《數(shù)控加工工藝》課件第9章

第9章數(shù)控線切割加工工藝9.1概述

9.2影響數(shù)控線切割加工工藝指標(biāo)的主要因素9.3數(shù)控線切割加工工藝的制訂

9.4典型零件的數(shù)控線切割加工工藝習(xí)題

9.1概述

9.1.1線切割加工原理線切割加工的基本原理是利用移動的細(xì)金屬導(dǎo)線（銅絲或鉬絲等）作工具電極（接高頻脈沖電源的負(fù)極），對導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料的工件（接高頻脈沖電源的正極）進(jìn)行脈沖火花放電，放電通道的中心溫度瞬時可高于10000℃，使工件金屬熔化，甚至有少量汽化。高溫也使電極絲和工件之間的工作液部分發(fā)生汽化，汽化后的工作液和金屬蒸氣瞬間迅速熱膨脹，并具有爆炸的特性。這種熱膨脹和局部微爆炸拋出熔化和汽化的材料，實(shí)現(xiàn)對工件材料的電蝕切割加工，如圖9－1所示。通常認(rèn)為電極絲與工件之間的放電間隙δ電在0.01mm左右（線切割編程時一般取δ電＝0.01mm），若電脈沖的電壓高，則放電間隙會稍大一些。

圖9－1線切割加工原理

為保證電極絲不被燒斷，應(yīng)向放電間隙注入大量工作液充分冷卻電極，同時電極絲以7～10m／s左右的速度做軸向運(yùn)動，以避免放電總在電極絲的局部位置。高速運(yùn)動的電極絲有利于不斷地往放電間隙中帶入新的工作液，同時也有利于把電蝕產(chǎn)物從間隙中帶出去。圖9－2所示為高速走絲數(shù)控線切割加工示意圖。

圖9－2高速走絲數(shù)控線切割加工示意圖

9.1.2線切割加工的特點(diǎn)線切割加工具有以下特點(diǎn)：

(1)可以切割高硬度的導(dǎo)電材料，如各種淬火鋼、硬質(zhì)合金、磁性鋼及石墨電極等。

(2)能方便地加工復(fù)雜截面的型柱、除盲孔以外的型孔和窄縫等。采用四軸聯(lián)動控制方式時，還可加工上、下面異形體，形狀扭曲的曲面體，變錐度和球形體等零件。

(3)加工中工具電極和工件不直接接觸，沒有像機(jī)械加工那樣的切削力，因此，可以用于切割極薄的工件和采用切削加工時容易變形的工件。

(4)由于采用正極性加工，只對工件進(jìn)行切割，因而余料還可以使用；加之電極絲直徑很細(xì)（最小可達(dá)￠0.003mm），切屑極少，材料的利用率很高，因此對于貴金屬加工更有意義。

(5)由于脈沖電源的加工電流較小，脈沖寬度較窄，加之移動的長電極絲單位長度的損耗較小，因而對加工精度的影響較小，特別在慢走絲線切割加工時，電極絲一次使用，電極損耗對加工精度的影響更小。故數(shù)控線切割屬中、精加工范疇。

(6)自動化程度高，

操作簡單，

加工周期短，

成本低，

較安全。

9.1.3線切割加工的應(yīng)用線切割加工主要應(yīng)用于以下幾個方面：（1）加工模具，適用于各種形狀的沖模（凸模、凸模固定板、凹模卸料板等）、擠壓模、粉末冶金模、彎曲模、塑壓模等帶錐度的模具。（2）各種樣板、夾具零件和電火花成型加工用的電極等。（3）科研和生產(chǎn)中的新產(chǎn)品試制，材料試驗(yàn)樣件品種多、數(shù)量少的零件（加工薄件時還可多片疊在一起加工）以及除盲孔以外的特殊難加工材料的金屬零件等。

9.1.4數(shù)控線切割加工機(jī)床

1.數(shù)控線切割加工機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)數(shù)控線切割加工機(jī)床主要由機(jī)床本體、脈沖電源、控制系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)和機(jī)床附件等幾部分組成。圖9－3所示為快走絲線切割機(jī)床的組成,慢走絲線切割機(jī)床如圖9－4所示。

圖9－3快走絲線切割機(jī)床的組成

圖9－4慢走絲線切割機(jī)床

1)機(jī)床本體（1）床身部分。床身是坐標(biāo)工作臺、走絲機(jī)構(gòu)及絲架的支承和固定基礎(chǔ)，因此應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。床身一般為箱式結(jié)構(gòu)的鑄件，內(nèi)部安置電源和工作液箱?？紤]電源的發(fā)熱和工作液泵的振動，有些機(jī)床將電源和工作液箱移出床身另行安放。

（2）坐標(biāo)工作臺。部分?jǐn)?shù)控線切割機(jī)床最終都是通過坐標(biāo)工作臺與電極絲的相對運(yùn)動來完成零件的輪廓加工的。坐標(biāo)工作臺一般都采用“十”字滑板、滾動導(dǎo)軌和絲杠傳動副將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運(yùn)動，通過兩個坐標(biāo)方向各自不同的移動來合成各種平面圖形曲線軌跡。工作臺的定位精度和靈敏度、導(dǎo)軌的精度和剛度等對加工精度都有很大影響。

因此，必須消除傳動絲杠和螺母之間的間隙，提高工作臺導(dǎo)軌的精度和耐磨性。

（3）走絲機(jī)構(gòu)。走絲機(jī)構(gòu)使電極絲以一定的速度運(yùn)動并保持一定的張力。在快走絲機(jī)床上，絲張力與排繞在貯絲筒上的電極絲的拉緊力有關(guān)，貯絲筒通過聯(lián)軸節(jié)與驅(qū)動電動機(jī)相連。為了重復(fù)使用電極絲，由專門的換向裝置控制電動機(jī)作正反向交替運(yùn)動。在運(yùn)動過程中，電極絲由支架支撐，依靠導(dǎo)輪保持電極絲與工作臺垂直或切割錐度時傾斜一定的幾何角度。

