高速及低速线切割机床加工特点

胡忠彪

（沈阳黎明航空零部件制造有限公司，辽宁 沈阳 110043）

1 电火花加工的原理

电火花加工的原理是基于工具和零件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来去除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电火花线切割加工是在电火花加工基础之上于20世纪50年代末最早在前苏联发展起来的一种新的工艺形式，用线状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。线切割机床的工作原理是，电极丝与脉冲电源的负极连接，工件与脉冲电源的正极连接，两极在绝缘液体中靠近时，由于两极的微观表面凸凹不平，使得电场分布不均匀，离得最近处的电场强度最高，导致极间介质被击穿：自由正离子和电子在场中积累，很快形成被电离的放电通道:在电场的作用下，通道内的负电子高速奔向阳极，正离子奔向阴极，形成火花放电：电子和离子在电场作用下，高速运动时相互碰撞，阳极与阴极表面分别受到电子流和离子流的轰击使电极间隙内形成瞬时高温，通道中心温度高达100000C以上，两极金属材料的表面局部瞬间熔化：同时把熔化的物质抛出，并被工作液介质排出。

2 线切割机床按电极丝的运行速度可分为两大类

一类是高速走丝（或称快走丝）电火花线切割机床：这类机床的电极丝作高速往复运动，走丝速度为8-10m/s,这种机床是我国独创的线切割加工模式。

另一类是低速走丝（或称慢走丝）电火花线切割机床。这类机床电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s。

2.1 高速走丝线切割设备的组成

储丝筒、走丝溜板、丝架、上滑板、下滑板、床身、电源及控制柜。

2.2 低速走丝线切割设备的组成

脉冲电源、新丝放丝筒、废丝筒、张力电动机、导向器、U、V轴电机、动穿丝系统。

2.3 高速走丝及低速走丝机床加工工艺及特点

由于高速走丝（或称快走丝）电火花线切割机床电极丝需要反复使用，它的热物理对加工工艺有重要影响，电极丝应具有良好的耐蚀性、良好的导电性、较高的熔点、较高的抗拉强度及良好的线性要求。电极丝应主要采用钼丝作为电极丝，电极丝缠绕在储丝筒上，在正常工作时电极丝作往复运动，并且只有一段电极丝工作，因此随着切割次数增加，电极丝磨损需要人为调整放电间隙补偿量，来保证零件加工的尺寸精度。高速走丝线切割机床一般只能采用一次切割。加工后的表面存在变质层。高速走丝线切割机床工作液，一般采用一定比例乳化液加水配置而成。采用冲洗方式沿电极丝输送工作液进行加工，在加工窄槽时，零件表面有时会出现黑白相间的条纹，这是由于排屑和冷却条件不同造成的。电极丝从上向下运动时，工作液由电极丝从上部带入工件内，熔化金属由电极丝从下部带出，由于上部工作液充分，冷却条件好，下部工作液少，冷却条件差，但排屑条件比上面好，这时，放电产物炭黑吸附在上部加工表面，使之发黑，下部加工表面呈白色。由于导丝轮的原因，加工锥度时存在加工误差。

低速走丝电火花线切割机床电极丝在加工中做低速单向运动，通常电极丝的速度在0.2m/s以下。在电极丝收集器前段，有机械吸丝系统保持电极丝有一定的张力。有断丝自动停机并报警系统。低速走丝电火花线切割机床一般采用水侵方式对电极丝进行冷却，并且配有可调整高压喷淋功能，保证电极丝及加工零件充分冷却。顶级低速走丝电火花线切割机床，代表目前线切割机床最高水平，加工精度在±0.002mm之内最大切割速度为400-500mm2/min,表面粗糙度Ra<0.2μm，并且表面无变质层,这类机床功能齐全，自动化程度高。数控低速走丝线切割可以多次切割完成零件加工，第一次为粗加工，采用高峰值电流、较长脉冲宽度的规准进行大电流切割，以获得较高的切割速度。切割中把大部分金属材料去除，保留精加工余量。第二次以后切割未经加工，采用放电的参数逐渐减小，切除精加工余量，利用同一轨迹程序把偏置量按加工次数缩小加工，一般可分1-5次切割，除第一次加工外，其余加工量一般由几十微米逐渐减到几微米，特别是最后一次，加工量小，用几个微米。少量多次切割可以提高加工零件的表面质量，并且加工次数越多，工件的表面质量越好。由于大部分零件切割时都是切成封闭的图形，因此在切割凸模零件时，第一次切割后要留一段不切，保证零件不与毛坯脱离，多次加工完成后，加紧加工过的部分，在加工保留的这一部分，可以多次吃切割。

下面对多次切个零件进行简要说明：

图二是加工后零件的尺寸要求，零件尺寸及同轴精度要求较高，采用一次加工无法保证零件合格，因此采用5次切割保证满足零件图纸要求。

图一是零件加工示意：首先多次切割1区保证零件尺寸，在依次切割2、3、4、5区部分最后切割其余4处连接部分。

图一

图二

3 重熔层

在电火花加工过程中，在火化放电的瞬时高温和工作液的快速冷却作用下，材料的表面层发生了很大变化，粗略地可把它分为熔化凝固层（即重熔层）和热影响层，它与基体金属完全不同，是一种树枝状的淬火铸造组织，与内层结合也不牢固。热影响层介于熔化层和集体之间。热影响层的金属材料并没有熔化，只是受到高温的影响使材料的金相组织发生了变化，它和基体材料之间并没有明显界限。电火花加工后表面硬度一般较高，耐磨性加好，同时存在残余应力，还有可能存在显微裂纹，因此其耐疲劳能力比机械加工表面低。

4 重熔层的去除方法

目前的去除方法有机械加工去除、磨粒流、手工抛修、化学腐蚀、吹砂、振动光饰、电化学加工等，但效果都不甚理想，机械加工去除效果较好，但受局限性较大，只能进行平面及易加工部位；磨粒流方法适合去除内孔表面的重熔层：手工进行抛修，抛修后的零件表面质量较差，并且尺寸也不易保证；化学腐蚀是目前生产中相对较好的方法，但在加工时需要对非加工部位进行保护，并且加工有随机性，不易控制，需要反复试验才能进行生产。振动光饰方法适合去除中小零件外表面重熔层。

上述线切割加工中的问题是实际生产中所遇到的问题，仅供大家参考，以便做更深入的研究。

[1]特种加工（哈尔滨工业大学）.

[2]数控电火花线切割加工应用技术问答（机械工业出版社）.