3.4 电火花线切割的工艺规律
3.4.1 电火花线切割加工速度和精度影响因素
切割速度是指在一定的加工条件下，单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积总和，单位为mm2/min。
加工精度是指加工后工件的尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度的总称。
(1)影响线切割加工速度的主要因素
影响电火花线切割加工切割速度的因素很多，包括脉冲参数、电极丝的直径、电极丝材料、工件、工作液、进给方式及排屑条件等。
在其他条件保持不变的情况下，提高脉冲峰值电流可按比例提高单个脉冲放电能量，因而可按比例提高切割速度；增加脉冲宽度可使切割速度增加；减小脉冲间隔会使脉冲放电频率增加，随之切割速度提高；由于脉冲电源的内阻不变，开路电压的升高会使切割速度明显提高。
电极丝的粗细直接影响切割速度。在排屑条件良好的情况下，增大电极丝直径会使切缝宽度b增大而导致切割速度下降。但增大峰值电流在很大程度上可以提高切割速度，电极丝承受峰值电流的大小与其截面积成正比，因此，在追求高效切割时，一般还是采用粗丝并加大峰值电流加工。
电极丝的张紧力越大，在加工时所发生的振动振幅则会变小，因而切缝变窄，且不易发生短路，加工精度高。但张力过大，容易引起断丝，反而使切割速度下降。
走丝速度越快，切缝放电区温升就较小，工作液进入加工区速度则越快，电蚀产物的排出速度也越快，这有助于提高加工稳定性，并减少产生二次放电的概率，因而有助于提高切割速度。低速走丝电火花线切割的走丝速度一般为0.2 m/s以下，高速走丝电火花线切割的走丝速度一般为2～11 m/s。
在电火花线切割加工中，工作液起到降低温度、迅速排除蚀除物的作用。增大工作液的压力与流速，排出蚀除物容易，可提高切割速度，但过高反而会引起电极丝的振动，影响切割速度，因此可维持层流为限。
电火花线切割所用的工作液有煤油、去离子水和皂化油乳化液3大类。用煤油作工作液时，加工表面的质量和加工精度都很好，但煤油极易着火，必须采用浸没式加工，不允许采用喷油方式，故很少采用。去离子水不会着火，且黏度低，切割效率高，是低速走丝电火花线切割加工常用的工作液。
工件材料薄，工作液易进入，对排屑和消电离有利，加工稳定性好，但工件太薄，放电脉冲利用率和切割效率较低，电极丝易抖动，加工质量变差；工件材料厚，工作液难以进入和充满放电间隙，加工稳定性差，但电极丝不易抖动，对提高加工精度和表面粗糙度有利。最初切割速度随工件厚度的增加而增加，达到某一最大值后反而下降，这是因为厚度过大，排屑条件变差。
工件材料不同，其熔点、汽化点、热导率不同，加工效果也不同。铜的切割速度高于钢，钢高于铜钨合金，铜钨合金高于硬质合金。在高速走丝电火花线切割，采用乳化液作为工作液时，加工黄铜、铝、淬火钢时，加工过程比较稳定，切割速度高；加工不锈钢、磁钢、未淬火钢时，切割速度较低，表面粗糙度较差；加工硬质合金时，加工速度较低，但加工稳定性、粗糙度较好。
变频进给速度对切割速度、加工精度和表面加工质量的影响很大。因此调节进给速度应紧密跟踪工件的蚀除速度，以保持加工间隙恒定在最佳之处。实际上某一具体加工条件下只存在一个相应的最佳进给量，此时电极丝的进给速度恰好等于工件实际可能的最大蚀除速度。如果工人设置的进给速度小于工件实际可能的蚀除速度(称欠跟踪或欠进给)，则加工状态偏开路，无形中降低了生产率；如果设置好的进给速度大于工件实际可能的蚀除速度(过跟踪或过进给)，则加工偏短路，实际上进给和切割速度反而也将下降，而且增加了断丝和“短路闷死”的危险。
最好的变频进给应当使有效放电状态比例尽量大，开路和短路状态的比例尽可能的小，此时切割速度达到加工条件下的最大值，此时相应的加工精度和表面质量也是最好的。如果变频进给速度超过工件的蚀除速度，会出现频繁的短路现象，切割速度反而降低，表面粗糙度也差，上下端面切割成焦黄色，断丝频率增大；反之，变频进给速度太慢，级间将偏于开路，直接影响切割速度，同时由于间隙较大，在间隙中电极丝的振动造成时而开路时而短路，也会影响表面粗糙度。