（4）錐度切割裝置。為了切割有落料斜度的沖模或內(nèi)、外表面的錐度，大部分?jǐn)?shù)控線切割機(jī)床現(xiàn)在都具有錐度切割功能。切割錐度的方法有多種，快走絲線切割機(jī)床主要用的是偏移式絲架。圖9－5所示為偏移式絲架切割錐度的工作原理圖。圖9－5(a)為上（或下）單絲臂平動法，上（或下）絲臂沿x、y方向平移，這種方法只宜切割錐度不大的內(nèi)、外表面，否則鋼絲易拉斷，也易磨損，同時要求工件上應(yīng)有一定的加工圓角。圖9－5(b)為上、下兩絲臂同時繞一定中心移動的方法，這種方法加工的錐度也不宜過大。圖9－5(c)為上、下絲臂分別沿導(dǎo)輪徑向和軸向擺動的方法，此法的最大切割錐度通常可達(dá)5°。圖9－5偏移式絲架切割錐度的工作原理圖

2)脈沖電源脈沖電源是數(shù)控線切割機(jī)床最重要的組成部分之一，是決定線切割加工工藝指標(biāo)的關(guān)鍵裝置。數(shù)控線切割加工的切割速度，被加工面的表面粗糙度、尺寸和形狀精度及線電極的損耗等，都將受到脈沖電源性能的影響。

線切割脈沖電源一般是由主振級（脈沖信號發(fā)生器）、前置放大級、功率放大級和供給各級的直流電源所組成，如圖9－6所示。圖9－6脈沖電源的組成

3)工作液循環(huán)系統(tǒng)工作液循環(huán)系統(tǒng)（見圖9－7）的作用是保證連續(xù)、充分地向加工區(qū)供給清潔的工作液，及時從加工區(qū)排出電蝕產(chǎn)物，并對電極絲和工件進(jìn)行冷卻，以保持脈沖放電過程能穩(wěn)定而順利地進(jìn)行。工作液的循環(huán)與過濾裝置一般由工作液泵、液箱、過濾器、管道和流量控制閥等組成。

圖9－7工作液循環(huán)系統(tǒng)(a）

慢走絲；

(b）

快走絲

2.數(shù)控線切割機(jī)床的分類及主要技術(shù)參數(shù)

1)分類及型號

(1）快走絲數(shù)控線切割機(jī)床。這是我國生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種，也是我國獨(dú)創(chuàng)的數(shù)控線切割加工模式。這類機(jī)床采用直徑為0.08～0.2mm的鉬絲或直徑為0.3mm左右的銅絲作電極，一般以8～10m／s的走絲速度作高速往復(fù)運(yùn)動，成千上萬次地反復(fù)通過加工間隙，直到斷絲為止；工作液常用5％左右濃度的乳化液和去離子水。電極絲的快速移動可將工作液帶進(jìn)狹窄的加工縫隙進(jìn)行冷卻，同時將電蝕產(chǎn)物帶出加工間隙，以保持加工間隙的清潔狀態(tài)，有利于提高切割速度?？熳呓z數(shù)控線切割機(jī)床目前能達(dá)到的加工精度為±0.01mm，表面粗糙度Ra＝2.5～0.63μm，最大切割速度可達(dá)50mm2／min以上，切割厚度與機(jī)床的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，最大可達(dá)500mm，可滿足一般模具的加工要求。

(2）慢走絲數(shù)控線切割機(jī)床。這類機(jī)床采用直徑0.03～0.35mm的銅絲作電極，一般以低于0.2m/s的低速作單向運(yùn)動，電極絲不重復(fù)使用，可避免電極損耗對加工精度的影響。工作液主要是去離子水和煤油。慢走絲數(shù)控線切割機(jī)床的加工精度可達(dá)±0.001mm，表面粗糙度Ra＜0.32μm。這類機(jī)床還能自動穿電極絲和自動卸除加工廢料等，自動化程度較高，能實(shí)現(xiàn)無人操作加工，但其售價比快走絲線切割機(jī)床高得多，

是國外生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種。

相對于慢走絲數(shù)控線切割機(jī)床，快走絲數(shù)控線切割機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，生產(chǎn)率高，精度能滿足一般模具要求。數(shù)控線切割機(jī)床的型號是按原機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)JB1838—76《金屬切削機(jī)床型號編制方法》編制的。下面以DK7725數(shù)控線切割機(jī)床為例說明其型號含義：

路途路途路途路途路途路途

2)主要技術(shù)參數(shù)線切割機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)包括基本參數(shù)、技術(shù)參數(shù)及精度標(biāo)準(zhǔn)。（l）基本參數(shù)主要指線切割機(jī)床工作臺行程大小及加工范圍參數(shù)。工作臺行程中包括橫向行程（mm）、縱向行程（mm）和最大承載重量（kg）等參數(shù)，加工件的尺寸中包括最大寬度（mm）、最大長度（mm）和最大切割厚度（mm）等參數(shù)。

（2）技術(shù)參數(shù)。線切割機(jī)床主要的技術(shù)參數(shù)有：①最大切割速度：在單位時間內(nèi)的最大切割面積（mm2／min）。②尺寸精度：指加工后的尺寸精確程度（公差等級IT或mm）。③表面粗糙度：指加工件的表面粗糙度值（μm）。④走絲速度：指線電極的運(yùn)行速度（m／min）。⑤切割錐度：指可加工的最大斜角（°）。（3）精度標(biāo)準(zhǔn)。線切割機(jī)床的精度有幾何精度、數(shù)控精度及工作精度等，具體標(biāo)準(zhǔn)可查閱有關(guān)資料。

9.2影響數(shù)控線切割加工工藝指標(biāo)的主要因素

9.2.1主要工藝指標(biāo)

1.切割速度vwi切割速度即線切割加工的速度。它是在保證切割質(zhì)量的前提下，電極絲中心線在單位時間內(nèi)從工件上切過的面積總和，單位為mm2／min。切割速度是反映加工效率的一項(xiàng)重要指標(biāo)，數(shù)值上等于電極絲中心線沿圖形加工軌跡的進(jìn)給速度乘以工件厚度。通?？熳呓z線切割速度為40~80mm2／min，慢走絲線切割速度可達(dá)350mm2／min。

