电火花线切割加工影响因素

北京科技大学《现代加工技术》

大作业

2013年 12 月15日

电火花线切割加工各因素对工艺指标的影响分析

如上图所示，电火花线切割加工工艺指标主要包括切割速度、表面粗糙度、加工精度，此外，放电间隙、电极丝损耗和加工表面变质层也是反映加工效果的重要指标。

在电火花线切割加工中影响工艺指标的因素很多，并且这些因素的影响是相互关联和相互矛盾的。大体上可以初步分为与电相关的因素和非电因素的影响。以下一一分析说明。

一、 非电因素对加工工艺指标的影响

1. 电极丝材料、直径及速度：

材料：采用钨丝加工时，加工速度比较高，但是在放电后丝质易变脆，容易断丝，所以实际应用不是很多，但是慢走丝在加工要求不是很高时可以使用。相对钨丝，钼丝熔点低，抗拉强度低，但是韧性比较好，在骤冷骤热的恶劣环境中不容易断丝。所以一般加工中多用0.1mm钼丝。

直径：随着直径的增大，走丝过程中相同时间相同脉冲下，直径越大去除的金属体积越多，从而加工速度越慢，加工精度越低。电极丝直径大，切缝就宽，放电产物排除条件显然就会好，加工过程稳定。不过电极丝粗，同时带来的问题是很难教工内尖角工件，加工精度会降低，同时切缝过宽速度也会下降。电极丝直径小，很明显抗拉强度低，容易断丝，放电产物排除条件差，加工的稳定性不易保证，速度同样也提不上来。不过精度却会有所提高。

电极丝速度：如图所示：对于快走丝在一定的加

工条件下，随着丝速的增大加工速度提高，但是实践证

明，当丝速由1.4m/s 上升到7-9m/s 时，走丝速度对加

工速度影响很大，若继续增加丝速，切割速度反而会出

现一个下降，这是因为排屑条件虽然改变，蚀除作用基

本不变了，可是储丝筒一次排丝的运转时间减少，一定

时间内换向次数明显多了，这就意味着非加工时间增大，

所以加工速度反而会慢下来。而对于慢走丝提高电极丝

走丝速度，工作也容易被带入放电间隙，所以会提高速

度，但当丝速达到某一值时，加工速度就会趋向稳定。

这是慢走丝这种加工方式本身的特点决定的，它因为平

稳均匀才能得到良好的精度和粗糙度。

张力：电极丝的张力对工艺指标影响也是很大，

如果电极丝张力太小,放电产生的力和冲液产生的力易

使电极丝晃动,而影响工件质量,如产生鼓形,线纹,拐

角塌角等,也容易引发加工短路。如果电极丝张力太大,

放电腐蚀电极丝易使其变小变脆,就容易产生断丝了。

2. 工件材料及厚度：

工件材料：在单个脉冲放电能量相同情况下，用铜

丝加工硬质合金比较工钢件产生的放电痕迹小，速度低，

表面粗糙度好，同时电极丝损耗大。工件的材料易于导电导热的，加工速度随之加快，而导电性或熔融性不好的，加工速度就会随之变慢，因为融化同体积的金属需要更长的时间。

工件厚度：同样的加工条件下，工件厚度越厚，加工速度越慢，厚度的增加会间接减少放电脉冲的能量，增加需去除金属的体积，致使加工速度变慢。所以在线切割加工中，一般对工件的厚度会有具体限制和要求。工件厚度也影响加工精度和表面粗糙度。工件薄,工作液易进入并充满放电间隙,对排屑和消除电离有利,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。工件厚,工作液难于进入和充满放电间隙,加工稳定性较差,但电极丝不易抖动,因此,加工精度和表面粗糙度较好。

3. 加工进给速度：

加工进给速度对工艺指标也有较大影响,如果预置进给速度调得过快,超过工件可能的蚀除速度,会出现频繁的短路现象,切割速度反而低,表面粗糙度也差,上、下端面切缝呈焦黄色,甚至可能断丝。进给速度调得过慢,大大落后于工件的蚀除速度,极间偏于开路,有时会时而开路时而短路,上、下端面切缝发焦黄色。因此,进给速度平稳均匀,是切割速度和表面粗糙度均优的最佳状态。

4. 工作液的种类、浓度、脏度及流量：

种类：（1）自来水、蒸馏水、去离子水等水类工作液，对放电间隙冷却效果较好，特别是在工件较厚的情况下，冷却效果更好。此外，水类工作液洗涤性能差，对放电产物排除不利，放电间隙状态差，故表面黑脏，切割速度低。（2）煤油工作液切割速度低，但不易断丝。因为煤油介电强度高，间隙消耗放电能量多，分配到两极的能量少。但煤油受冷热变化影响小，且润滑性能好，电极丝运动磨损小，因此不易断丝。

浓度：水中加入少量洗涤剂、皂片等，切割速度就可能成倍增长。这是因为水中加入洗涤剂或皂片后，工作液洗涤性能变好，有利于排屑，改善了间隙状态。乳化型工作液比非乳化型工作液的切割速度高。因为乳化液的介电强度比水高，比煤油低，冷却能力比水弱，比