(2)影响加工精度的主要因素
在电火花线切割过程中，影响加工精度的因素包括了机床、脉冲电源、控制系统、工作液、电极丝、工件材料及电参数等。尺寸精度主要与流速、脉冲电源的稳定性等有关；形状精度除指线切割加工中出现的一般形状精度外，还有切缝宽度、角部精度、圆度、直线度、上下端面尺寸差等。位置精度一般与机床精度关系较大，影响形状精度的一些因素对位置精度也有影响。
电火花线切割机床的机床传动精度高，加工效果好；传动精度低，加工效果差；如果传动精度达不到要求时，则无法实现工件的尺寸加工。电火花线切割的尺寸精度很大程度上取决于坐标工作台的传动精度。其主要取决于如下4个因素:
①传动机构部件的精度(丝杠、螺母、齿轮、蜗轮、蜗杆、导轨等部件制造精度)。
②配合间隙(主要包括丝杠副、齿轮副、蜗轮副及键等配合间隙)。
③装配精度(主要是丝杠和螺母的三线对中，齿轮间均匀配合，蜗轮蜗杆的吻合相切，纵、横向两拖板的丝杠与导轨的平行度，以及两拖板导轨间的垂直度)。
④机床工作环境的影响(温度、湿度、防尘、振动等影响)。
走丝机构是机床重要的组成部分之一。它直接影响着加工效果，走丝速度越快，影响越大。电极丝在放电加工区域移动的平稳程度，取决于走丝机构的传动精度。实践表明，导轮径向跳动、轴向蹿动、V形槽磨损、导轮安装密封不好、储丝筒振动等因素均使电极丝传动精度降低，引起电极丝抖动，使加工表面出现条纹，直接影响加工精度和表面粗糙度。
为了减少电极丝抖动，提高电极丝运动精度，除了保证走丝机构的加工与装配精度，有的还在两导轮之间加装电极丝保持器，即宝石限位器。宝石限位器可使电极丝在放电间隙中振动减小，提高电极丝的位置精度，有利于提高各项工艺指标。
3.4.2 电火花线切割加工表面质量影响因素
电火花线切割加工的表面质量主要包括加工表面粗糙度、切割条纹及表面组织变化层3部分。
(1)影响加工表面粗糙度的主要因素
电火花线切割加工表面是由无数的放电小凹坑组成的，因而无光泽，但润滑性和耐磨性一般都比机械加工同等级粗糙度的表面要好。影响加工表面粗糙度的因素虽然很多，但主要是脉冲参数影响。此外，工件材料、工作液种类以及电极丝张紧力与移动速度等有一定的影响。
1)脉冲参数
无论是增大脉冲峰值电流还是增加脉宽，都会因它增大了脉冲能量而使加工表面粗糙度Ra值增大。空载电压升高，由于电源内阻不变，脉冲峰值电流会随之增大，因而加工表面粗糙度值也明显增大。增大峰值电流、脉宽等脉冲参数有利于切割速度的提高，也会使加工表面粗糙度Ra值增大，只是影响的程度不一而已。
2)工件材料
由于工件材料的热学性质不同，在相同的脉冲能量下加工的表面粗糙度是不一样的。加工高熔点材料(如硬质合金)，其加工表面粗糙度值就要比加工熔点低的材料(如铜、铝)小，当然，切割速度也会下降。
3)工作液
采用煤油作工作液时，切割速度低，但表面粗糙度较好；而用去离子水作工作液时，切割速度较高，而加工表面粗糙度Ra值也会相应增大。高速走丝电火花线切割加工常用皂化油乳化液作工作液，但种类型号不同，也会影响切割速度和表面粗糙度。
(2)影响切割条纹的主要因素
电火花线切割加工表面，从微观来看是由无数个放电小凹坑叠加而成的表面，其放电凹坑的深度直接影响加工表面的粗糙度。但从宏观来看，电火花线切割加工表面会呈现许多切割条纹，这在高速走丝电火花线切割加工中尤为明显。
影响切割条纹深度与宽度的因素很多，包括脉冲参数、走丝方式及其稳定性、工件厚度及其材质的均匀性、工作液种类与成分以及进给控制方式等。
1)脉冲参数
脉冲参数的改变，不仅会影响放电间隙大小，而且对电极丝振动也会有影响。降低脉冲电压或者减小脉冲放电能量，有利于减小单面放电间隙及电极丝的振动振幅，有利于减小切割条纹的深度。对低速走丝电火花线切割来说，由于运丝系统工作比较平稳，重要任务是设法稳定脉冲参数，减少放电间隙及电极丝振幅变化，以减小切割条纹深度。