2.切割精度

數(shù)控線切割的切割精度主要包括加工面的尺寸、輪廓或孔的間距、定位尺寸等尺寸精度，加工面的平直、角部的形狀及垂直等的形狀精度和位置精度。快走絲線切割精度可達(dá)0.1mm，

一般為±0.015~0.02mm；慢走絲線切割精度可達(dá)±0.001mm左右。

3.表面粗糙度線切割加工中的工件表面粗糙度通常用輪廓算術(shù)平均值偏差Ra值表示?？熳呓z線切割的Ra值一般為1.25～2.5μm，最低可達(dá)0.63～1.25μm；慢走絲線切割的Ra值可達(dá)0.3μm。9.2.2影響工藝指標(biāo)的主要因素

1.影響切割速度的主要因素線切割的切割速度是用來反映加工效率的一項(xiàng)重要指標(biāo)。影響線切割切割速度的因素很多，主要有脈沖電源、線電極、工作液、工件等。

1)脈沖電源的影響（1）增大放電峰值電流可提高切割速度。（2）平均加工電流與切割速度成正比。（3）適當(dāng)提高脈沖頻率，可增加單位時間內(nèi)的放電次數(shù)，從而提高切割速度。但脈沖頻率過高，容易產(chǎn)生短路或不正常放電，

從而降低切割速度。

（4）脈沖電流上升的速度越快，切割速度越高。（5）適當(dāng)提高空載電壓，可合理增大放電間隙，切縫寬，改善冷卻條件，排屑變得容易，提高了切割速度和加工穩(wěn)定性。但過高的空載電壓容易形成集中放電，線電極損耗量加大，產(chǎn)生拉弧，引起斷絲。（6）在其他加工條件相同的條件下，在一定的范圍內(nèi)增大脈沖寬度可提高切割速度。

2)線電極的影響（1）線電極直徑越大，允許通過的電流越大，切割速度也就越高，這對于厚工件加工意義特別重大。（2）線電極的張緊力大，可以減少加工區(qū)域可能產(chǎn)生振動的幅值，避免短路，不僅可節(jié)省放電的能量損耗，而且有利于切割速度的提高。（3）線電極的走絲速度越高，線電極冷卻越快，電蝕物排出也快，這時可加大切割電流，

以提高切割速度。

3)工作液的影響快走絲的線切割機(jī)床在加工中，常用乳化液作為工作液，而不同種類的乳化液或同種類而濃度不同的乳化液對切割速度都有不同程度的影響，其比較分別如表9－1和表9－2所示。

表9－1乳化液濃度與切割速度

表9－2乳化液對切割速度的影響

4)工件的影響（1）不同材質(zhì)的工件，因其熔點(diǎn)、氣化點(diǎn)、導(dǎo)電系數(shù)、電蝕物的附著（或排除）程度及加工間隙的絕緣程度、熱導(dǎo)率等都不一樣，所以對切割速度的影響程度也不同。例如，在同等加工條件下，切割鋁合金件的切割速度是切割硬質(zhì)合金件的10倍，是切割銅的6倍，是切割石墨的7倍左右，而磁鋼及錫材件的切割速度最低。當(dāng)采用乳化液加工時：①若加工銅、鋁、淬火鋼，則加工過程穩(wěn)定，切割速度高。②若加工不銹鋼、磁鋼、未淬火高碳鋼，則穩(wěn)定性較差，切割速度較低，表面質(zhì)量不太好。③

若加工硬質(zhì)合金，則加工過程比較穩(wěn)定，切割速度較低，

表面粗糙度好。

（2）工件的厚度是直接影響切割速度的重要因素。一般來講，工件越厚，加工的表面積增大，熔蝕量大，耗能大，切割速度也就越慢。（3）工件的加工方法對切割速度也會產(chǎn)生影響。工件鍛造后，如含有導(dǎo)電系數(shù)極低的“夾灰”等異物，將大大降低其切割速度，甚至無法“切割”；平面磨削后的鋼質(zhì)工件，因剩磁可能在割縫中吸附蝕屑，不易清除，產(chǎn)生無規(guī)律的短路現(xiàn)象，故也會大大降低其切割速度。

2.影響切割精度的主要因素

(1)割縫是影響工件尺寸的重要因素，但割縫大小及其變化受到脈沖電源的多項(xiàng)參數(shù)、切割速度、工作液的電阻率和工件厚度等多方面的綜合影響。

(2)線電極的振動是影響加工表面平直度和垂直度的主要因素。在慢走絲線切割加工中，由于電極絲張力均勻，振動較少，因而加工穩(wěn)定性、表面粗糙度、精度指標(biāo)等均較好；走絲速度過高，將使電極絲的振動加大，會降低精度，使表面粗糙度變差，且易造成斷絲，故快走絲線切割加工時的走絲速度一般以小于10m／s為宜。

(3)工件厚度及材料的影響。工件薄，工作液易進(jìn)入并充滿放電間隙，加工穩(wěn)定性好；但工件太薄，金屬絲易產(chǎn)生抖動，對加工精度不利。工件厚，工作液難以進(jìn)入和充滿放電間隙，加工穩(wěn)定性差，但電極絲不易抖動，因此精度較好。此外，工作液（種類、

濃度及其臟污程度）都會影響切割精度。

3.影響表面粗糙度的主要因素表面粗糙度主要取決于脈沖電源的電參數(shù)、加工過程的穩(wěn)定性及工作液的臟污程度，此外，線電極的走絲速度對表面粗糙度的影響也很大。脈沖放電的總能量小，則表面粗糙度就小。加工過程穩(wěn)定性對表面粗糙度的影響也很大，為此，要保證貯絲筒和導(dǎo)輪的制造和安裝精度，控制貯絲筒和導(dǎo)輪的軸向及徑向跳動。導(dǎo)輪轉(zhuǎn)動要靈活，防止導(dǎo)輪跳動和擺動，這樣有利于減少鉬絲的振動，加工過程穩(wěn)定。必要時可適當(dāng)降低走絲速度，增加正反換向及走絲的平穩(wěn)性。

