车床和铣床通常与机械加工相关，但线放电加工 (EDM) 为某些应用提供了特殊的优势。
线切割加工是一种电热工艺，利用放电来塑造导电材料的形状，从而可以创建复杂的设计。该技术广泛应用于零件制造，支持多种材料，在各行业都有广泛的应用。本文将深入探讨线切割放电加工的功能及其在制造业中的作用。
什么是线切割?
电火花线切割加工（EDM）是一种 精密加工方法 利用热能从工件上去除材料。专业人士将其称为不同的名称，例如火花腐蚀、线腐蚀、电火花腐蚀、线切割、烧丝和开模。在此过程中，细金属丝和去离子水导电以切割金属并防止生锈。工具电极通常由黄铜或层状铜制成，沿着预定路径移动以使工件成形。
放电加工的历史（EDM）可以追溯到 Joseph Preistly 在 1770 年的观察。他注意到由于放电而导致电极上的材料去除，也称为放电腐蚀。 1940 世纪 XNUMX 年代，苏联研究人员 Lazarenkos 为现代线切割放电加工和小孔放电加工奠定了基础。他们的工作带来了放电加工领域的创新，特别是对于钨等难加工材料。
当时，美国正在开发电火花腐蚀机，用于去除铝铸件上断裂的螺栓和丝锥。 1967 年，在苏联将冲孔卡驱动铣床改造成线切割机进行实验后，一台成功的线切割机床问世。到 1980 世纪 64 年代，EDM 可以实现 2 mmXNUMX/min 的功能加工速率，为具有挑战性的材料提供了可行的替代方案。
线切割加工的工作原理?
线切割加工通过在线电极和工件之间产生放电来进行。当工件保持静止时，移动的金属丝引导切割，在接地工件附近产生电火花。工具电极和零件之间的高电压在接触时产生电火花，在此过程中熔化小块金属。当火花跳跃时，这种放电会从工件上去除材料。
线切割机依靠布线系统和介电液来实现高效、精确的切割和高质量的表面光洁度。电线通常是黄铜或铜，偶尔涂有锌以获得更好的性能。去离子水充当调节强大火花的介质。它充当电极丝和工件之间的绝缘体，直到出现显着的电荷差异。这种受控绝缘可以产生一致的 EDM 火花，从而实现平滑、均匀的切割。
主要成分 线切割机
电火花线切割机的各个组件协同工作，有效地对材料进行成型，每个组件在机器的运行中都发挥着至关重要的作用。
数控控制
CNC 系统依赖于高精度步进电机和强大的编程指令。他们可以通过自动切割和管理走丝路径顺序来监督走丝放电加工过程。
介电液
线切割 EDM 中的油箱必须装有介电液。它可以防止小颗粒粘附到电极丝上。通常使用去离子水，因为它可以冷却工艺并产生光滑的工件表面。它还可以清除碎屑并防止工件受到热应力。
电极
在此过程中，焊丝充当阴极，而工件充当阳极。伺服电机负责在切割过程中控制线电极，以防止与工件接触。
跑步系统
该系统控制电极送丝的张力和速度。它确保电极丝的往复进给并管理电极丝在卷筒上的卷绕，而不会造成重叠。
线
电线是产生放电的电极。因此，工件的厚度及其形状直接影响线材的直径。使用的一些电线包括：
黄铜：最受欢迎的选择，平衡了经济性、导电性和切割速度。
铜：最初的线切割材料，具有良好的导电性，但切割速度慢且耐用性低。
钨和钼：虽然价格较贵，但可提高切削速度和耐磨性。
涂层线：包括镀锌线和扩散退火线，它们可增强切割性能或满足特定的材料组合。
钢芯黄铜线：它们为精密切割任务提供更高的直线度和稳定性。
工作表
它通过两个独立的步进电机控制工件的运动来支撑和固定工件。工作台与阴极丝之间的相对运动完成线切割加工过程。高速机器的工作台上设有 X 轴和 Y 轴滑轨，利用线性导轨和滚珠丝杠进行移动。 XY结构具有良好的可控性和机械刚性，已被广泛接受。
可编程电源
该装置向工件和电极丝提供 100V 至 300V 的脉冲。它还控制流经电极与工件相互作用的电荷的频率和强度。需要复杂的电源装置才能在此过程中提供正确的充电类型和质量。
