电火花线切割加工的步骤及要求

8.2.1　电火花线切割加工的步骤及要求

电火花线切割加工是实现工件尺寸加工的一种技术。在一定设备条件下，合理的制定加工工艺路线是保证工件加工质量的重要环节。

电火花线切割加工模具或零件的过程，一般可分以下几个步骤。

1.对图样进行分析和审核

分析图样对保证工件加工质量和工件的综合技术指标是有决定意义的第一步。以冲裁模为例、在理解图样时首先要挑出不能或不宜用电火花线切割加工的工件图样，大致有如下几种：

（1）表面粗糙度和尺寸精度要求很高，切割后无法进行手工研磨的工件。

（2）窄缝小于电极丝直径加放电间隙的工件，或图形内拐角处不允许带有电极丝半径加放电间隙所形成的圆角的工件。

（3）非导电材料。

（4）厚度超过丝架跨距的零件。

（5）加工长度超过x、y拖板的有效行程长度，且精度要求较高的工件。在符合线切割加工工艺的条件下，应着重考虑以下几个方面：

（6）凹角和尖角的尺寸要符合线切割加工的特点线切割加工是用电极丝作为工具电极来加工的。因为电极丝有一定半径R，加工时又有一加工间隙δ，使电极丝中心运动轨迹与给定图线相差距离f，如图8-3所示，f=R＋δ这样，加工凸模类零件时，电极丝中心轨迹应放大；加工凹模类零件时，电极丝中心轨迹应缩小，如图8-4所示。

线切割加工，在工件的凹角处不能得到“清角”，而是半径等于f的圆弧。对于形状复杂的精密冲模，在凸凹模设计图样上应注明拐角的过渡圆弧半径R'。加工凹角时：R'≥δ+R；加工尖角时：R' = R−Δ，其中Δ为配合间隙。

图8-3　电极丝与工件放电位置关系

图8-4　电极丝中心轨迹与给定图线的关系

（7）合理选择表面粗糙度和加工精度线切割加工是由无数的小坑和凸起组成的，粗细较均匀，所以在相同的粗细程度下，耐用度比机械加工的表面好。采用线切割加工时，工件表面粗糙度的要求可以较机械加工法减低半级到一级；同时，线切割加工的表面粗糙度等级提高一级，加工速度将大幅度地下降。所以，图样中要合理的给定表面粗糙度。线切割加工所能到达的最好粗糙度是有限的。若无特殊需要，对表面粗糙度的要求不能太高。同样，加工精度的给定也要合理，目前，绝大多数数控线切割机床的脉冲当量一般为每步0.001mm，由于工作台传动精度所限，加上走丝系统和其他方面的影响，切割加工精度一般为6级左右，如果加工精度要求很高，是难于实现的。

（8）材料的选用和热处理以线切割加工为主要工艺时，钢的加工路线是：下料→锻造→退火→机械粗加工→淬火与回火→磨削加工→线切割加工→钳工修整。这种工艺路线的特点之一是工件在加工的全过程中会出现两次较大的变形。经过机械粗加工的整块坯料先经过热处理，材料在该过程中会产生第一次较大变形，材料内部的残余应力显著的增加了。热处理后的坯件进行切割加工时，由于大面积去除金属和切断加工，会使材料内部残余应力的相对平衡状态受到破坏，材料又会产生第二次较大变形。如果在加工中发现各处的缝隙变窄了，原来的电极丝也不能通过，说明材料内部残存着压应力。这种由残余应力造成的变形有时比机床精度等因素对加工精度的影响还严重，可使变形达到宏观可见的程度。

2.编制程序

（1）冲模间隙和过渡圆半径的确定

1）合理确定冲模间隙冲模间隙的合理选用，是关系到模具的寿命及冲制件毛刺大小的关键因素之一。不同材料的冲模间隙一般选择在如下范围：

软的冲裁材料，如纯铜、软铝、半硬铝、胶木板、红纸板、云母片等，凸凹模间隙可选为冲裁厚度的8%～10%。

半硬冲裁材料，如黄铜、磷铜、青铜、硬铝等，凸凹模可选为冲材厚度的10%～15%。

硬质冲裁材料，如铁皮、钢片、硅钢片等，凸凹模间隙可选为冲材厚度的15%～20%。

2）合理确定过渡圆半径为了提高一般冷冲模具的使用寿命，在线线、线圆、圆圆相交处，特别是小角度的拐角上都应加过渡圆。过渡圆的大小可根据冲裁材料厚度、模具形状和要求寿命及冲制件的技术条件考虑，随着冲制件的增厚，过渡圆也可相应增大。一般可在0.1～0.5mm范围内选用。