9.2.3提高線切割加工質(zhì)量的途徑

1.正確選擇起始點(diǎn)和切割路線

圖9－8所示的由外向內(nèi)順序切割的切割路線通常在加工凸模類零件時采用。圖9－8(a)所示的切割路線是錯誤的，因?yàn)楫?dāng)切割完第一邊繼續(xù)加工時，由于原來主要連接的部位被割離，余下材料與夾持部分的連接較少，工件的剛度大為降低，因而容易產(chǎn)生變形而影響加工精度。圖9－8(b)的安排較為合理，可減少由于材料割離后殘余應(yīng)力重新分布而引起的變形，但仍存在著一定程度的變形。因此，對于精度要求較高的零件，最好采用圖9－8(c)所示的方案，電極絲不由坯件的外部切入，而是將切割起始點(diǎn)取在坯件預(yù)制的穿絲孔中，

這種方案可使工件的變形最小。

圖9－8切割起始點(diǎn)和切割路線的安排

2.應(yīng)用多次切割法

切割孔類工件時，為減少變形，可采用二次切割法，如圖9－9所示。第一次粗加工型孔，各邊留余量0.1～0.5mm，以補(bǔ)償材料被切割后由于內(nèi)應(yīng)力重新分布而產(chǎn)生的變形。第二次切割為精加工。

這樣可以達(dá)到比較滿意的效果。

圖9－9二次切割法圖例

3.減小線電極振動保證貯絲筒和導(dǎo)輪的制造和安裝精度，控制貯絲筒和導(dǎo)輪的軸向及徑向跳動，經(jīng)常檢查和調(diào)整線電極張緊機(jī)構(gòu)的張力，防止導(dǎo)輪跳動和擺動。調(diào)整或更換破損的工作液噴頭。薄片工件重疊壓緊后一起加工，工件由薄變“厚”后，有利于減小線電極的振幅，

促進(jìn)加工過程的穩(wěn)定。

4.避免切割完畢的輪廓受到損傷

加工過程稍有疏忽或不慎，都可能在切割完畢后的加工輪廓交接處造成損傷甚至報廢工件。常采用以下方法預(yù)防切割完畢的輪廓受到損傷：（1）在輪廓切割快結(jié)束的適當(dāng)位置，放一備用的等高輔助工作臺托住工件或廢心，待線電極返回工藝孔或停機(jī)后再取出。（2）避免在最后一條輪廓加工結(jié)束就立即切斷高頻電源，這時可在加工結(jié)束的程序段末尾增加一個停機(jī)碼，待工件或廢心取出后，

再返回工藝孔，

可確保工件不受損傷。

5.充分利用數(shù)控系統(tǒng)的控制功能

當(dāng)線電極運(yùn)行到拐角處時，利用數(shù)控系統(tǒng)的自適應(yīng)控制功能，采用最佳的切割速度及自動轉(zhuǎn)換以脈沖電源為主的電參數(shù)，以便最大限度地減小放電間隙和尖角處的“塌角”誤差，

進(jìn)一步提高或保證其加工質(zhì)量。

9.3數(shù)控線切割加工工藝的制定一般將線切割作為工件加工的最后一道工序，使工件達(dá)到圖樣規(guī)定的加工精度和表面粗糙度。為此，應(yīng)合理控制線切割加工時的各種工藝因素（電參數(shù)、切割速度、工件裝夾等），同時應(yīng)安排好零件的工藝路線并做好線切割加工前的準(zhǔn)備。圖9－10所示為數(shù)控線切割加工的工藝準(zhǔn)備和工藝過程。

圖9－10數(shù)控線切割加工的工藝準(zhǔn)備和工藝過程

9.3.1零件圖的工藝分析

1.不宜進(jìn)行線切割加工的工件

(1)表面粗糙度和尺寸精度要求很高，超過線切割所能達(dá)到的要求，在線切割后又無法進(jìn)行手工研磨的工件。

(2)窄縫小于電極絲直徑加放電間隙的工件，或圖形內(nèi)拐角處不允許帶有電極絲半徑加放電間隙所形成的圓角的工件。

(3)非導(dǎo)電材料。

(4)加工長度和厚度超過機(jī)床加工范圍(如長度超過x、y拖板的有效行程長度）且精度要求較高的工件，

厚度超過絲架跨距的零件等。

2.數(shù)控線切割加工工藝分析

1)凹角和尖角的尺寸分析由于線電極的直徑d和放電間隙δ的必然存在，使線電極中心的運(yùn)動軌跡與加工面相距l(xiāng)，即l＝d／2＋δ，如圖9－11所示。因此，線切割加工時，在工件的凹角（內(nèi)拐角）處永遠(yuǎn)也不能加工成尖角，而只能加工成圓角。線電極的半徑和放電間隙愈大，該拐角處的圓弧誤差也越大。由于直徑d和放電間隙δ的影響，加工凸模類零件時，線電極中心軌跡應(yīng)放大一個l距離；加工凹模類零件時，線電極中心軌跡應(yīng)縮小一個l距離，

如圖9－12所示。

圖9－11線電極與工件加工面的位置關(guān)系

圖9－12線電極中心軌跡的偏移(a）

加工凸模類零件；

(b）

加工凹模類零件

9.3.2工藝準(zhǔn)備

1.工件準(zhǔn)備

1)工件的材料與毛坯數(shù)控線切割加工的模具零件一般用鍛造的方法制作毛坯，其線切割加工常在淬火與回火后進(jìn)行。由于受材料淬透性的影響，當(dāng)大面積去除金屬和切斷加工時，會使材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的相對平衡狀態(tài)遭到破壞而產(chǎn)生變形，影響加工精度，甚至在切割過程中造成材料突然開裂。為減少這種影響，除在設(shè)計(jì)時應(yīng)選用鍛造性能好、淬透性好、熱處理變形小的合金工具鋼（如Cr12、Cr12MoV、CrWMn）作模具材料外，還應(yīng)正確進(jìn)行模具毛坯鍛造及熱處理工藝。