回收系统
泵将去离子水（工作溶液）从水箱中抽出，通过过滤器去除杂质。然后，它被引导到不同的喷嘴，然后通过水箱周围的过滤器返回。如果过滤器和工作溶液影响切割质量，则需要更换它们。
线切割加工中的注意事项
使用该技术时要获得最佳结果需要仔细考虑一些基本因素。下面让我们来看看它们。
电火花加工线的类型和尺寸
EDM 线直径范围为 0.0008 至 0.013 英寸。较细的电线需要较低的功率设置并且切割速度较慢。直径为 0.010 英寸的普通黄铜丝常见于 80% 以上的 EDM 任务中。选择正确的焊丝取决于所加工的材料以及焊丝腐蚀过程的预期结果。
零件的几何形状
虽然线切割可以切割复杂的形状，但零件的几何形状可以决定您的设计的成败。线径限制了内角的锋利程度。因此，设计的角应比线材厚度的两倍宽，以实现干净的切割。始终将在此过程中产生的切口纳入您的设计中，以避免零件尺寸过小。又深又窄的槽可能会很棘手。电线需要机动空间。考虑添加拔模角度或策略性放置孔，以便更好地接入电线。如果您正在处理多个扁平零件，专家建议将工件堆叠起来，以实现高效、无人值守的批量处理。
表面光洁度和公差要求
通过这项技术可以实现超光滑的表面，但较粗糙的切割速度更快、成本更低。始终使表面处理与零件的需求相匹配。例如，模具可能需要镜面抛光，而支架可能不需要。同样，更严格的公差需要更精确的切割，从而增加加工时间和成本。分析您的应用程序可以处理多少公差变化。高精度零件通常需要多次、逐渐精细的切割。在设计阶段将额外的加工时间考虑在内。
材料厚度和电导率
它擅长处理薄到中等的材料。厚工件可能更适合传统加工方法。较薄的材料通常需要较少的切割时间并产生更精细的表面光洁度。此外，该过程依赖于放电，并且只有导电金属才兼容。这些高导电材料（例如铜）切割速度更快。考虑这一点以提高生产效率，特别是对于大批量作业。
时间效率的考虑因素
线切割放电加工速度很快，但明智的设计选择可以帮助您节省一些时间。例如，您希望尽量减少复杂的剪切。具有直线和最少曲线的简单几何形状可减少加工时间。最好从较快的粗切开始，然后进行较慢、较精细的精加工。与拥有带自动穿丝功能的电火花加工机的制造商合作，以最大限度地减少切割之间的停机时间也是一个不错的选择。
EDM 编程和控制
如前所述，CNC 控制是 EDM 机床的重要组成部分。因此，不要忽视线切割编程的作用。使用计算机辅助制造 (CAM) 软件生成高效的刀具路径，最大限度地减少行程时间并最大限度地提高切削效率。您还可以在 CAM 程序中利用圆角或火花隙控制等技术来处理棘手的拐角和薄特征。在运行机器之前对电线路径进行虚拟模拟将帮助您尽早发现错误和潜在的碰撞，从而节省时间并避免代价高昂的错误。
8 款最佳线切割机
选择合适的机器取决于您的生产需求。无论您优先考虑效率和正常运行时间，还是尺寸和精度，总有一款适合您。以下是前八名线切割机床制造商的简要概述。
三菱
三菱电机 以其先进的技术、可靠性和精度而闻名。他们的机器拥有高速切割能力、卓越的精度和出色的表面光洁度。该制造商还以用户友好的软件和 CNC 控制而闻名，有助于轻松编程和高效操作。
ONA
ONA 提供四个系列：模块化、紧凑型、钻孔和定制选项。紧凑型机器占地面积小，但可提供最高的精度，而模块化机器则提供卓越的灵活性。该系列确保 ONA 拥有适合各种零件尺寸、零件几何形状和应用的线切割机床。
牧野
牧野 以耐用性、稳定性和令人难以置信的性能而闻名。他们的机器具有高速加工能力、智能自动化和先进的控制系统，可实现严格的公差和卓越的精度。 U6 HEAT 是著名的一支。极端。它采用高能应用技术来实现卓越和精确的加工，特别是对于复杂的形状和严格的公差。
