線切割放電加工：製程、優點和應用的基本指南

「線切割加工使用充電線以極高的精度完美地塑造高度詳細的零件。這種方法對於高強度材料和嚴格公差來說是特殊的。

放電加工 (EDM) 是一種微加工工藝，其中電火花腐蝕工件上的材料。此過程最著名的是火花加工，因為在金屬切割和成型過程中，兩個電極之間會產生火花。 EDM 的一個子類別稱為線切割 EDM，其中使用細金屬線（通常為黃銅或銅）作為工具電極來切割金屬。通常，金屬絲被用作螺旋線，直徑可以從0.004英寸到寬度0.10mm到0.30mm不等。它在兩個線軸之間連續供給，以補充活動部分，因此不會很快磨損。使用去離子水導電並避免生鏽。由於線沿著預定路徑移動，因此它可以對工件提供高精度的輪廓或切割。

 

線切割機的組件

線切割加工

線 電火花加工技術 由各種使機器能夠精確切割材料的部件組成。以下是機器的關鍵部件：

1. 數控工具 

CNC 刀具通常用於控制整個 EDM 加工過程。這些工具決定如何引導線進行切割的流程。所使用的數控刀具的種類與加工時間成反比，誤差容許差成為一個重要議題。 

2. 電源供應器 

電源裝置通常為電極絲和工件產生 100V 至 300V 的電脈衝。它控制電脈衝的速率和幅度以改善它們的接觸。  

3. 線電極

焊絲是產生加工所需放電的電極。線材的直徑通常為 0. 05 至 0. 25mm，這取決於所加工工件的形狀和厚度。常用的電線類型包括：

• 黃銅線： 這些銅鋅合金最具有導電性，被稱為黃銅線。焊絲的切割速度隨著鋅含量的增加而增加，但必須加以控制，因為高鋅會降低耐腐蝕性。 
• 鍍鋅線： 這些線材具有外部鋅層或氧化鋅層，可提高加工速度。 
• 擴散退火線： 這些電線是在鋅含量超過40%時製造的。它也適用於大規模生產，因為它提高了線材在不同材料上的加工特性。 

4. 介電介質 

在電火花線切割製程中，介電流體（通常是去離子水）在槽中運作。它還可以避免電極絲上的沉積物並冷卻工藝，使工件獲得光滑的表面光潔度。 

5. 電極 

在電火花線切割機中，線材充當陰極，工件充當陽極，其中線切割機電極是線材和工件。伺服馬達調節電極絲不接觸工件，確保良好的加工品質。

 

什麼是線切割機及其運作原理？

在 線切割加工透過在細線電極和導電材料之間產生放電，材料被精確地切割並從工件上去除。讓我們把這個過程分成幾個步驟；

材料去除過程： 

線切割機使用細線電極和導電材料形式的電火花從工件上去除材料。火花會磨損材料，這就是為什麼該技術適合剛性和導電材料。 

介電液

電火花線切割製程使用稱為電介質的非導電流體。這種液體有助於將線材與工件隔離，使其不會與工件接觸，也有助於清除碎屑，以確保平穩、連續的切割過程。 

啟動流程

線切割首先從邊緣在工件上製作一個小孔或槽。導線不接觸材料；此操作利用電火花對工件進行整形。 

線材移動和錐度

電火花加工線可以在操作過程中沿著任何方向送入，從而可以在不同的表面上形成錐度或不同的厚度。這種靈活性對於確保複雜零件的製造精度至關重要。 

剪切和撇取

EDM 線切割可以是單道或兩道，取決於道次類型。第一個走刀是粗加工走刀，第二個走刀是精加工走刀。鋼絲通常會將材料一次掃過並去除多餘的部分。略讀有助於確定最終尺寸和輪廓並規劃表面。 

放電和電離

在負極絲電極和正極工件之間以低壓脈衝放電。這導致電子運動，產生電流，使去離子水電離，形成用於切割的等離子通道。 

 發熱

電流產生約 10,000°C 的溫度，並熔化並蒸發接觸電線的材料。然後，介電流體沖洗掉熔化的材料，在材料上劃出乾淨的切口。 

精度和公差

由於製程敏感性，較慢的速度和功率增加可能導致高達 +/-0.0002 英吋的誤差。在更高的速度下切割可能會更準確，公差約為 +/- 0.001 英吋。 

相關： 電火花加工：基本的初學者指南

 