2)模具準(zhǔn)備工序

·

凹模的準(zhǔn)備工序。

(1）下料：用鋸床切出所需棒料。

(2）鍛造：改善內(nèi)部組織，鍛造成型。

(3）退火：消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，改善加工性能。

(4）刨（銑）：刨六面，厚度留磨削余量0.4～0.6mm。

(5）磨：磨出上下平面及相鄰兩側(cè)面。

(6）

劃線：劃出刃口輪廓線及孔（螺孔、

銷孔、

穿絲孔等）的位置。

(7）加工型孔部分：當(dāng)凹模較大時，為減少線切割加工量，需將型孔漏料部分銑（車）出，只切削刃口高度；對淬透性差的材料，可將型孔的部分材料去除，留3～5mm切割余量。

(8）孔加工：加工螺孔、銷孔、穿絲孔等。

(9）淬火：滿足設(shè)計(jì)要求。

(10）磨：磨削上下平面及相鄰兩側(cè)面。

(11）

退磁處理。

·

凸模的準(zhǔn)備工序。凸模的準(zhǔn)備工序，可根據(jù)凸模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，參照凹模的準(zhǔn)備工序，去掉其中不需要的工序即可。但應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1）為便于加工裝夾，一般都將毛坯鍛造成平行六面體。對尺寸、形狀相同，斷面尺寸較小的凸模，可將幾個凸模制成一個毛坯。

(2）凸模的切割輪廓線與毛坯側(cè)面之間應(yīng)留足夠的切割余量（一般不小于5mm）。毛坯上還要留出裝夾部位。

(3）有時為防止切割時模坯產(chǎn)生變形，應(yīng)在模坯上加工出穿絲孔，切割時從穿絲孔開始。

3)工件加工基準(zhǔn)的選擇

為了便于線切割加工，根據(jù)工件外形和加工要求，應(yīng)準(zhǔn)備相應(yīng)的校正和加工基準(zhǔn)，此基準(zhǔn)應(yīng)盡量與圖樣的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致，常見的有以下兩種形式：（1）以外形為校正和加工基準(zhǔn)。外形是矩形的工件，一般需要有兩個相互垂直的基準(zhǔn)面并垂直于工件的上、下平面，

如圖9－13所示。

圖9－13矩形工件的校正和加工基準(zhǔn)

（2）以外形和內(nèi)孔分別作為校正基準(zhǔn)和加工基準(zhǔn)。如圖9－14所示，工件無論是矩形、圓形還是其它異形，都應(yīng)準(zhǔn)備一個與其上、下平面保持垂直的校正基準(zhǔn)，此時其中一個內(nèi)孔可作為加工基準(zhǔn)。在大多數(shù)情況下，外形基面在線切割加工前的機(jī)械加工中就已準(zhǔn)備好了。工件淬硬后，若基面變形很小，稍加打光便可用線切割加工；若變形較大，則應(yīng)當(dāng)重新修磨基面。

圖9－14外形一側(cè)邊為校正基準(zhǔn)，內(nèi)孔為加工基準(zhǔn)

4)穿絲孔的確定（1）切割凸模類零件，為避免將坯件外形切斷引起變形，常在坯件內(nèi)部接近外形附近預(yù)制穿絲孔（見圖9－8(c)）。（2）切割凹模、孔類零件，可將穿絲孔位置選在待切割型腔（孔）內(nèi)部。當(dāng)穿絲孔位置選在待切割型腔（孔）的邊角處時，切割過程中無用的軌跡最短；而穿絲孔位置選在已知坐標(biāo)尺寸的交點(diǎn)處則有利于尺寸推算。切割孔類零件時，將穿絲孔位置選在型孔中心可使編程操作容易。因此，要根據(jù)具體情況來選擇穿絲孔的位置。（3）穿絲孔大小要適宜。如果穿絲孔孔徑太小，不但鉆孔難度增加，而且也不便于穿絲。相反，若穿絲孔孔徑太大，則會增加鉗工工藝的難度。穿絲孔常用直徑一般為￠3~10mm。如果預(yù)制孔可用車削等方法加工，則穿絲孔孔徑也可大些。

2.線電極準(zhǔn)備

1)線電極材料的選擇所選擇的電極絲應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性和抗電蝕性，抗拉強(qiáng)度高，材質(zhì)均勻。常用電極絲有鉬絲、鎢絲、黃銅絲等。表9－3是常用線電極材料的特點(diǎn)，可供選擇時參考。

表9－3各種線電極的特點(diǎn)

單位：

mm

2)線電極直徑的選擇線電極直徑d應(yīng)根據(jù)工件加工的切縫寬窄、工件厚度及拐角尺寸大小等來選擇。若加工帶尖角、窄縫的小型模具，宜選用較細(xì)的電極絲；若加工大厚度工件或進(jìn)行大電流切割，則應(yīng)選較粗的電極絲。由圖9－15可知，線電極直徑d與拐角半徑R的關(guān)系為d＜2（R－δ）。因此，在拐角要求小的微細(xì)線切割加工中，需要選用線徑細(xì)的電極，但如果線徑太細(xì)，加工工件的厚度將受到限制。表9－4列出線徑與拐角極限和工件厚度的關(guān)系。圖9－15線電極直徑與拐角的關(guān)系

3.工作液的選配工作液對切割速度、表面粗糙度、加工精度等都有較大影響，加工時必須正確選配。常用工作液主要有乳化液和去離子水?？熳呓z線切割加工中，目前最常用的是乳化液。乳化液是由乳化油和工作介質(zhì)配制（濃度為5％～10％）而成的。工作介質(zhì)可用自來水，也可用蒸餾水、高純水和磁化水。對于慢走絲線切割加工，目前普遍使用去離子水。為了提高切割速度，在加工時還要加進(jìn)有利于提高切割速度的導(dǎo)電液以增加工作液的電阻率。加工淬火鋼，使電阻率在2×104Ω·cm左右；加工硬質(zhì)合金，電阻率在30×104Ω·cm左右。

4.工藝參數(shù)的選擇

1)脈沖參數(shù)的選擇線切割加工時，可改變的脈沖參數(shù)主要有電流峰值、脈沖寬度、脈沖間隔、空載電壓、放電電流。要求獲得較好的表面粗糙度時，所選用的電參數(shù)要??；若要求獲得較高的切割速度，則脈沖參數(shù)要選大一些，但加工電流的大小受排屑條件及電極絲截面積的限制，過大的電流易引起斷絲。一般通過試切割或按經(jīng)驗(yàn)選擇適當(dāng)?shù)拿}沖參數(shù)?？熳呓z線切割加工脈沖參數(shù)的選擇見表9－5。表9－5快走絲線切割加工脈沖參數(shù)的選擇

