影响线切割工艺指标的7大因素

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：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切割速度。但切割速度和表面质量的要求是互相矛盾的两个工艺指标。

1.线切割加工的主要工艺指标

（1）切割速度在保持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总和称为切割速度，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切割速度。通常，高速走丝线切割速度为40～80mm²/min，它与加工电流大小有关，为比较不同输出电流脉冲电源的切割效果，将每安培电流的切割速度称为切割效率，一般切割效率为20mm²/（min·A）。

（2）表面粗糙度火花线切割中的表面粗糙度，我国和欧洲常用轮廓算术平均偏差Ra（μm）来表示，而日本常用R_max（μm）来表示。高速走丝线切割一般的表面粗糙度值为Ra5～2.5μm，最佳也只有Ra1μm左右。低速走丝线切割一般可达Ra1.25μm，最佳可达Ra0.2μm。

（3）电极丝损耗量对高速走丝机床，用电极丝在切割10000mm²面积后电极丝直径的减少量来表示。一般每切割10000mm²后，钼丝直径减少不大于0.01mm。

（4）加工精度加工精度是所加工工件的尺寸精度、形状精度和位置精度的总称。快速走丝线切割的可控加工精度在0.01～0.02mm，低速走丝线切割可达0.005～0.002μm。

2.电参数的影响

（1）脉冲宽度t_i通常t_i加大时，加工速度提高而表面质量变差，一般t_i=2～60μm。在分组脉冲及光整加工时，t_i可小至0.5μm以下。

（2）脉冲间隔t_ot_o减少时平均电流增大，切割速度加快，但t_o不能过小，以免引起电弧和断丝，一般取t_o=（4～8）t_i。在刚切入或大厚度加工时，应取较大的t_o值。

（3）开路电压u_i该值会引起放电峰值电流和加工间隙的改变。u_i提高，加工间隙增大，排屑变易，提高了切割速度和加工稳定性，但易造成电极丝振动，通常u_i的提高还会使电极丝损耗加大。

（4）放电峰值电流i_e这是决定单脉冲能量的主要因素之一。i_e增大时，切割速度提高，表面质量变差，电极丝损耗加大甚至断丝。一般i_e小于40A，平均电流小于5A。低速走丝线切割加工时，因脉宽很窄，电极丝又较粗，故i_e有时大于100A甚至500A。

（5）放电波形在相同的工艺条件下，高频分组脉冲常常能获得较好的加工效果。电流波形的前沿上升比较缓慢时，电极丝损耗少。但当脉宽很窄时，必须要有陡的前沿才能进行有效的加工。

3.非电参数的影响

（1）电极丝及其移动速度对工艺指标的影响高速走丝切割广泛采用钼丝，因它耐损耗、抗拉强度高、丝质不易变脆而较少断丝。提高电极丝的张力以减轻丝振的影响，从而提高精度和切割速度。电极丝张力的波动对加工稳定性影响很大，采用恒张力装置可以在一定程度上改善电极丝的波动。

电极丝的直径决定了切缝宽度和允许的峰值电流。最大切割速度一般都是用较粗的丝实现的。在切割小模数齿轮等复杂零件时，采用细丝才能获得精细的形状和很小的圆角半径。走丝速度一般以小于10m/s为宜。

低速走丝线切割机床，电极丝的材料和直径都有较大的选择范围。高生产率时可用直径为0.3mm以下的镀锌黄铜丝，允许较大的峰值电流和汽化爆炸力；精微加工时可用直径为0.03mm以上的钼丝。由于电极丝张力均匀，振动较小，所以加工稳定性、表面粗糙度、精度指标等均较好。

（2）工件厚度及材料对工艺指标的影响工件材料薄，工作液容易进入并充满放电间隙，对排屑和消电离有利，加工稳定性好。但工件太薄，电极丝易产生抖动，对加工精度和表面粗糙度不利。切割速度起先随厚度的增加而增加，达到某一最大值（一般为50～100mm²/min）后开始下降，这是因为厚度过大时，冲液和排屑条件变差。

工件材料不同，其熔点、汽化点、热导率等都不一样，因而加工效果也不同。例如采用乳化液作为工作液时，各类材料的工件加工效果如下：

1）加工铜、铝、淬火钢时，加工过程稳定，切割速度高。

2）加工不锈钢、磁钢、未淬火高碳钢时，稳定性较差，切割速度较低，表面质量不太好。

3）加工硬质合金时，比较稳定，切割速度较低，表面粗糙度值小。

（3）预置进给速度对工艺指标的影响预置进给速度（指进给速度的调节，俗称变频调节）对切割速度、加工精度和表面质量的影响很大。因此，应调节预置进给速度紧密跟踪工件实时速度，保持加工间隙恒定在最佳值，这样可使有效放电状态的比例大，使切割速度达到给定加工条件下的最大值，相应的加工精度和表面质量也好。如果预置进给速度调得太快，超过工件可能的实时速度，会出现频繁的短路现象，切割速度反而低，表面质量也差，上、下端面切缝呈焦黄色，甚至可能断丝；反之，进给速度调得太慢，大大落后于工件可能的实时速度，极间将偏开路，有时会时而开路时而短路，上、下端面切缝呈焦黄色，这两种情况都会大大影响工艺指标。因此，应按电压表、电流表调节进给旋钮，使表针稳定不动，此时进给速度均匀、平稳，线切割加工速度和表面质量均处于最佳状态。

此外，机械部分精度（如导轨、轴承、导轮等磨损，传动误差）和工作液（种类、浓度及其脏污程度）都会对加工效果产生相应的影响。当导轮、轴承偏摆，工作液上、下冲水不均匀时，会使加工表面产生上下、凹凸相间的条纹，恶化工艺指标。

4.合理选择电参数

（1）要求切割速度高时当脉冲电源的空载电压高、短路电流大、脉冲宽度大时，则切割速度高。但切割速度和表面质量的要求是互相矛盾的两个工艺指标。所以，必须在满足表面质量要求的前提下再追求高的切割速度。而且切割速度还受到间隙消电离的限制，也就是说，脉冲间隔也要适宜。

（2）要求表面质量较好时若切割的工件厚度在80mm以内，则选用分组波的脉冲电源为好。它与同样能量的矩形波脉冲电源相比，在相同的切割速度条件下，可以获得较好的表面质量。

无论是矩形波还是分组波，其单个脉冲能量小，则Ra值小。亦即脉冲宽度小、脉冲间隔适当、峰值电压低、峰值电流小时，表面质量较好。

（3）要求电极丝损耗小时多选用前阶梯脉冲波形或脉冲前沿上升缓慢的波形，由于这种波形电流的上升率低，故可以减小丝损。

（4）要求切割厚工件时选用矩形波、高电压、大电流、大脉冲宽度和大的脉冲间隔可充分消电离，从而保证加工的稳定性。

若加工模具厚度为20～60mm，表面粗糙度Ra值为1.6～3.2μm，脉冲电源的电参数可在如下范围内选取：脉冲宽度为4～20μm，脉冲幅值为60～80V，功率管数为3～6个，加工电流为0.8～2A，切割速度为15～40mm²/min。

选择上述的下限参数，表面粗糙度值为Ra1.6μm，随着参数的增大，表面粗糙度值增至Ra3.2μm。

加工薄工件和试切样板时，电参数应取小些，否则会使放电间隙增大。

加工厚工件（如凸模）时，电参数应适当取大些，否则会使加工不稳定，模具质量下降。

影响线切割工艺指标的7大因素

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