什么是电火花线切割机，它是如何工作的？
当人们想到机械加工时，可能首先想到的是车床和铣床。尽管如此，还有许多其他加工工艺可能更适合某些应用。其中一种方法是电火花加工 (EDM)。
本文将更深入地了解一种特殊类型的电火花加工——线切割放电加工的功能和能力。
什么是线材放电加工？
电火花线切割机是一种电火花线切割机，它使用连续穿过工件的线材来切割具有严格公差和最小切口的复杂形状。这种工艺对于精确切割既硬又厚的导电材料特别有用，有些机器可以切割厚度超过 300 毫米的材料。
正如我们在前一篇文章中讨论的那样，不同种类的 EDM 使用相同的基本操作原理。本质上，电极和介电流体一起工作以使用电分解导电工件的微观碎片。虽然每次放电或火花可能只会去除少量材料，但该过程每秒会发生数十万次。
在电火花线切割中，极细的金属丝充当阴极，而导电工件充当阳极。电线在两个能够独立移动以创造独特形状的导轨之间运行。然而，这对工艺的能力造成了一些限制，因为线材通常必须穿过整个工件。
与其他类型的 EDM 类似，阴极和阳极通常不进行物理接触。相反，导线和工件之间的高电位（电压）差异会导致介电流体发生电离，使其具有导电性。
简而言之，结果是火花熔化或蒸发并分离线电极和工件的微小碎片，称为 EDM 芯片。然后这些微小的电火花加工芯片在介电流体的循环中被冲走并过滤掉。
电火花线切割如何工作？
LaurensvanLieshout 的“Wire EDM”示例
公共领域，来自 Wikimedia Commons
由于打火时线电极损坏，需要不断地通过工件进给并补充。同样，电火花线切割中的介电流体（通常是去离子水）也经过循环、过滤和去离子处理，以防止其引起不规则火花。
线材系统和介电流体构成了电火花线切割的两个主要组成部分，它们必须同步工作以确保高效、精确的切割和高质量的表面光洁度。
有线系统
电火花线切割中的线材通常由黄铜或铜制成，有时还带有锌涂层以提高一致性和效率。电线非常细，直径通常为 0.3 毫米或更小，因此火花造成的持续腐蚀损坏会很快磨损。因此，必须使用容纳数公里线材的线轴不断地将新鲜线材送入工件。然后在流程结束时回收损坏的电线。
电介质
去离子水在电火花线切割中具有三个主要作用：
- 提供一种媒介来帮助控制强大的火花，
- 冲洗掉工件和线材上的 EDM 切屑，并
- 冷却工件以防止过度的热应力。
当它正常工作时，去离子水应该在电极丝和工件之间起到绝缘体的作用，直到它们之间的电荷差异足够大。这允许一种受控的混乱，因为不同点的火花将具有相似的“强度”，从而在电线附近产生平滑均匀的切割。过多的污染物会削弱水的绝缘性能，从而产生更不稳定和不一致的火花。
这也是为什么必须不断冲走介电流体以防止水中的 EDM 碎片和离子积聚的原因。为了有效地实现这一点，工件应浸没在水中，并有稳定的去离子水直接流过切割区域。
流动的流体还会从切割区域吸收热量，以防止可能在工件中引起热应力的过热。特别是在非常厚的材料中，必须仔细控制流体流动以管理工件中的热影响区 (HAZ)。过大的热应力会导致切面附近的微裂纹和材料性能改变。
电火花线切割：优点和局限性
更好地了解此制造过程的工作原理后，有必要总结一下其主要优势和劣势。
使用电火花线切割机的主要好处是：
- 切割非常坚硬的材料的首选方法之一，尤其是当切割角度不垂直于工作表面时。
- 能够实现非常严格的公差（±0.012 毫米以内），切口最小，并且整个切割过程中没有锥度。
- 适用于非常薄和非常厚的材料，不会显着影响切割质量或导致零件变形。
- 非常适合创建高质量的表面光洁度，尤其是在使用刮刀来平滑快速初始粗加工之后。
- 一个完全 CNC 的流程，这意味着操作员通常只需要装卸耗材和零件。因此，该过程可以节省劳动力。
线切割放电加工的主要局限和缺点是：
- 仅与导电材料兼容。
- 通常不适用于异质材料（如碳纤维增强聚合物）和不纯材料（如含有大量夹杂物的廉价工具钢）。
- 有时比其他合适的过程更耗时，具体取决于条件。
- 无法钻孔，如果设计需要，可能必须通过其他工艺（例如开孔 EDM）开始钻孔。
- 可能比水刀切割等替代品更贵，尤其是在消耗品方面。
另一个考虑因素可能是电火花线切割可能会将热应力引入工件，从而改变材料的特性或引起微裂纹。但另一方面，它不会对工件施加任何机械切削力。
线切割加工是否适合您？
如果上面列出的潜在限制不适用于您的项目，电火花线切割被证明是一种用于切割高厚度硬质材料的特殊方法。这个过程是精密、准确、一致性和高质量的代名词。
这意味着电火花线切割经常用于具有复杂几何形状和严格公差的零件，尤其是在使用先进材料时。由钛等特别坚硬的材料制成的易碎医疗设备部件、精密航空部件和工具是这种制造工艺的绝佳应用。
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