2)線電極的張力加工工件的精度要求較高時，應(yīng)盡量增大線電極的張力。但張力過大易增大導(dǎo)輪支撐件的磨損或斷絲。加工精度要求不太高而希望切割速度較高時，可適當(dāng)減小其張力，但張力過小會增大電極絲的振動或發(fā)生短路現(xiàn)象。

3)切割速度切割速度慢，表面粗糙度好，但出現(xiàn)鼓形誤差的可能性增大；切割速度高，

雖效率高，

但容易產(chǎn)生短路和斷絲。

4)走絲速度在導(dǎo)輪支撐件（如軸承）能承受和絲筒驅(qū)動電機(jī)允許的情況下，走絲速度應(yīng)盡量高，這不僅有利于工件的冷卻和排屑，還有利于減小因線電極損耗對高精度加工的影響。尤其是對厚工件的加工，線電極的損耗會使加工面產(chǎn)生錐度。一般走絲速度是根據(jù)工件厚度和切割速度來確定的。

5)工作液的流量和壓力在保證上、下噴嘴同時噴灑工作液的情況下，工作液的流量和壓力常選擇最大值，使冷卻和排屑處于最佳狀態(tài)，并有利于提高切割速度。但在精切割時，為了減小線電極受液流的影響而增大振動，故宜適當(dāng)減小其流量和壓力。

5.多次切割加工參數(shù)的選擇多次切割加工也叫二次切割加工，它是在對工件進(jìn)行第一次切割之后，利用適當(dāng)?shù)钠屏亢透募庸ひ?guī)準(zhǔn)，使線電極沿原切割軌跡逆向或順向再次對工件進(jìn)行精修的切割加工。對快走絲線切割機(jī)床來說，一定要求其數(shù)控裝置具有以適當(dāng)?shù)钠屏垦卦壽E逆向加工的功能。對慢走絲來說，由于穿絲方便，因而一般在完成第一次加工之后，可自動返回到加工的起始點(diǎn)，重新設(shè)定適當(dāng)?shù)钠屏亢途庸ひ?guī)準(zhǔn)之后，就可沿原軌跡進(jìn)行精修加工了。多次切割加工可提高線切割的精度和表面質(zhì)量，修整工件的變形和拐角塌角。一般情況下，采用多次切割能使加工精度達(dá)到±0.005mm，圓角和不垂直度小于0.005mm，表面粗糙度Ra值小于0.63μm。但如果粗加工后工件變形過大，則應(yīng)通過合理選擇材料和熱處理方法，正確選擇切割路線來盡可能減小工件的變形，否則，多次切割不僅達(dá)不到提高線切割精度和表面質(zhì)量的效果，甚至反而更差。對凹模切割，第一次切除中間廢心后，一般工件留0.2mm左右的多次切割加工余量即可，

大型工件應(yīng)留1mm左右。

凸模加工時，若一次必須切下就不能進(jìn)行多次切割。除此之外，第一次加工時，小工件要留1～2處0.5mm左右的固定留量，大工件要多留些。對固定留量部分切割下來后的精加工，一般采用拋光等方法。多次切割加工的有關(guān)參數(shù)可按表9－6選擇。

表9－6多次切割加工參數(shù)選擇

9.3.3工件的裝夾和位置校正

1.對工件裝夾的基本要求線切割加工對工件裝夾提出了一些基本要求：

(1)工件的裝夾基準(zhǔn)面應(yīng)清潔、無毛刺，經(jīng)過熱處理的工件，要在穿絲孔或凹模類工件擴(kuò)孔的臺階處清理干凈殘?jiān)氨砻嫜趸ぁ?/p>

(2)夾具精度要高，至少能用工件的兩個側(cè)面固定在夾具上，

如圖9－16所示。

圖9－16工件的固定

(3)工件的裝夾位置要能滿足加工行程的需要，方便工件的找正；工作臺移動時不得與絲架發(fā)生干涉。

(4)裝夾時夾緊力要均勻，不得使工件變形或翹起。

(5)裝夾困難的細(xì)小、精密、壁薄工件，可采用如圖9－17所示的輔助夾具或自切割定位方式。

圖9－17輔助工作臺和夾具(a）

輔助工作臺；

(b）

夾具

2.工件的裝夾在一般情況下，電火花線切割加工的工件在工作臺上定位后，用壓板和螺釘壓緊即可，如圖9－16所示。為了適應(yīng)各種形狀工件加工的需要，還可以使用磁性夾具、旋轉(zhuǎn)夾具或分度夾具等。

3.工件位置的校正調(diào)整在裝夾工件時，為使工件的定位基準(zhǔn)面分別與機(jī)床的工作臺面和工作臺的進(jìn)給方向x、y保持平行，確保所切割的表面與基準(zhǔn)面之間的相對位置精度，必須進(jìn)行校正調(diào)整。

(1)用百分表找正。如圖9－18所示，用磁力表將百分表固定在絲架上或其他位置上，百分表的頭與工件基面接觸，往復(fù)移動工作臺，按百分表指示值調(diào)整工件位置，直至百分表指針的偏擺范圍達(dá)到所要求的數(shù)值。需注意的是，找正應(yīng)在相互垂直的三個方向上進(jìn)行。圖9－18百分表校正

(2)劃線法找正。工件待切割圖形與定位基準(zhǔn)相互位置要求不高時，可采用劃線法找正（見圖9－19）。利用固定在絲架上的劃針對正工件上劃出的基準(zhǔn)線，往復(fù)移動工作臺，目測劃針、基準(zhǔn)間的偏離情況，將工件調(diào)整到正確位置。該法也可以在粗糙度較差的基準(zhǔn)面校正時使用。

圖9－19劃線法校正

9.3.4線電極的位置校正

(1)目測法。如圖9－20所示，目測法利用穿絲孔處劃出的十字線為基準(zhǔn)，沿劃線方向直接目測或借助于2～8倍的放大鏡來觀察電極絲與基準(zhǔn)線的相對位置，根據(jù)兩者的偏離情況調(diào)整移動工作臺。當(dāng)電極絲中心分別與縱橫方向基準(zhǔn)線重合時，根據(jù)工作臺縱、橫方向的讀數(shù)就確定了電極絲中心的位置。

