胡忠彪

（沈陽黎明航空零部件制造有限公司，遼寧 沈陽 110043）

1 電火花加工的原理

電火花加工的原理是基于工具和零件（正、負(fù)電極）之間脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來去除多余的金屬，以達(dá)到對零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求。電火花線切割加工是在電火花加工基礎(chǔ)之上于20世紀(jì)50年代末最早在前蘇聯(lián)發(fā)展起來的一種新的工藝形式，用線狀電極（鉬絲或銅絲）靠火花放電對工件進(jìn)行切割，故稱為電火花線切割，有時(shí)簡稱線切割。線切割機(jī)床的工作原理是，電極絲與脈沖電源的負(fù)極連接，工件與脈沖電源的正極連接，兩極在絕緣液體中靠近時(shí)，由于兩極的微觀表面凸凹不平，使得電場分布不均勻，離得最近處的電場強(qiáng)度最高，導(dǎo)致極間介質(zhì)被擊穿：自由正離子和電子在場中積累，很快形成被電離的放電通道:在電場的作用下，通道內(nèi)的負(fù)電子高速奔向陽極，正離子奔向陰極，形成火花放電：電子和離子在電場作用下，高速運(yùn)動時(shí)相互碰撞，陽極與陰極表面分別受到電子流和離子流的轟擊使電極間隙內(nèi)形成瞬時(shí)高溫，通道中心溫度高達(dá)100000C以上，兩極金屬材料的表面局部瞬間熔化：同時(shí)把熔化的物質(zhì)拋出，并被工作液介質(zhì)排出。

2 線切割機(jī)床按電極絲的運(yùn)行速度可分為兩大類

一類是高速走絲（或稱快走絲）電火花線切割機(jī)床：這類機(jī)床的電極絲作高速往復(fù)運(yùn)動，走絲速度為8-10m/s,這種機(jī)床是我國獨(dú)創(chuàng)的線切割加工模式。

另一類是低速走絲（或稱慢走絲）電火花線切割機(jī)床。這類機(jī)床電極絲作低速單向運(yùn)動，一般走絲速度低于0.2m/s。

2.1 高速走絲線切割設(shè)備的組成

儲絲筒、走絲溜板、絲架、上滑板、下滑板、床身、電源及控制柜。

2.2 低速走絲線切割設(shè)備的組成

脈沖電源、新絲放絲筒、廢絲筒、張力電動機(jī)、導(dǎo)向器、U、V軸電機(jī)、動穿絲系統(tǒng)。

2.3 高速走絲及低速走絲機(jī)床加工工藝及特點(diǎn)

由于高速走絲（或稱快走絲）電火花線切割機(jī)床電極絲需要反復(fù)使用，它的熱物理對加工工藝有重要影響，電極絲應(yīng)具有良好的耐蝕性、良好的導(dǎo)電性、較高的熔點(diǎn)、較高的抗拉強(qiáng)度及良好的線性要求。電極絲應(yīng)主要采用鉬絲作為電極絲，電極絲纏繞在儲絲筒上，在正常工作時(shí)電極絲作往復(fù)運(yùn)動，并且只有一段電極絲工作，因此隨著切割次數(shù)增加，電極絲磨損需要人為調(diào)整放電間隙補(bǔ)償量，來保證零件加工的尺寸精度。高速走絲線切割機(jī)床一般只能采用一次切割。加工后的表面存在變質(zhì)層。高速走絲線切割機(jī)床工作液，一般采用一定比例乳化液加水配置而成。采用沖洗方式沿電極絲輸送工作液進(jìn)行加工，在加工窄槽時(shí)，零件表面有時(shí)會出現(xiàn)黑白相間的條紋，這是由于排屑和冷卻條件不同造成的。電極絲從上向下運(yùn)動時(shí)，工作液由電極絲從上部帶入工件內(nèi)，熔化金屬由電極絲從下部帶出，由于上部工作液充分，冷卻條件好，下部工作液少，冷卻條件差，但排屑條件比上面好，這時(shí)，放電產(chǎn)物炭黑吸附在上部加工表面，使之發(fā)黑，下部加工表面呈白色。由于導(dǎo)絲輪的原因，加工錐度時(shí)存在加工誤差。