2)走丝方式
走丝方式及运丝系统的稳定性对切割条纹的影响十分显著。一般来说，低速走丝电火花线切割加工，运丝系统比较平稳，远比高速走丝要好。提高低速走丝的电极丝张紧力、缩短导向器与工件之间的距离、降低电极丝移动速度以及选用与电极丝丝径相匹配的导向器，都有助于电极丝运行稳定，减小条纹深度。高速走丝则不同，由于电极丝的高速移动，必然会引起强烈的振动，加上导向导轮不可避免地会产生径向跳动和轴向窜动。这些都会导致切割条纹的产生。实际上，电极丝在高速往返运动中，由于上下导向导轮的运动摩擦阻力不一，在切割加工时不仅会改变电极丝的张力，而且还会影响电极丝支点的位置变化，使往返切割条纹十分明显。曾经有人发现，用短钼丝加工可改善表面切割条纹。其原理是每次电极丝换向移动时间间隔内实际切割长度控制在电极丝的半径范围之内。根据这一原理，采用短程往返走丝数字程序控制方式，效果十分明显。如果采用高耐磨性导向器，并使导向器尽量靠近工件，也能改善加工表面切割条纹，提高加工表面质量。
3)工件厚度与材质
切割的工件厚度越小，或是导向器工件越远，其切割条纹就越明显。此外，如果工作材料中含有不导电的杂质，也会迫使电极丝“绕道而行”，产生明显的条纹，严重时还会影响加工精度。
4)工作液
在电火花线切割加工中，在同一加工条件下，使用不同的工作液，不仅切割速度不同，而且加工表面切割条纹也相差较大。因此实际应用中，需根据所加工的材料及厚度，合理选择合适的工作液满足加工要求。
(3)影响加工表面组织变化层的主要因素
在电火花线切割加工过程中，由于脉冲放电时所产生的瞬时高温和工作液冷却作用，工件表面会发生组织变化，并可粗略地分为熔融凝固层(包括新黏附的松散层和极凝固层)、淬火层和热影响层3部分。
3.4.3 电火花线切割加工的合理电参数选择
线切割加工时，其电参数主要有空载电压、峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔、放电电流等。下面介绍如何合理地选择电参数。
(1)电参数的影响
1)脉冲宽度ti
一般ti＝2～60 μm，分组脉冲及光整加工ti可小于0.5 μm。ti增大加工表面粗糙度则变差。
2)脉冲间隔t0
t0减小，平均电流增大，切割快；过小则易引起电弧和断丝。一般t0＝(4～8)ti。
3)开路电压
提高，加工间隙增大，排屑变易，提高了切割速度和加工稳定性，但易造成电极丝振动，丝损耗也会增大。
4)放电峰值电流
增大时，切割速度提高，但表面粗糙度变差，丝损加大且易断丝。快走丝
一般小于40 A，平均小于5 A；慢走丝因为脉宽窄，丝径粗，故峰值电流可达100～500 A甚至700 A(快走丝常用丝径矱0.12～0.20 mm、慢走丝常用矱0.20 mm)。
5)放电波形
电流波形前缘上升平缓则电极丝损耗少，但脉宽很窄时，陡的波形才能有效进行加工。
(2)合理地选择电参数
1)要求切割速度高时
当脉冲电源控制电压高、短路电流大、脉冲宽度大时，则切割速度高，但表面粗糙度要差些，因此在满足表面粗糙度的前提下追求高的切割速度，同时要选择适当的脉冲间隔。
2)要求表面粗糙度好时
无论是矩形波还是分组波，其单个脉冲能量小，则表面粗糙度小，即脉冲宽度小、脉冲间隔适当、峰值电压低、峰值电流小时，表面粗糙度较好。
若切割的工件厚度在80 mm以内，则选用分组的脉冲电源。与其他电源相比，在相同的切割速度条件下，它可获得较好的表面粗糙度。
3)要求电极丝损耗小时
应当选用前阶梯波形或脉冲前沿上升缓慢的波形，由于这种波形电流的上升率低，故可减少电极丝损耗。
4)要求切割厚工件时
选用矩形波、高压波、大电流、大脉冲宽度和大的脉冲间隔可充分消除电离，从而保证加工的稳定性。
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