煤油好，洗涤性比水和煤油都好，故切割速度高。

脏度：工作液的赃污程度对工艺指标也有较大影响。工作液太脏，会降低加工的工艺指标，纯净的工作液也并非加工效果最好，往往经过一段放电切割加工之后，脏污程度还不大的工作液可得到较好的加工效果。纯净的工作液不易形成放电通道，经过一段放电加工后，工作液中存在一些悬浮的放电产物，这时容易形成放电通道，有较好的加工效果。但工作液太脏时，悬浮的加工屑太多，使间隙消电离变差，且容易发生二次放电，对放电加工不利，这时应及时更换工作液。

流量：工作液流量过小，起不到冷却和洗涤等作用，排污能力也下降不少，而流量过大，尤其浓度较高的工作液，有时容易填充满放电间隙影响放电脉冲能量的传递，从而降低加工速度，并且造成浪费。

5. 机床机械运动精度：

机床设备的工作台及走丝机构的精度是影响加工精度和表面粗糙度以及放电间隙的重要因素：例如，导轨、轴承的偏摆，会使加工表面产生上下凹凸相间的条纹，影响表面品质;导轮V 形槽底因与电极丝长时间的滑动摩擦,造成槽底磨损,会引起电极丝抖动，加工精度下降,表面粗糙度变差，也容易卡断电极丝,工作台的振动会影响放电间隙，导致脉冲不均匀，能量去除材料过程中分布不均，造成加工质量下降。所以应定期进行检查与更换。

6. 控制系统控制精度：

机床的控制是加工过程中的核心问题，也是影响加工精度的极重要因素。自动控制合理加工时间分配均匀，走丝稳定，工作台平稳，工作液流量流速适中，有助于大幅度提升加工的各个工艺指标。反之，如若加工时间等不能按照工件材质厚度要求加以控制，放电脉冲保持不变，势必导致材料去除过快或者过慢，加速金属丝损耗，并降低加工精度。

二、 电因素对加工工艺指标的影响

1. 脉冲间隔：

通过实验发现, 脉冲间隔对切割速度的影响很大。在其他条件不变时, 减少相邻两个脉冲之间的时间, 相当于提高脉冲频率, 增加单位时间内的放电次数, 提高切割速度。由于脉宽及单个脉冲能量不变, 故对工件表面粗糙度的影响不明显, 但脉冲间隔过小, 会使放电产物不能及时排除, 工作区的介质来不及恢复到绝缘状态, 破坏加工的稳定性, 反而使切割速度降低, 且增加了工作区短路的几率, 极易引起断丝。

因此在刚刚开始加工或对大且厚工件加工时, 脉

冲间隔值应稍取大些。

2. 脉冲宽度：

脉冲宽度是单个脉冲能量的决定因素之一,

因此它对切割速度、表面粗糙度等都产生重要影

响。在其他加工条件相同的情况下, 切割速度随

放电脉宽时间的增加而增加, 同时粗糙度增大,

且电蚀物也随之增加, 当放电脉宽时间超过某一

范围时, 电蚀物来不及排除, 使加工变得不稳定,

不仅表面粗糙度增大, 而且降低了切割速度, 如

再增大脉冲宽度, 容易引起断丝。在一定工艺条

件下, 通过实验, 绘制出脉冲宽度T i 对切割速

度和表面粗糙度Ra 的影响曲线图, 如图2 所示，

由图可以知道, 增加脉冲宽度, 使切割速度提高, 但表面粗糙度变差。因为脉冲宽度增加, 使单个脉冲放电能量增大, 则放电痕也大。同时, 随着脉冲宽度的的增加, 电极丝损耗变大。

3. 峰值电流：

峰值电流是指放电电流的最大值, 它是决定单个脉冲能量的主要因素之一。它和脉冲宽度对切割速度及表面粗

糙度影响是相似的, 但

峰值电流影响更大些。合

理地增加峰值电流, 对

提高切割速度有效, 但

电极丝的损耗相当大,

这样容易造成断丝。由图

可以知道, 增加短路峰

值电流,切割速度提高,

表面粗糙度变差, 因为

短路峰值电流增大, 相

应加工电流增大, 单个

脉冲能量亦大, 所以放

电痕大, 故切割速度高,

表面粗糙度差。因此在其

他条件不变的情况下, 一般峰值电流小于20A, 这样的工件表面质量是较理想的。

4. 空载电压：

空载电压的大小直接影响峰值电流的大小，提高空载电压，峰值电流增大。随着开路电压的提高，加工电流增大，切割速度提高，表面粗糙度变差。这是因为开路电压的提高使加工间隙变大，有利于电蚀产物的排除和消电离，从而提高了加工稳定性和脉冲利用率，但加工间隙增大，造成电极丝振动，会使加工精度略有降低，同时开路电压的提高还会使电极丝损耗增大。采用乳化液作为介质使用快走丝方式加工时，其开路电压一般取60V~150V，在有特殊加工要求时，开路电压可达300V。

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