低速走絲電火花線切割機(jī)床電極絲在加工中做低速單向運(yùn)動，通常電極絲的速度在0.2m/s以下。在電極絲收集器前段，有機(jī)械吸絲系統(tǒng)保持電極絲有一定的張力。有斷絲自動停機(jī)并報(bào)警系統(tǒng)。低速走絲電火花線切割機(jī)床一般采用水侵方式對電極絲進(jìn)行冷卻，并且配有可調(diào)整高壓噴淋功能，保證電極絲及加工零件充分冷卻。頂級低速走絲電火花線切割機(jī)床，代表目前線切割機(jī)床最高水平，加工精度在±0.002mm之內(nèi)最大切割速度為400-500mm2/min,表面粗糙度Ra<0.2μm，并且表面無變質(zhì)層,這類機(jī)床功能齊全，自動化程度高。數(shù)控低速走絲線切割可以多次切割完成零件加工，第一次為粗加工，采用高峰值電流、較長脈沖寬度的規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行大電流切割，以獲得較高的切割速度。切割中把大部分金屬材料去除，保留精加工余量。第二次以后切割未經(jīng)加工，采用放電的參數(shù)逐漸減小，切除精加工余量，利用同一軌跡程序把偏置量按加工次數(shù)縮小加工，一般可分1-5次切割，除第一次加工外，其余加工量一般由幾十微米逐漸減到幾微米，特別是最后一次，加工量小，用幾個(gè)微米。少量多次切割可以提高加工零件的表面質(zhì)量，并且加工次數(shù)越多，工件的表面質(zhì)量越好。由于大部分零件切割時(shí)都是切成封閉的圖形，因此在切割凸模零件時(shí)，第一次切割后要留一段不切，保證零件不與毛坯脫離，多次加工完成后，加緊加工過的部分，在加工保留的這一部分，可以多次吃切割。

下面對多次切個(gè)零件進(jìn)行簡要說明：

圖二是加工后零件的尺寸要求，零件尺寸及同軸精度要求較高，采用一次加工無法保證零件合格，因此采用5次切割保證滿足零件圖紙要求。

圖一是零件加工示意：首先多次切割1區(qū)保證零件尺寸，在依次切割2、3、4、5區(qū)部分最后切割其余4處連接部分。

圖一

圖二

3 重熔層

在電火花加工過程中，在火化放電的瞬時(shí)高溫和工作液的快速冷卻作用下，材料的表面層發(fā)生了很大變化，粗略地可把它分為熔化凝固層（即重熔層）和熱影響層，它與基體金屬完全不同，是一種樹枝狀的淬火鑄造組織，與內(nèi)層結(jié)合也不牢固。熱影響層介于熔化層和集體之間。熱影響層的金屬材料并沒有熔化，只是受到高溫的影響使材料的金相組織發(fā)生了變化，它和基體材料之間并沒有明顯界限。電火花加工后表面硬度一般較高，耐磨性加好，同時(shí)存在殘余應(yīng)力，還有可能存在顯微裂紋，因此其耐疲勞能力比機(jī)械加工表面低。

4 重熔層的去除方法

目前的去除方法有機(jī)械加工去除、磨粒流、手工拋修、化學(xué)腐蝕、吹砂、振動光飾、電化學(xué)加工等，但效果都不甚理想，機(jī)械加工去除效果較好，但受局限性較大，只能進(jìn)行平面及易加工部位；磨粒流方法適合去除內(nèi)孔表面的重熔層：手工進(jìn)行拋修，拋修后的零件表面質(zhì)量較差，并且尺寸也不易保證；化學(xué)腐蝕是目前生產(chǎn)中相對較好的方法，但在加工時(shí)需要對非加工部位進(jìn)行保護(hù)，并且加工有隨機(jī)性，不易控制，需要反復(fù)試驗(yàn)才能進(jìn)行生產(chǎn)。振動光飾方法適合去除中小零件外表面重熔層。

上述線切割加工中的問題是實(shí)際生產(chǎn)中所遇到的問題，僅供大家參考，以便做更深入的研究。

[1]特種加工（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）.

[2]數(shù)控電火花線切割加工應(yīng)用技術(shù)問答（機(jī)械工業(yè)出版社）.