发那科
发那科 专注于用户友好的界面和直观的编程。他们的机器在准确性、效率和长期可靠性方面表现出色。 Alpha C600iA 是 Fanuc 最受欢迎的机器之一，以其坚固的结构、可靠性和稳定性而闻名。它具有优异的切割性能、高精度和用户友好的操作，无缝集成 CNC 控制系统。
沙迪克
沙迪克 以其高精度制造设备而闻名，其精度、切割速度和表面光洁度质量受到青睐。他们利用线性电机驱动器等创新技术来实现高生产率和响应能力。沙迪克直观的软件和先进的控制系统有助于提高用户的便利性。
阿吉
GF加工解决方案 提供多种以可靠性、多功能性和精度而闻名的机器。它们具有自适应加工、先进的工具选项和自动穿线功能。这些机器还具有高切割速度和能源效率。
夏米尔
夏米尔 提供与 Agie 相同的机器，包括 CUT X 系列和更先进的 CUT P 系列。智能发电机可提高切割速度，专用技术可优化线材消耗效率。这减少了维护时间并使制造商利润最大化。
西武
西武 作为唯一一家保证切割精度高达 +1.0 微米的 EDM 制造商。他们提供四个EDM系列：一个油型系列和三个水型系列。 MEX15 是油式机器之一。它实现了公差小于 0.1 微米的直线。它还拥有高达 +0.5 微米的节距形状和轮廓精度。
线切割加工材料
虽然该技术广泛应用于许多行业，但它仅与少数材料兼容。让我们看看其中一些材料。
预硬模具钢是数控线切割放电加工的理想选择，因为其固有硬度是通过受控热处理实现的。这样就无需在加工后进行额外的热处理，并在整个过程中保持形状完整性。其硬度可最大限度地减少线材偏转，从而实现更光滑的表面光洁度并延长工具使用寿命。
钛具有优异的导电性，也非常适合线切割加工，在操作过程中产生的热量极少，这对于保持尺寸精度至关重要。
奥氏体不锈钢以其耐腐蚀和高导热性而闻名，可确保刀具锋利并防止加工过程中的热损坏。
钨和钼具有高熔点，可承受电火花加工过程中的高温，确保最小的热变形和高效的散热。
青铜和黄铜具有良好的机械加工性，但由于熔点较低和刀具寿命缩短，成本效益较低。
非淬硬钢还遭受工具磨损和较高的加工成本，使其在应用中的成本效益低于淬硬钢或钛合金。
线切割加工的应用
这项技术令人难以置信的效率和多功能性使其在各个行业中广泛使用。下面简要介绍一下这些应用程序。
汽车
线切割技术在汽车工业中至关重要，它能够精密制造气缸盖、阀门和喷油器等关键部件，这些部件需要精确的公差和复杂的形状。它可处理各种材料，包括合金和工具钢，对于生产汽车零件铸造、冲压和成型的模具和冲模也至关重要。
航空航天
航空航天制造需要复杂的几何形状和严格的公差。线材加工有助于加工起落架、飞机发动机和其他关键部件的复杂形状的零件。此外，它也是制造飞机内饰塑料注射部件模具不可或缺的一部分。这些模具需要高精度，使其成为完成这项任务的顶级工具。
医疗器械
线切割在医疗制造中是不可或缺的，它可以提供生产镊子和复杂的骨科植入物等复杂器械所需的精度。其满足严格规范的能力确保了医疗设备在人体内的功效和兼容性。
电子设备
利用线切割放电加工技术，可以高效地生产微电子学中用于电路和传感器的微电极。这些微电极通常需要非常严格的公差才能在电子设备中正常运行。这是一个很好的选择，因为它可以生产微米级精度的组件。由于其高精度，它还可用于创建集成电路 (IC) 封装的连接器引脚和引线框架。
模具工装
利用线切割放电加工技术，可以快速生产注塑模具镶件。通常，这些模具嵌件需要精确的形状来保证预期塑料零件的精确复制，而这种精密技术有助于实现这一目标。制造商还使用它来制造冲压模具，以保证钣金部件的正确成形。它还可用于挤压模具、冲裁模具、成型工具和切割冲头。
线切割加工公差