電火花加工與線切割電火花加工

電火花加工和 線切割 都是非傳統加工工藝，但它們的操作方式和用途不同。  

EDM運行 使用通常為銅或石墨的工具電極，用於從工件上切割材料以形成三維空腔。然後將電極修整成最終產品，並執行其他常規切割和成型過程。在電火花加工過程中，火花電極也透過脈動工作，這有助於冷卻和清理工作區域的碎屑。因此，電火花加工精度主要取決於待加工電極的精度。此方法的優點在於在模具和壓鑄工具中生產複雜的形狀，並且適用於預硬化材料。此功能有助於最大限度地減少加工後處理和成本，並防止硬化工具變形。 

線切割放電加工機 採用細的連續送絲電極作為電極，適合二維切割。傳統 EDM 非常適合創建 3D 型腔，而線切割 EDM 非常適合創建 2D 輪廓。它廣泛用於製造擠壓工具和沖頭/模具組。該工藝在需要高精度的情況下最有用，例如在航空航天或軍事應用中，並且它也可以在高精度的剛性材料上表現良好。

 

線切割放電加工機與沉降片放電加工機 

本節將討論沉降片放電加工機和線切割放電加工機之間的差異。 

電火花加工機

電火花加工機 

沉降片電火花加工 沖壓電火花加工或模沉加工是在工件上製造型腔的有效製程。在此方法中，所使用的工具或電極由石墨、銅或鎢製成，並建構在要生產的空腔的陽模形狀中。然後將工具緩慢放入工件中，去除材料以形成型腔。同時，火花隙保持恆定。沉降片電火花加工適用於製造模具、模具和具有尖銳內角和深肋的硬質材料（如工具鋼）的零件。此工藝有利於生產傳統加工無法輕易生成的複雜形狀。 

電火花加工

電火花加工 

線切割或線切割是一種使用細線作為電極高精度切割硬質材料的製程。在沉降片電火花加工中，會形成型腔，但在線上切割電火花加工中，切口會直接穿過工件。線材（通常是黃銅）使用電腦數控控制的鑽石導軌進行成形，該導軌沿著 X 和 Y 軸滑動以對工件進行成形，而無需實際接觸工件。介電流體是去離子水，它可以冷卻過程並去除被侵蝕的材料。線切割適用於製造高精度零件、大厚度板材以及對錶面光潔度要求較高的零件，如汽車和航空航太零件、沖頭、擠壓模具等。

 

線切割加工的精度如何？

精密線切割加工零件

線切割機是精密機器，操作精度可達 0.0025 毫米。表面光潔度高達 1.5 Ra，特別是使用多道次技術和特定參數時。當機器沿著切割路徑前進時，會形成一個連續的槽，其寬度理論上等於線材直徑加上兩倍火花隙。但實際上，可能更多是由於焊絲與工件表面之間產生的火花造成的。準確的槽寬可以根據機器製造商提供的公式得出，在線切割時應注意。 

由於線切割是一種熱處理工藝，因此工件上可能會出現熱影響區和重鑄層。為了保持最終產品的質量，通常需要透過其他二次製程去除這層重鑄物。然而，當工件形狀複雜、尺寸公差較小時，線切割加工效率最高，這是其他常規加工方法很難實現的。

 

線切割加工的優點和缺點 

與任何其他方法一樣，EDM 也有優點和缺點。因此，以下是線切割的優點和缺點。 

優點： 

• 線切割加工不僅限於硬質材料；它可以用於相對較軟的材料，而不會扭曲其形狀，因為線切割不接觸材料。 
• 大多數線切割機不需要重新穿線；它們是自動穿線的，因此一旦線斷並重新穿線，切割就可以繼續。 
• 它還可以創建使用傳統材料去除方法時難以形成的形狀和圖案。 
• 與許多其他製程相比，線切割加工還可以為工件提供更好的表面光潔度，並且精度很高。 
• 與傳統機器不同，線切割系統幾乎不需要固定裝置，因此更容易安裝。 

缺點：  

• 儘管 CNC 和 AWT 等技術的改進有助於提高生產率，但線切割加工的速度比其他加工方法相對較慢。 
• 此技術僅適用於導電材料，因此其應用數量有限。 
• 線切割機易於操作，但比其他同類機器需要更多的關注。此外，消耗品的成本可能很高，並且可能需要更多熟練的人員來操作這些機器。

 

線切割機可以切割的材料？

線切割機非常靈活，因為它們可用於在工件材料上製作複雜的形狀和設計，特別是在導電材料內部。它適用於硬質和軟質材料，因此應用於各個領域，包括紡織、汽車和航空航天工業。以下是一些可以使用線切割機切割的常見材料：