对于冲件材料较薄、模具配合间隙很小、冲件又不允许加大的过渡圆，为了得到良好的凸凹模配合间隙，一般在凸形拐角处也要加一个过渡圆。因为电极丝加工轨迹会在内拐角处自然加工出半径等于电极丝半径加单面放电间隙的过渡圆。

（2）计算和编写加工用的程序编程时，要根据坯料的情况，选择一个合理的装夹位置，同时确定一个合理的起割点和切割路线。切割点应取在图形的拐角处，或在容易将凸尖修去的部位。切割路线主要以防止或减少模具变形为原则，一般应考虑使靠近装夹这一边的图形最后切割为宜。

（3）程序输入和试切根据实际情况，程序可以直接由键盘输入，或从编程机直接把程序传输到控制器中。对简单有把握的工件可以直接加工，对尺寸精度要求高、凸凹模配合间隙小的模具，必须要用薄料试切，从试切件上可检查其精度和配合间隙。如发现不符合要求，应及时分析，找出问题，修改程序直至合格后才能正式加工模具。这一步骤是避免工件报废的一个重要环节。

3.加工前的准备

（1）机床的检查与调整。加工前，特别是加工精密工件之前，要对机床进行检查与调整。

1）检查导轮。加工前，应仔细检查导轮V形槽是否受损。因导轮与电极丝间的电腐蚀及滑动摩擦等，宜使导轮V形槽出现沟槽，这不但会引起电极丝产生抖动，也易被卡断。所以要经常检查和更换。另外应注意去除堆积在V形槽内的电蚀产物。

2）检查保持器。电极丝导向定位采用保持器或辅助导轮时，必须经常检查其工作面是否出现沟槽。如果出现沟槽，应调换保持器工作台面位置或更换辅助导轮。

3）检查纵、横方向拖板丝杠副间隙。纵、横方向拖板丝杠副的配合间隙，由于频繁往复运动会发生变化，因此在加工微精工件前，要认真检查与调整，符合相应精度标准后，再开始加工。

（2）选配工作液与检验工作液循环系统。根据线切割机床的类型和加工对象，选择工作液的种类、浓度及电导率等。对于快速走丝系统常用乳化液，浓度为10%左右。对于慢速走丝系统，选用去离子水或煤油等。使用去离子水时，应注意调节离子浓度。工作液应保持一定的清洁度，如果发现过脏，应及时更换。然后检查工作液循环系统的工作是否正常，并调节工作液喷流压力。

（3）电极丝的选择、盘绕和调整。根据加工要求选用一定直径、质量合格的电极丝。盘绕电极丝时应掌握好松紧程度，一般在抗拉强度允许条件下，可绷紧些。采用单丝筒快速走丝机构时，排丝距应大于丝径。采用双机双丝轮结构时，要调整好电极之间的拉力与张力，使之既能将电极丝绷直，又能使电极丝在使用中不被拉断。加工前应校正和调整电极丝对工作台面的垂直度。目前多借助校正工具来调整电极丝对工作台面的垂直度。

（4）加工基准的准备为了便于线切割加工，根据工件外形和加工要求，应准备相应的校正和加工基准。此基准应尽量与图样的设计基准一致。

1）以外形为校正加工基准。外形是矩形状的工件，一般需要有两个相互垂直的基准面，并垂直于工件的上下平面，如图8-5所示。

2）以外形为校正基准，内孔为加工基准无论外形是矩形还是圆形或其他异形的工件，都应准备一个与工件的上下面保持垂直的校正基准，此时其中一个内孔可作为加工基准，如图8-6所示。在大多数情况下，外形基面在线切割加工前的机械加工中就已制备了。工件淬硬后，若基面变形后很小，可稍加打光便可用线切割加工；若变形较大，则基面应当重新修磨。