线切割是最精确的制造工艺之一。因此，严格的公差对于它来说并不罕见。实际公差取决于几个因素，包括项目的复杂性、加工能力和操作员的技能。
然而，标准和可接受的公差是许多制造商遵循的行业基准。
标准公差和精细公差
标准公差
线性公差： 通常范围为 ±0.005 至 ±0.001 英寸（0.127 至 0.0254 毫米），表示孔、槽或轮廓等特征的允许偏差。
孔径公差： 通常在 ±0.0005 至 ±0.001 英寸（0.0127 至 0.0254 毫米）之间，确保加工孔保持在定义的直径范围内。
精细公差
线性公差： 实现微米级精度，通常范围为 ±0.0002 至 ±0.0001 英寸（0.0051 至 0.00254 毫米），这对于需要最高精度的应用至关重要。
孔径公差： 范围从 ±0.0001 到 ±0.00005 英寸（0.00254 到 0.00127 毫米），突出了卓越的精度。
影响线切割加工公差的因素
它以其微米级精度而闻名，使其成为复杂应用的理想选择。然而，其精度并不是固定的，取决于几个因素：
机器稳定性： 稳定的机器可确保切割动作更精确。
线材质量和直径： 其纯度、直径和电气特性影响加工过程。最佳结果需要线材质量和直径之间的平衡。
工件材质： 虽然某些材料更容易被机器使用，但材料的选择必须符合应用的需求。
冲洗条件： 介电介质的流动会影响加工过程的质量，有助于材料去除、一致的放电和有效的散热。
机器校准和维护： 机器的功能至关重要。卓越的机器和熟练的操作员对于实现最佳公差至关重要。
热稳定性： 为了保持已知的精度，受控电弧至关重要。热不稳定性会危及准确性，强调一致条件的重要性。
线切割放电加工与其他放电加工技术
线切割放电加工技术遵循与传统放电加工相同的基本原理。然而，这些过程仍然有一些显着的差异，使它们与众不同。在本节中，我们将研究它与其他 EDM 流程的不同之处。
线切割放电加工与传统放电加工
传统的电火花加工比线切割加工速度慢，因为它需要开发和成型电极，而电极通常由铜或石墨等高导电材料制成。相比之下，线切割放电加工的设置速度更快，因为线一到位就开始，使其成为快速生产需求的理想选择。此外，它还实现了更高的精度，因为线材本身充当电极，能够切割薄至 0.004 英寸的材料。此功能使其对于加工复杂零件特别有效。与电极形状和尺寸会影响光洁度的传统方法相比，金属丝充当薄的加热电极，可以实现更平滑的加工过程。
线切割放电加工机与沉降片放电加工机
沉降放电加工采用定制形状的电极，擅长创建复杂的 3D 形状和盲腔，而线切割放电加工最适合精确的 2D 轮廓和复杂的图案，使其适合高公差组件。线切割使用细线和去离子水作为介电液，通常可以实现更精细的表面处理。相比之下，沉降放电加工使用石墨或铜电极以及碳氢化合物或煤油，可能会产生较粗糙的表面，但更适合较厚的材料。线切割放电加工适用于航空航天零件和微芯片等超精密应用，而沉降放电加工则广泛用于汽车和制造业的模具制造。
线切割放电加工机与钻孔放电加工机
钻孔 EDM 使用专用的细管电极来钻出精确的、最小锥度的孔，尤其是在小直径和难以到达的区域。该方法专门用于创建具有特定形状或侧壁特征的孔，能够钻孔小至 0.003 英寸（0.076 毫米）。相比之下，数控线切割放电加工可以实现复杂的二维和三维特征，例如具有紧密拐角和半径的齿轮和模具，但其最小孔尺寸受到线直径的限制。虽然 EDM 切割可为复杂形状提供更快的速度，但 EDM 钻孔对于简单的直孔而言效率更高。
的优点 线切割
电火花加工技术彻底改变了制造解决方案，而精密线切割电火花加工在其中发挥了重要作用。以下是它提供的一些好处：
实现复杂零件生产
