第五章 电火花线切割加工工艺规律

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第五章 电火花线切割加工工艺规律

第五章 电火花线切割加工工艺规律5.1 主要工艺指标 5.2 电参数对工艺指标的影响 5.3 非电参数对工艺指标的影响 5.4 合理选择电火花线切割加工工艺 5.5 习题

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第五章 电火花线切割加工工艺规律

5.1 主要工艺指标1.切割速度 线切割加工中的切割速度是指在保证一定的表面粗糙 度的切割过程中，单位时间内电极丝中心线在工件上切过 的面积的总和，单位为mm2/min。最高切割速度是指在不 计切割方向和表面粗糙度等条件下，所能达到的最大切割 速度。通常快走丝线切割加工的切割速度为40~ 80mm2/min,它与加工电流大小有关，为了在不同脉冲电 源、不同加工电流下比较切割效果，将每安培电流的切割 速度称为切割效率，一般切割效率为20 mm2/(min·A)。

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第五章 电火花线切割加工工艺规律 2.加工精度 加工精度是指所加工工件的尺寸精度、形状精度和 位置精度的总称。加工精度是一项综合指标，它包括切 割轨迹的控制精度、机械传动精度、工件装夹定位精度 以及脉冲电源参数的波动、电极丝的直径误差、损耗与 抖动、工作液脏污程度的变化、加工操作者的熟练程度 等对加工精度的影响。 3.表面粗糙度 在我国和欧洲表面粗糙度常用轮廓算术平均偏差 Ra(µm)来表示，在日本常用Rmax来表示。

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第五章 电火花线切割加工工艺规律 4.电极丝损耗量 对快走丝机床，电极丝损耗量用电极丝在切割10 000 mm2面积后电极丝直径的减少量来表示，一般减 小量不应大于0.01 mm。对慢走丝机床，由于电极丝是 一次性的，故电极丝损耗量可忽略不计。

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5.2 电参数对工艺指标的影响1.放电峰值电流对工艺指标的影响 放电峰值电流增大，单个脉冲能量增多，工件放电 痕迹增大，故切割速度迅速提高，表面粗糙度数值增大， 电极丝损耗增大，加工精度有所下降。因此第一次切割 加工及加工较厚工件时取较大的放电峰值电流。 放电峰值电流不能无限制增大，当其达到一定临界 值后，若再继续增大峰值电流，则加工的稳定性变差， 加工速度明显下降，甚至断丝。

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第五章 电火花线切割加工工艺规律 2.脉冲宽度ti对工艺指标的影响 在其他条件不变的情况下，增大脉冲宽度ti ,线切割 加工的速度提高，表面粗糙度变差。这是因为当脉冲宽度 增加时，单个脉冲放电能量增大，放电痕迹会变大。同时， 随着脉冲宽度的增加，电极丝损耗也变大。因为脉冲宽度 增加，正离子对电极丝的轰击加强，结果使得接负极的电 极丝损耗变大。 当脉冲宽度ti 增大到一临界值后，线切割加工速度将 随脉冲宽

度的增大而明显减小。因为当脉冲宽度ti 达到一 临界值后，加工稳定性变差，从而影响了加工速度。

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第五章 电火花线切割加工工艺规律 3.脉冲间隔to对工艺指标的影响 在其他条件不变的情况下，减小脉冲间隔to,脉冲频 率将提高，所以单位时间内放电次数增多，平均电流增大， 从而提高了切割速度。 脉冲间隔to在电火花加工中的主要作用是消电离和恢 复液体介质的绝缘。脉冲间隔to不能过小，否则会影响电 蚀产物的排出和火花通道的消电离，导致加工稳定性变差 和加工速度降低，甚至断丝。当然，也不是说脉冲间隔to 越大，加工就越稳定。脉冲间隔过大会使加工速度明显降 低，严重时不能连续进给，加工变得不稳定。

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第五章 电火花线切割加工工艺规律 在电火花成型加工中，脉冲间隔的变化对加工表面粗糙 度影响不大。在线切割加工中，在其余参数不变的情况下， 脉冲间隔减小，线切割工件的表面粗糙度数值稍有增大。这 是因为一般电火花线切割加工用的电极丝直径都在0.25 mm 以下，放电面积很小，脉冲间隔的减小导致平均加工电流增 大，由于面积效应的作用，致使加工表面粗糙度值增大。 脉冲间隔的合理选取，与电参数、走丝速度、电极丝直 径、工件材料及厚度有很大关系。因此，在选取脉冲间隔时 必须根据具体情况而定。当走丝速度较快、电极丝直径较大、 工件较薄时，因排屑条件好，可以适当缩短脉冲间隔时间。 反之，则可适当增大脉冲间隔。

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第五章 电火花线切割加工工艺规律 综上所述，电参数对线切割电火花加工的工艺指 标的影响有如下规律： (1) 加工速度随着加工峰值电流、脉冲宽度的增大 和脉冲间隔的减小而提高，即加工速度随着加工平均 电流的增加而提高。实验证明，增大峰值电流对切割 速度的影响比用增大脉宽的办法显著。 (2) 加工表面粗糙度数值随着加工峰值电流、脉冲 宽度的增大及脉冲间隔的减小而增大，不过脉冲间隔 对表面粗糙度影响较小。

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第五章 电火花线切割加工工艺规律 实践表明，在加工中改变电参数对工艺指标影响很大， 必须根据具体的加工对象和要求，综合考虑各因素及其相互 影响关系，选取合适的电参数，既优先满足主要加工要求， 又同时注意提高各项加工指标。例如，加工精密小零件时， 精度和表面粗糙度是主要指标，加工速度是次要指标，这时 选择电参数主要满足尺寸精度高、表面粗糙度好的要求。又 如加工中、大型零件时，对尺寸的精度和表面粗糙度要求低 一些，故可选较大的加工峰值电流、脉冲宽度，尽量获得较 高的加工速度。此外，不管加工对象和要

