)準(zhǔn)進(jìn)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(diǎn)的電極絲。

電極絲直徑大，切縫就寬，放電產(chǎn)物排除條件顯然就會(huì)好，加工過(guò)程穩(wěn)定。不過(guò)電極絲粗，同時(shí)帶來(lái)的問(wèn)題是很難教工內(nèi)尖角工件，加工精度會(huì)降低，同時(shí)切縫過(guò)寬速度也會(huì)下降。

電極絲直徑小，很明顯抗拉強(qiáng)度低，容易斷絲，放電產(chǎn)物排除條件差，加工的穩(wěn)定性不易保證，速度同樣也提不上來(lái)。不過(guò)精度卻會(huì)有所提高。

1.3 走絲速度

對(duì)于電火花線切割機(jī)床，絲速對(duì)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(shuō)明如下圖[1]。

對(duì)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(shí)踐證明，當(dāng)絲速由1.4m/s 上升到7-9m/s時(shí)，走絲速度對(duì)加工速度影響很大，若繼續(xù)增加絲速，切割速度反而會(huì)出現(xiàn)一個(gè)下降，這是因?yàn)榕判紬l件雖然改變，蝕除作用基本不變了，可是儲(chǔ)絲筒一次排絲的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間減少，一定時(shí)間內(nèi)換向次數(shù)明顯多了，這就意味著非加工時(shí)間增大，所以加工速度反而會(huì)慢下來(lái)。

而對(duì)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(huì)提高速度，但當(dāng)絲速達(dá)到某一值時(shí)，加工速度就會(huì)趨向穩(wěn)定。這是慢走絲這種加工方式本身的特點(diǎn)決定的，它因?yàn)槠椒€(wěn)均勻才能得到良好的精度和粗糙度。

1.4 換向及張力

進(jìn)行過(guò)線切割加工的人都會(huì)有印象，快走絲下來(lái)的工件，表面會(huì)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(huì)露出材質(zhì)本身。當(dāng)然這是因?yàn)榉烹姼g的產(chǎn)物，不過(guò)擦拭之后通常會(huì)有波紋，這是因?yàn)閮?chǔ)絲筒的換向?qū)е碌?。因?yàn)殡姌O絲做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以當(dāng)電極絲較短，儲(chǔ)絲筒換向周期較短或者切割件比較厚的時(shí)候，如火脈沖間隔進(jìn)給速度等參數(shù)配合不當(dāng)，切割表面就會(huì)出現(xiàn)條紋。

電極絲的張力對(duì)工藝指標(biāo)影響也是很大，如果電極絲張力太小,放電產(chǎn)生的力和沖液產(chǎn)生的力易使電極絲晃動(dòng),而影響工件質(zhì)量,如產(chǎn)生鼓形,線紋,拐角塌角等,也容易引發(fā)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(chǎn)生斷絲了。

2 工作液

線切割工作液使用性能的優(yōu)劣不僅僅影響到人們可以直觀感覺(jué)到的加工工藝指標(biāo)，如切割速度、表面質(zhì)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(wěn)定性，電極絲壽命等。

電加工的工作液區(qū)別于其它加工方式的工作液很明顯的一點(diǎn)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?qū)€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?yàn)閲娙胧阶⑷氲墓ぷ饕毫鲃?dòng)速度會(huì)更快，加工比較穩(wěn)定。但是因?yàn)闀?huì)隨著工作液帶入空氣，兩種介質(zhì)的介電常數(shù)又不同，所以難免會(huì)影響加工精度。而慢走絲用的就是浸泡式和噴入式復(fù)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(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)加工的工件有斜度，這也是因?yàn)楣ぷ饕鹤⑷氲臅r(shí)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(huì)增大。

性能良好的工作液因?yàn)槔鋮s和排屑性能良好，切割速度快，當(dāng)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(jù)是不準(zhǔn)確的?？熳呓z線切割機(jī)床的工作液裝置一般都沒(méi)有凈化設(shè)施，工作液使用時(shí)間不能太長(zhǎng)；慢走絲線切割由于多用去離子水，所以應(yīng)定期更換離子交換樹脂，不然都會(huì)影響速度和精度。實(shí)踐證明清洗性好的工作液在切割過(guò)程中會(huì)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(zhì)或清洗劑從而通過(guò)切縫的增寬、洗滌性能的增加以改善切縫中的介質(zhì)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(zhì)

在加工時(shí)，如果工藝條件大體一致，那么工件的材料也會(huì)對(duì)工藝指標(biāo)產(chǎn)生影響，因?yàn)椴牧系奈锢硖匦院突瘜W(xué)特性都不同，所以加工出來(lái)的效果肯定不能相同。脈沖放電能量在兩機(jī)上的分配傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換都不同。在單個(gè)脈沖放電能量相同情況下，用銅絲加工硬質(zhì)合金比較工鋼件產(chǎn)生的放電痕跡小，速度低，表面粗糙度好，同時(shí)電極絲損耗大。線切割在加工銅件過(guò)程中比較穩(wěn)定，速度也較快。而對(duì)于硬質(zhì)合金等高硬度高脆性的材料，穩(wěn)定性和速度都比銅件低，各種鋼件在加工時(shí)更是不穩(wěn)定，速度更慢。

3.2 工件厚度

工件的厚度對(duì)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(gè)對(duì)應(yīng)最大加工速度的工件厚度。電火花通道壓力對(duì)電極絲抖動(dòng)的抑制作用也與厚度有關(guān)，工件材料薄時(shí)，加工穩(wěn)定性好，速度快，但是若太薄，電極絲則容易抖動(dòng)，影響精度。工件材料厚時(shí)，工作液難以進(jìn)入，加工穩(wěn)定性差，容易短路。

總結(jié)以上，通過(guò)分析可以看出，非電參數(shù)對(duì)于加工工藝指標(biāo)影響還是很大的，當(dāng)然，除了本文列舉的電極絲，工作液，工件因素外，還有進(jìn)給速度也是影響工藝指標(biāo)的非電參數(shù)，但是進(jìn)給速度可以通過(guò)對(duì)于脈沖寬度等電參數(shù)的調(diào)節(jié)而調(diào)節(jié)，所以本文就不予討論了，“欲工其效，先利其器”。在制造業(yè)里層出不窮的新設(shè)備、新工具和新材料帶來(lái)的是更好的加工效果和更高的加工效率，同時(shí)也意味著更好的經(jīng)濟(jì)效益，然而對(duì)于已知設(shè)備技術(shù)的精進(jìn)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(biāo)，非電參數(shù)的考量必須提上日程。

[1]周旭光.[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004.

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