圖9－20目測法

(2)火花法。如圖9－21所示，火花法通過移動工作臺，使工件的基準(zhǔn)面逐漸靠近線電極，利用線電極與工件在一定間隙時發(fā)生火花放電的瞬時，記下拖板的相應(yīng)坐標(biāo)值來推算線電極中心坐標(biāo)。此法簡便、易行，但因線電極易抖動而會出現(xiàn)誤差；放電還會損傷工件的基準(zhǔn)面；同時，線電極逐漸逼近基準(zhǔn)面產(chǎn)生的放電間隙與正常切割產(chǎn)生的放電間隙不完全相同也會產(chǎn)生誤差。

圖9－21火花法校正線電極位置

(3)自動找中心。此法是通過電極絲與工件的短路信號來自動確定電極絲的中心位置的。這種方法常用于數(shù)控功能較強(qiáng)的線切割機(jī)床。具體操作為：移動橫向床鞍，使電極絲與孔壁相接觸，記下坐標(biāo)值x1，反向移動床鞍至另一導(dǎo)通點(diǎn)，記下相應(yīng)坐標(biāo)值x2，將拖板移至兩者絕對值之和的一半處，即 的坐標(biāo)位置；同理也可得到y(tǒng)1和y2。基準(zhǔn)孔中心與線電極中心相重合的坐標(biāo)值為 ，如圖9－22所示。當(dāng)誤差達(dá)到所要求的允許值之后，定中心就結(jié)束了。圖9－22自動找中心

9.4典型零件的數(shù)控線切割加工工藝

9.4.1冷沖模加工

1.冷沖模的工藝特點(diǎn)冷沖模精度要求高，一般為0.01～0.001mm；模具的凸模型面、凹模型孔多為二維曲面，凸、凹模的型面質(zhì)量要求也很高，并要求其具有耐腐蝕性、裝飾性、高耐磨性，型面粗糙度甚至要達(dá)到鏡面。為保證加工精度，減小加工難度，在模具設(shè)計(jì)和制造上較多地采用“實(shí)配法”、“同鏜法”等。因此，在制造這類模具時，須采用多種專業(yè)工藝、多道工序才能保證加工要求，

這使得模具制造工藝流程很長。

為保證大批量沖壓加工用模具的使用壽命，凸、凹模及其相關(guān)的成型零件用的材料多為優(yōu)質(zhì)合金鋼，在高硬度（58～62HRC）或在62HRC以上的狀態(tài)下進(jìn)行二維、三維型面的高效、精密成型加工。因此，采用電火花成型、數(shù)控線切割成型加工、電解成型加工等物理和化學(xué)的特種成型工藝技術(shù)，是現(xiàn)代模具制造中常用的專業(yè)工藝。由于模具屬單件生產(chǎn)，冷沖模的主要零件凸、凹模的型面又為二維型孔曲面，故在加工中采用數(shù)控線切割機(jī)床加工占其加工的主要部分。這里著重討論數(shù)控線切割在沖壓模加工中的應(yīng)用。

2.冷沖模的加工工藝

1)加工工藝路線（1）凸模類工件的工藝路線。圖9－23所示為一凸模工件，其加工工藝路線安排如下：下料→反復(fù)或異向鍛造→退火→刨上、下平面→鉗工鉆穿絲孔→淬火與回火→磨上、下平面→線切割加工成型→鉗工修整。對于一定批量或常規(guī)生產(chǎn)的小型模件，可以在一塊坯件上分別依次加工成型。

圖9－23凸模示例

（2）凹模類工件的工藝路線。圖9－24所示為一凹模工件。其加工工藝路線如下：下料→反復(fù)或異向鍛造→退火→刨六面→磨上、下平面和基面→鉗工劃線，鉆穿絲孔→淬火與回火→磨上、下平面和基面→線切割加工成型→鉗工修配。本例中，磨削基面的目的是為了線切割加工時的找正，基面一般選擇工件側(cè)面的一組直角邊。另外，由于工件上有小槽要加工，其穿絲孔直徑不能大，為了保證穿絲孔與定位面的垂直度，以免影響電極絲與穿絲孔的正確定位，因而鉆削穿絲孔前應(yīng)對工件的定位和找正基面進(jìn)行磨削。安排兩次磨削也有利于保證上、

下平面的平行度。

圖9－24凹模示例

2)加工順序沖模一般主要由凸模、凹模、凸模固定板、卸料板、側(cè)刃、側(cè)導(dǎo)板等部件組成。在線切割加工時，安排加工順序的原則是先切割卸料板、凸模固定板等非主要件，然后再切割凸模、凹模等主要件。這樣，在切割主要件之前，通過對非主要件的切割，可檢驗(yàn)操作人員在編程過程中是否存在錯誤，同時也能檢驗(yàn)機(jī)床和控制系統(tǒng)的工作情況，若有問題可及時得到糾正。在加工中也可用圓柱銷將固定板、凹模、卸料板組合起來一次加工，這要求沖裁的材料厚度最好在0.5mm以下。如果沖裁的材料厚度大于0.5mm，

則凹模和卸料板可一起切割。

3)加工實(shí)例例如加工圖9－25所示的零件，

其凸、

凹模為線切割的典型零件。

圖9－25零件

·

工藝分析。

(1）因在沖裁加工中，沖成零件的形狀和尺寸是由其凹模決定的，故凹模內(nèi)型切割完成后的尺寸應(yīng)滿足零件圖的要求。

(2）在模具制造工藝中，凸模的完工尺寸為從凹模尺寸中扣除其配合間隙后的尺寸，也就是指完工的凸、凹模裝配后，輪廓周邊均應(yīng)有0.01mm的間隙。

(3）由于線切割加工必定受到線電極直徑及火花間隙大小的影響，故對凸、凹模應(yīng)分別考慮對其半徑（線電極半徑加火花間隙）進(jìn)行補(bǔ)償（設(shè)本例所選用機(jī)床無半徑自動補(bǔ)償功能）。