鋁 

鋁還具有高導熱性和導電性的特性。儘管如此，由於其固有的柔軟性，用線切割機切割鋁可能具有挑戰性，因為它可能會導致加工後工件上出現黏性狀況。 

鈦 

線切割特別適合切割鈦金屬，因為該工藝可以處理材料的粘性並控制長切屑的形成。它採用去離子水作為介電介質，有助於維持加工過程中產生的熱量。 

鐵件 

線切割加工通常用於鋼材，比CNC加工更適合。然而，由於該過程涉及高溫，必須採取進一步措施來提高其效率。 

黃銅 

黃銅是一種高抗拉強度材料，使用線切割相對容易切割。然而，由於黃銅較軟，因此必須降低切削速度以避免上述問題。 

石墨黑色 

石墨對大多數傳統切削刀具不友好，但對線切割加工工藝友好。電極絲鋒利，可最大程度地減少顆粒拉出；因此，材料具有乾淨的切片。  

 

線切割與傳統 EDM：比較 

線切割放電加工機是傳統放電加工機的高級版本，具有相似的操作概念，但在幾個關鍵方面有所不同： 

電極 

線切割放電加工使用加熱的金屬絲作為電極，而傳統的放電加工電極則由石墨或銅等高導電材料製成。這些電極有不同的形式和尺寸，決定了切割的品質。例如，圓形電極可提供最佳的表面光潔度，其次是方形、三角形和菱形電極。傳統的 EDM 電極會在電極表面上形成一個空腔，並帶有工件的負形複製品。  

加工速度 

傳統的電火花加工涉及使用各種幾何形狀的電極；必須在加工過程之前對電極進行設計和建模，因此需要花費大量時間。另一方面，線切割機一旦插入線材即可立即投入使用，因此適用於必須盡快完成的應用。 

準確性 

由於採用線電極，線切割 EDM 比傳統 EDM 更精確，可實現 0.004 英吋的切割。這種精度使得線切割加工比傳統 EDM 更適合創建更複雜的形狀，從而進行不太詳細的切割。  

 

線切割加工的應用

線切割加工適用範圍廣泛，因為它對黑色金屬和有色金屬材料都有效，並且應用於許多行業。它可以加工大型和小型零件，而傳統的電火花加工更適合更複雜和更厚的材料，因為線切割加工中的線材厚度可能是一個問題。線切割幾乎用於所有領域的原型製作和小規模到大規模生產。以下重點介紹了受益於這種精確加工方法的一些主要行業。 

汽車產業 

汽車零件通常形狀和尺寸不規則，由硬質材料製成。線切割用於該行業是因為它不是基於力的技術，並且線電極不必比要切割的材料更強。此製程非常適合在汽車零件（例如保險桿、儀表板和車門）上製作孔、型腔和其他零件。 

醫療行業 

線切割放電加工用於醫療行業，因為必須以高公差生產複雜零件。這種精確度對於所有醫學分支都很重要，包括驗光和牙科。這 電火花醫療 機械加工可製造嚴格的醫療產品，包括牙科植體和注射器零件中的微小特徵，而不會影響金屬的強度。 

航空航天業 

線切割在航空航太領域是不可或缺的，因為零件需要高精度和表面光潔度。此方法主要用於切削不能承受熱和應力的零件，這是傳統加工的特徵。線切割放電加工已應用於航空航太工業，以高可靠性和高精度製造引擎、渦輪葉片和起落架零件等物品。

 

小孔放電加工機如何運作？ 

電火花鑽孔 是電火花加工技術的一個子類別。此方法採用小型管狀電極，可測量 0.010 英吋的公差。所使用的電極為圓柱形，直徑為0.25毫米至0.3毫米，並在類似普通鑽頭的鑽頭的主軸上旋轉。該電極也稱為 EDM 鑽頭，由產生火花的伺服控制發電機充電。 

在鑽孔 EDM 加工過程中，水性介電液在旋轉電極中及其周圍循環。這種液體提供了一個受控環境，透過該環境，產生的微小火花可以快速從電極轉移到工件。當火花撞擊工件時，會導致表面磨損並形成小凹坑。漸漸地，數百萬個這樣的小口袋連接在一起，形成設計所需的小而精確的孔。 

電極直徑和功率設定很好地控制了孔的尺寸，確保了高精度。 CNC ISO 代碼可識別每個孔的準確位置和深度，從而消除操作員造成的錯誤。 

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