探索线切割机床：线切割如何去除金属

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  线切割机床的实际切割过程
• 2
  线切割为何采用多次走刀保证公差
• 3
  何时不宜采用线切割
• 4
  探索线切割机床时的设计要点
• 5
  线切割与铣削、车削的对比

线切割机床使用细金属丝作为电极，通常为黄铜丝或镀层黄铜丝。金属丝从供丝盘运行到收丝盘，始终不接触工件。去离子水等介电液充满金属丝与金属之间的间隙。发生器向该间隙发送受控脉冲，每个脉冲汽化少量材料。每秒数千个脉冲后，形成切缝。

关键在于没有切削力。0.25 mm 的金属丝可切穿 100 mm 厚的淬硬工具钢而不推动工件。薄壁、小内圆角以及会在立铣刀下变形的特征在此都是常规加工。金属丝直径加火花间隙决定切缝宽度，因此 0.25 mm 金属丝通常留下 0.33–0.36 mm 的槽。

工件置于液槽中，浸没或冲液，工作台沿 X、Y 轴移动。在带头部倾斜的线切割机上，U、V 轴移动上丝嘴，使金属丝可倾斜。这样可在一次装夹中切出带脱模角的模具。多数机器上金属丝为一次性使用，被消耗而非重新修磨。

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  电极黄铜丝或镀层黄铜丝，直径通常 0.20–0.30 mm。
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  介电液去离子水，经过滤和温控。
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  切割路径金属丝垂直或倾斜运行，始终不接触工件。
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  切削力无。无刀具压力，薄壁段保持形状。

单次粗加工走刀切割快，但会留下重铸层和粗糙表面。在淬硬钢上，该表面可达 Ra 3.2–6.3 μm 并带有微裂纹。因此线切割按顺序进行：一次或多次粗加工走刀，然后用较低能量精修走刀。每次精修走刀去除几微米并改善表面粗糙度。

对于典型工具钢模具，四次走刀序列可从粗加工达到 Ra 0.8–1.6 μm。精加工序列可达 Ra 0.2–0.8 μm。代价是时间。每次精修走刀增加数分钟，高工件上有时数小时。金属丝也会磨损，机床通过调整偏移量补偿。

公差在整个切割高度上并不均匀。金属丝因冲液压力和倾斜角而轻微弯曲。在 100 mm 高工件上，良好冲液下直壁保持 ±0.005 mm 是现实的。在 200 mm 高工件上，同样公差更难。切割底部的丝滞后随高度增加。若高工件需要严格公差，需预期更慢的进给和更多精修走刀。

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  粗加工走刀高能量，快速去除，留下重铸层。
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  精修走刀低能量，去除重铸层，改善 Ra。
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  高度影响更高工件需更慢进给才能保持相同公差。

线切割只能切穿材料，是贯通切割工艺。无法加工盲型腔或不贯穿工件的三维轮廓。若工件需要带底面的型腔，线切割无法完成，铣削可以。

该工艺还需要穿丝孔。金属丝必须穿过工件，因此先钻或电火花加工小孔，通常比金属丝大 0.3–0.5 mm。在淬硬工件上，该穿丝孔本身可能需要小孔电火花加工。这增加装夹时间和成本。对于软板上的简单通槽，铣削更快更便宜。

导电性是必要条件。塑料、陶瓷和大多数复合材料不能线切割。可切割某些碳化硅等导电陶瓷，但属特殊配置。对常见工程材料，线切割可加工钢、不锈钢、铝、铜、黄铜、钛和 Inconel。铝切割快，但氧化层会干扰火花，需调整参数。

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  仅贯通切割无盲型腔、无底面、无三维轮廓型腔。
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  需要穿丝孔比金属丝直径大 0.3–0.5 mm。
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  仅导电材料不加工塑料、标准陶瓷和干式复合材料。

最小内圆角半径等于金属丝半径加火花间隙。0.25 mm 金属丝对应圆角半径约 0.16–0.18 mm。若图纸要求尖内角，线切割在物理上无法实现。只有允许退刀切割或角位于开放边缘时才能得到尖角。

锥度是另一个设计手段。带 U、V 轴的线切割机可切约 ±30° 锥度，取决于机床和工件高度。这样可在一次装夹中切出带拔模的模具。但锥度降低有效冲液，可达到的表面粗糙度和公差随角度增大而下降。对于 50 mm 高工件上的 10° 锥度，表面会比同件直切略粗糙。

对于既需要严格公差又需要良好表面质量的零件，应规划线切割路径，使关键表面最后切割。最终修切行程决定公差。如果某个特征在第一次粗割中切出后不再加工，其公差会更松。在我们的线切割加工中，通常会在关键壁上留 0.05–0.1 mm 余量供修切行程使用。

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  转角半径最小约等于丝半径加放电间隙，约 0.16 mm。
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  锥度最大可达 ±30°，但角度增大时表面质量下降。
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  修切余量在需要严格公差的表面上留 0.05–0.1 mm。