(4）為防止凸模的切割變形（坯件已經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火處理），其坯件上應(yīng)預(yù)先鉆有工藝孔（設(shè)為￠4mm），以便穿絲后進(jìn)行封閉式切割。

(5）為避免產(chǎn)生突尖或凹坑，輪廓交接處應(yīng)選擇在其輪廓線相割位置。

(6）為保證凸?；驈U心在輪廓切割結(jié)束時可能因歪斜掉落而被電蝕受損，應(yīng)考慮在輪廓切割完后立即關(guān)閉脈沖電源。

·工藝準(zhǔn)備。

(1）因?yàn)橥?、凹模裝配后，要求凸、凹模的單面配合間隙為0.01mm，故設(shè)線電極直徑為￠0.12mm，單面火花間隙為0.01mm。

(2）坯件在切割前應(yīng)經(jīng)過平面磨削，并作退磁處理。

(3）切割前應(yīng)仔細(xì)檢查電極絲的張力及與工作臺的垂直度，并調(diào)整好脈沖電源的有關(guān)電參數(shù)。加工時選擇的電參數(shù)為：空載電壓峰值95V；脈沖寬度25μs；脈沖間隔78μs；平均加工電流1.8A。采用快走絲方式，走絲速度為9m／s；線電極為￠0.3mm的黃銅絲；工作液為乳化液。

·

切割路線。凸模的加工起點(diǎn)位置及切割路線如圖9－26所示，凹模的加工起點(diǎn)位置在￠10圓心處，

切割路線與凸模相同。

圖9－26凸模切割路線

9.4.2零件加工

1.加工零件的特點(diǎn)采用線切割加工的零件一般具有以下特點(diǎn)：

(1）品種多，批量大小不定。

(2）具有薄壁、窄槽、異形孔等復(fù)雜結(jié)構(gòu)圖形。

(3）不僅有直線和圓弧組成的圖形，還有阿基米德螺旋線、拋物線、雙曲線等特殊曲線圖形。

(4）圖形大小和材料厚度常有很大的差別；技術(shù)要求高，特別是在加工精度和表面粗糙度方面有著不同的要求。

2.加工實(shí)例圖9－27所示為噴絲板異形孔的幾種孔形。其孔形特殊、細(xì)微、復(fù)雜，圖形外接參考圓的直徑在1mm以下，深徑比達(dá)20以上，縫寬為0.08～0.1mm?？椎囊恢滦砸蠛芨?，加工精度在±0.005mm以下，表面粗糙度小于Ra0.4μm。噴絲板的材料是不銹鋼1Cr18Ni9Ti。在加工中，為了保證高精度和小表面粗糙度的要求，可采取以下措施：（1）正確加工穿絲孔。用細(xì)鉬絲作電極在電火花成型機(jī)床上加工細(xì)小的穿絲孔。穿絲孔在異形孔中的位置要合理，一般選擇在窄縫的相交處，以便于校正和加工。穿絲孔的垂直度也有一定的要求，應(yīng)在0.5mm高度內(nèi)。穿絲孔孔壁與上、下平面的垂直度應(yīng)不大于0.01mm，

否則會影響線電極與工件穿絲孔的正確定位。

圖9－27噴絲板異形孔的幾種孔形(a）

三葉形；

(b）

變形三角形；

(c）

中空形

（2）保證一次加工成型。當(dāng)線電極進(jìn)退軌跡重復(fù)時，應(yīng)當(dāng)切斷脈沖電源，使得異形孔諸槽能一次加工成型，有利于保證縫寬的一致性。（3）選擇合適的線電極直徑。線電極直徑應(yīng)根據(jù)異形孔縫寬來選定，通常采用直徑為0.035～0.10mm的線電極。（4）確定合理的線電極線速度。實(shí)踐表明，對快走絲線切割加工，當(dāng)線速度在0.6m／s以下時，加工不穩(wěn)定；線速度為2m／s時，工作穩(wěn)定性顯著改善；線速度提高到3.4m／s以上時，工藝效果變化不大。因此，目前線速度常用0.8～2.0m／s。（5）保持線電極運(yùn)動穩(wěn)定。利用寶石限位器保持線電極運(yùn)動的位置精度。（6）線切割加工參數(shù)的選擇。可選擇的電參數(shù)如下：空載電壓峰值為55V，脈沖寬度1.2μs，脈沖間隔為4.4μs，平均加工電流為100～120mA；采用快走絲方式，走絲速度2m/s；線電極為0.05mm的鉬絲；工作液為油酸鉀乳化液。電火花線切割一般只用來切割型孔，即用于切割二維曲面，不能加工立體曲面（即三維曲面）。然而對于一些由直線組成的三維直紋曲面，如螺紋面、雙曲面以及一些特殊表面等，用電火花線切割加工仍是可以實(shí)現(xiàn)的，這時只需增加一個數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺附件，工件裝在用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的回轉(zhuǎn)工作臺上，采取數(shù)控移動和數(shù)控轉(zhuǎn)動相結(jié)合的方式編程，用θ角方向的單步轉(zhuǎn)動來代替y軸方向的單步移動，即可完成這些加工工藝。圖9－28所示為工件數(shù)控轉(zhuǎn)動θ和x、y兩軸或三軸聯(lián)動加工多維復(fù)雜曲面實(shí)例的示意圖。圖9－28電火花線切割加工直紋曲面(a）

加工平面凸輪；

(b）

加工螺旋面；

(c）

加工雙曲面

9.4.3數(shù)控線切割的應(yīng)用技巧與經(jīng)驗(yàn)

1.同時加工凸、凹模的方法用數(shù)控線切割加工冷沖模時，通常用兩塊坯料分別加工出凸模和凹模。這種方法加工出的凸、凹模，不僅凸、凹模之間間隙的均勻性難于控制，而且還浪費(fèi)材料。如果采用凸、凹模同時加工的方法，就可克服上述不足，如圖9－28所示。因?yàn)橥鼓：桶寄Ｊ窃谕粭l件下加工出來的，所以即使在非恒溫的條件下也能加工出比較均勻的配合間隙，且由于加工出的凹模為單錐形孔，

因而孔內(nèi)的摩