这项技术非常适合制造复杂而精密的部件，特别是在医疗保健和航空航天等行业。它能够生成高度详细的 2D 轮廓和 3D 形状，具有紧密的内半径和精细的细节，这是无与伦比的。细单股线允许腐蚀精细细节，线尺寸小至 0.02 毫米。同样，工具访问也没有限制。
提供准确度和精度
线材加工以其卓越的精度而闻名，这使得它能够以高精度创建复杂的形状。此过程中的细线可以精确切割材料，确保零件符合精确的规格。这种精度对于医疗设备、航空航天以及模具制造至关重要，在这些领域，偏差可能会导致严重后果。在此过程中使用细线可以实现精确切割并严格遵守公差。
无需昂贵的模具
该工艺中简单的电极丝使工具成本相对较低。它通过直接切割工件而无需昂贵的模具或设备。该工艺能够快速、精确地切割硬而薄的材料。与传统方法相比，它需要更少的人力资源，并且周转时间更快。此外，该技术还减少了材料的使用和废物的产生。
无需机械力即可操作
线切割与其他加工方法相比，能够有效切割坚韧、薄且脆弱的材料，且不会产生应力或弯曲。它消除了物理切削力，确保加工精密或易碎零件时不会出现变形、裂纹或功能损坏。此外，它允许在硬化状态下直接切割零件，而无需进行几何变化。
毛刺形成最少
数控线切割放电加工机擅长切割坚硬而精致的材料，不会损坏切割工具或扭曲材料表面或边缘。其连续移动的焊丝可确保精确、无毛刺的表面处理，无需额外的去毛刺或清理。由于没有轮子或锯齿，该工艺始终能够提供出色的边缘质量，毛刺极少，典型的切口宽度为 0.1 至 0.3 毫米（0.004 英寸至 0.012 英寸）。
缺点 线切割
虽然这个过程为许多应用提供了各种好处，但机械师仍然需要注意某些缺点。
仅限于导电材料
该技术仅限于导电材料，因为它是沿着金属线快速施加受控电荷的过程。这一限制意味着复合材料或覆盖有电介质的材料实际上无法用于 EDM。
比传统方法慢
线切割放电加工的一个显着缺点是其劳动密集型特性。尽管现代电火花加工机床具有 CNC 功能和自动穿丝 (AWT) 功能，允许“熄灯”操作来弥补切割速度慢的问题，但它仍然需要人工参与。对于直径大于 0.5 毫米 (0.020 英寸) 的零件的大批量生产，首选替代技术，例如薄轮磨料切割。
底部加工限制
该技术也无法从底部处理材料。这是由于其作为线锯的操作，其重点是垂直切割而不是水平或从下方切割。在必须进行底部加工的情况下，沉降片放电加工机是首选。
无法水平加工
由于其垂直方向，线切割放电加工像锯一样操作，无法水平加工材料。这种限制意味着需要水平切割的复杂设计或功能无法仅通过此工艺来实现。
选择正确的 线切割服务 Provider
寻找合适的服务提供商对于企业的成长和成功至关重要，尤其是在寻求合适的服务提供商时 线切割加工服务。以下是需要考虑的关键品质：
质量： 可靠的制造商应该始终如一地提供高质量的选择、产品和服务。这包括最终输出和整个过程，从沟通和项目管理到后期制作支持。
技术与能力： 拥有先进技术和多样化加工能力的合作伙伴可以提供创新的解决方案，轻松处理复杂的项目，并适应不断变化的行业需求。
经验： 既定的业绩记录表明制造商有能力处理不同类型的项目、有效应对挑战并提供一致的结果。
精确： 信誉良好的服务提供商应优先考虑其工作各个方面的准确性，从最初的规划和编程到执行和质量控制。
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结语
线切割加工是一种精确且多功能的加工工艺，非常适合为许多行业创建复杂的形状和几何形状。它还可以方便地进行原型设计或生产一次性零件。与许多其他制造工艺相比，它具有多种优势。然而，掌握线切割加工需要专业知识才能获得一致的高质量结果。
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