图8-5　矩形工件的校正与加工基准

图8-6　以工件外形为校正基准

（5）加工穿丝孔

1）切割凸模类零件加工凸模类零件通常由外向内顺序切割。但坯件材料的割断，会在很大程度上破坏材料内部应力平衡状态，使材料变形。因此电极丝最好不由坯件的外部切进去，而是将切割的起始点取在坯件预制的穿丝孔中，如图8-7所示。

图8-7　在坯件内部预制穿丝孔

2）切割孔类工件

① 确定穿丝孔位置。穿丝孔位置选在工件待切割型孔的中心时，操作加工较方便。选在靠近待切割型孔的边角处时，切割无用轨迹最短。选在已知坐标尺寸的交点处时，有利于尺寸的推算。因此，要根据实际情况妥善选取穿丝孔位置。

② 确定穿丝孔的大小。穿丝孔的大小要适宜，一般不宜太小。如果穿丝孔很小，不但增加钻孔困难，而且不便穿丝。太大也会增加工艺上的困难。一般选用直径为3～10mm范围内。如预制孔可用车削等方法加工，在允许的范围内可加大直径。

4.加工

（1）加工时的调整

1）调整电极丝垂直度。在装夹工件前必须以工作台为基准，先将电极丝垂直度调整好，再根据技术要求装夹坯料。条件许可时最好以角尺刀口再复测一次电极丝对装夹好工件的垂直度。如发现不垂直，说明工件装夹可能有翘起或低头，也可能工件有毛刺或电极丝没挂进导轮，需立即修正。因为模具加工面垂直与否直接影响模具质量。

2）调整脉冲电源的电参数。脉冲电源的电参数选择是否恰当，对加工模具的表面粗糙度、精度及切割速度起着决定性的作用。电参数与加工工件技术工艺指标的关系是：脉冲宽度增加、脉冲间隔减小、脉冲电压幅值增大（电源电压升高）、峰值电流增大（功率管增多）都会使切割速度提高，但加工的表面粗糙度和精度则会下降；反之则可改善表面粗糙度和提高加工精度。随着峰值电流的增大，脉冲间隔减小，频率提高，脉冲宽度增大，电极丝损耗增大，脉冲波形前沿变陡，电极丝损耗也增大。

3）调整进给速度。当电参数选好后，再采用第一条程序切割时，要对变频进给速度进行调整，这是保证稳定加工的必要步骤。如果加工不稳，工件表面质量会大大下降，工件的表面粗糙度和精度变差，还会造成断丝。如果电参数选择恰当，同时变频调得比较稳定，才能获得好的加工质量。变频进给跟踪是否处于最佳状态，可用示波器监视工件和电极丝之间的电压波形。

（2）正式切割加工

经过以上各方面的调整准备工作，可以正式加工模具，一般是先加工固定板、卸料板，后加工凸模，最后加工凹模。凹模加工完毕，先不要放松压板取工件，要把凹模中的废料芯拿开，把切割好的凸模试插入凹模中，看看模具间隙是否符合要求，如过小可再修大一些，如凹模有差错，可根据加工的坐标进行必要的修补。

5.检验

检验内容如下：

（1）模具的尺寸精度和配合间隙

落料模：凹模尺寸应是图样零件的基本尺寸；凸模尺寸应是图样零件的基本尺寸减去冲模间隙。

冲孔模：凸模尺寸应是图样零件的基本尺寸；凹模尺寸应是图样零件的基本尺寸加上冲模间隙。

固定板：应与凸模静配合。

卸料板：大于或等于凹模尺寸。

级进模：检查步距尺寸精度。

检验工具：根据不同精度的模具，可选用游标卡尺、内外径千分尺、塞规、投影仪等量具。模具间隙均匀性也可用透光法目测。

（2）垂直度检验工具：可采用平板、刀口角尺。

（3）表面粗糙度检验工具：在现场可采用电火花加工表面粗糙度等级比较样板目测或凭手感；在实验室采用轮廓仪检测。