求如何，还需选择 适当的脉冲间隔，以保证加工稳定进行，提高脉冲利用率。 因此选择电参数值是相当重要的，只要能客观地运用它们的 最佳组合，就一定能够获得良好的加工效果。

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第五章 电火花线切割加工工艺规律 慢走丝线切割机床及部分快走丝线切割机床的生产厂 家(如北京阿奇公司)在操作说明书中给出了较为科学的加 工参数表。在操作这类机床中，一般只需要按照说明书正 确地选用参数表即可。而对绝大部分快走丝机床而言，初 学者可以根据操作说明书中的经验值大致选取，然后根据 电参数对加工工艺指标的影响具体调整。 4.极性 线切割加工因脉宽较窄，所以都用正极性加工，否则 切割速度变低且电极丝损耗增大。

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5.3 非电参数对工艺指标的影响5.3.1 电极丝及其材料对工艺指标的影响 1.电极丝的选择 目前电火花线切割加工使用的电极丝材料有钼丝、钨 丝、钨钼合金丝、黄铜丝、铜钨丝等。 采用钨丝加工时，可获得较高的加工速度，但放电后 丝质易变脆，容易断丝，故应用较少，只在慢走丝弱规准 加工中尚有使用。钼丝比钨丝熔点低，抗拉强度低，但韧 性好，在频繁的急热急冷变化过程中，丝质不易变脆、不 易断丝。

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第五章 电火花线切割加工工艺规律 钨钼丝(钨、钼各占50%的合金)加工效果比前两种 都好，它具有钨、钼两者的特性，使用寿命和加工速 度都比钼丝高。铜钨丝有较好的加工效果，但抗拉强 度差些，价格比较昂贵，来源较少，故应用较少。采 用黄铜丝做电极丝时，加工速度较高，加工稳定性好， 但抗拉强度差，损耗大。 目前，快走丝线切割加工中广泛使用钼丝作为电 极丝，慢走丝线切割加工中广泛使用直径为0.1 mm以 上的黄铜丝作为电极丝。

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第五章 电火花线切割加工工艺规律 2.电极丝的直径 表5-1 几种直径的钼丝的最小拉断力丝径/mm 0.06 0.08 0.10 0.13 0.15 0.18 0.22 最小拉断力/N 2~3 3~4 7~8 12~13 14~16 18~20 22~25

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第五章 电火花线切割加工工艺规律 电极丝的直径是根据加工要求和工艺条件选取的。在加 工要求允许的情况下，可选用直径大些的电极丝。直径大， 抗拉强度大，承受电流大，可采用较强的电规准进行加工， 能够提高输出的脉冲能量，提高加工速度。同时，电极丝粗， 切缝宽，放电产物排除条件好，加工过程稳定，能提高脉冲 利用率和加工速度。若电极丝过粗，则难加工出内尖角工件， 降低了加工精度，同时切缝过宽使材料的蚀除量变大，加工 速度也有所降低；若电极丝直径过小，则抗拉强度低，易断 丝，而且切缝较窄，放电产物排

除条件差，加工经常出现不 稳定现象，导致加工速度降低。细电极丝的优点是可以得到 较小半径的内尖角，加工精度能相应提高。表5-1是常见的 几种直径的钼丝的最小拉断力。快走丝一般采用0.10~0.25 mm的钼丝。

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第五章 电火花线切割加工工艺规律 3. 走丝速度对工艺指标的影响 对于快走丝线切割机床，在一定的范围内，随着走丝速 度(简称丝速)的提高，有利于脉冲结束时放电通道迅速消电 离。同时，高速运动的电极丝能把工作液带入厚度较大工件 的放电间隙中，有利于排屑和放电加工稳定进行。故在一定 加工条件下，随着丝速的增大，加工速度提高。图5-1为快 走丝线切割机床走丝速度与切割速度关系的实验曲线。实验 证明：当走丝速度由1.4 m/s上升到7~9 m/s时，走丝速度对 切割速度的影响非常明显。若再继续增大走丝速度，切割速 度不仅不增大，反而开始下降，这是因为丝速再增大，排屑 条件虽然仍在改善，蚀除作用基本不变，但是储丝筒一次排 丝的运转时间减少，使其在一定时间内的正反向换向次数增 多，非加工时间增多，从而使加工速度降低。

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第五章 电火花线切割加工工艺规律2 vw / (mm/ min)

60 50 40 30 20 10 0 2 4 6 8 10 12 14 vs / (m / s)

图5-1 快速走丝方式丝速对加工速度的影响

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第五章 电火花线切割加工工艺规律 对应最大加工速度的最佳走丝速度与工艺条件、加工 对象有关，特别是与工件材料的厚度有很大关系。当其他 工艺条件相同时，工件材料厚一些，对应于最大加工速度 的走丝速度就高些，即图5-1中的曲线将随工件厚度增加 而向右移。 在国产的快走丝机床中，有相当一部分机床的走丝速 度可调节，比如深圳福斯特数控机床有限公司生产的线切 割机床的走丝速度有3 m/s、6 m/s、9 m/s、12 m/s,可根 据不同的加工工件厚度选用最佳的加工速度(如表5-2所示); 还有另外一些机床只有一种走丝速度，如北京阿奇公司的 FW系列快走丝机床的走丝速度为8.7 m/s。

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第五章 电火花线切割加工工艺规律 表5-2 丝速选择范围表丝速/(m/s) 适合加工厚度/mm 3 适用于上丝或多次切割 6 <40 9 <150 12 >150

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