电火花切割原理

电火花线切割加工概述

电火花线切割机（Wire cut Electrical Discharge Machining简称WEDM），属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。线切割机也于1960年发明于前苏联，我国是第一个用于工业生产的国家

1、电火花线切割加工原理

在电火花线切割加工中，利于移动的细金属导线（铜丝或钼丝）作一个电极，工件作另一个电极，并按照预定的轨迹运动，通过不断的火花放电对工件进行放电蚀除，以切割出成型的各种二维、三维表面。及也就是自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道。在这个阶段，两板间形成电流。导致粒子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到8000到12000度的高温，在两导体表面瞬间熔化一些材料，同时，由于电极和电介液的汽化，形成一个气泡，并且它的压力规则上升直到非常高。然后电流中断，温度突然降低，引起气泡内向爆炸，产生的动力把溶化的物质抛出弹坑，然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体，并被电介液排走。然后通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。

图1电火花线切割加工示意图

1-贮丝筒2-电极丝3-丝架4-导轮5-脉冲电源6-工作台7-工作液箱

2、电火花线切割加工的特点

电火花线切割加工的过程的工艺和机理与电火花穿孔成型加工既有共同性，又有特殊性。

★电火花线切割加工与电火花穿孔成型加工的共同点

两者在加工原理、工作机理、工艺、适应材料等方面相同，具体表现为：（1）线切割加工的电压、电流波形与电火花加工的基本相似。单个脉冲也有多种形式的放电形态，如开路、短路、正常火花放电等。

（2）线切割加工的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律，材料的可加工性等也都与电火花加工的基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。

★电火花线切割加工与电火花穿孔成型加工的不同点

两者在加工极性、工作液、放电状态、接触方式、电极形式、电极丝的加工特点、工具损耗等方面有不同处，具体表现为：

（1）以0.03~0.35mm的金属丝作为工具电极，不需要制造特定形状的电极因而省掉了成型的工具电极，大大降低了成型工具电极的设计和制造费用。用简单的工具电极，靠数控技术实现复杂的切割轨迹，缩短了生产准备时间，加工周期短，这不仅对新产品的试制很有意义，对大批量生产也增加了快速性和柔性。

（2）虽然加工的对象主要是平面形状，但是除了有金属丝直径决定的内侧转弯的最小直径R（金属线半径+放电间隙）这样的限制外，任何复杂的形状都可以加工。无论被加工工件的硬度如何，只要是导体或半导体的材料都能实现加工。

（3）轮廓加工所需的加工余量少，能有效节约贵重的材料。由于电极丝比较细，可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。又由于切缝很窄，且只对工件材料进行“套料”加工，实际金属去除量很少，因此材料的利用率很高，这对加工、节约贵重金属有着重要意义。（4）可忽略电极丝损耗，加工精度高。高速走丝线切割采用低损耗脉冲电源；低速走丝线切割采用单向连续供丝，在加工区总是保持新电极丝加工。由于采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝的损耗较少，从而对加工精度的影响比较小，特别在低速走丝线切割加工时，电极丝一次性使用，电极丝损耗对加工精度的影响更小。正是电火花线切割加工有许多突出的长处，因而在国内、外发展都较快，已获得了广泛的应用。

（5）电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象。近年来的研究结果表明，当柔性电极丝与工件接近到通常认为的放电间隙时，并不发生火花放电，甚至当电极丝已经接触到工件，从显微镜中已经看不到间隙时，也常常看不到火花。只有当工件将电极丝顶弯，偏移一定距离（几微米到几十微米）时，才发生正常的火花放电。及每进给1微米，放电间隙并不减小1微米，而是钼丝增加一点张力，向工件增加一点侧向压力，只有电极丝和工件之间保持一定的轻微接触压力，才形成火花放电。因此可以认为，在电极丝和工件之间存在着某中电化学产生的绝缘薄膜介质，当电极丝被顶弯所造成的压力和电极丝相对工件的移动摩擦使这种介质减薄到可被击穿的程度，才发生火花放电。放电发生之后产生的爆炸力可能使电极丝局部振动而脱离接触，但宏观上仍是轻压放电。

（6）采用乳化液或去离子水的工作液，不必担心发生火灾，可实现昼夜无人看守连续加工。采用水或水基工作液，不会引燃起火，容易实现安全无人运转。但由于工作液的电阻率远比煤油小，因而在开路状态下，仍有明显的电解电流。电解效应有益改善加工表面的粗糙度。（7）一般没有稳定的电弧放电状态。因而电极丝与工件始终有相对运动，尤其是高速走丝电火花线切割加工时更是如此，因此线切割加工的间隙状态可以认为是由正常火花放电、开路和短路这三种状态组成的。但往往在单个脉冲内有多种放电状态，有“微开路”、“微短路”现象。

（8）任何复杂形状的零件，只要能编制加工程序就可以进行加工，因而很适合小批量零件和试制品的生产加工，加工周期短，应用灵活。

（9）依靠微型计算机控制电极丝轨迹和间隙补偿功能，同时加工凹、凸两种模具时，间隙可任意调节。采用四轴联动，可加工上、下面异型体，形状扭曲曲面体，变锥度和球形体等零件。

（10）电极工具是直径较小的细丝，故脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工工艺参数的范围较小，属中、精正极性电火花加工，工件常接脉冲电源正极。

3、电火花线切割加工的分类

电火花线切割机按走丝速度可分为高速往复走丝电火花线切割机（Reciprocating type High Speed Wire cut Electrical Discharge Machining俗称“快走丝”）、低速单向走丝电火花线切割机（Low Speed one-way walk Wire cut Electrical Discharge Machining俗称“慢走丝”）