线切割质量对工件寿命的影响

◎赵忠华 殷志明

（作者单位：壹胜百模具（青岛）有限公司）

一、线切割加工简介

20 世纪，苏联科学家在研讨开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使部分的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，然后开创和发明了电火花加工办法，并于1943 年利用电蚀原理研制出世界上第一台实用化的电火花加工-装置，才真正将电蚀现象运用到实际生产加工中。

线切割的加工原理主要依靠正负极之间电火花放电腐蚀作用实现。线切割丝连接电源的负极，工件接电源的正极，在正负极间施加脉冲电压，当两电极间的间隙小到一定程度时，电极间液体介质被击穿，形成放电通道，电流迅速上升。在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程，从而达到去除工件多余材料的目的。

图（一）线切割简单原理示意图

二、线切割加工的优劣势

线切割加工相对于其他金属加工制造工艺，我总结其有如下特点：

1.节省材料成本。线切割只对材料沿轮廓进行“套料”加工，切割下来的材料可继续利用，且线切割丝直径在0。2mm 左右，相对于传统的铣削加工，能极大的提高材料的利用率，节约产品的成本。

2.加工不受工件材料硬度、刚性的影响，只要工件为导电材料就能够使用线切割进行加工。

3.受线切割丝直径与放电间隙的影响，被加工工件的内拐角最小半径有限制，无法准确加工为尖角。

4.线切割加工的特性会局部改变工件的内部组织结构，组织结构的改变能大大降低工件的使用寿命。

三、线切割的失效模式分析及对策

1.机床：Sodick Aln400gs。

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2.材质：UDDEHOLM SLAIPER。

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3. 加工参数：电极丝为黄铜丝，直径0.2mm，低速走丝（0.4m/s）加工电压60V，电流3A。工件加工后，样块使用金相显微镜放大200 倍图片如下，发现工件被加工表面有白色变质层和微小裂纹，白色变质层厚度较大值为28.0μm，平均增为13.8μm。

图（二）样块基体金相组织照片（200X）

4.缺陷产生原因。

线切割是利用电流放电热效应进行加工的，工件材料表面因放电产生瞬时高温而熔化，工件表面的熔化层（变质层由熔化凝固层与热影响层组成）在金相照片上呈现白色，又称为白层。它不仅与基体金属完全不同，是一种淬火态组织，而且与内层的结合也不甚牢固，显微硬度明显下降。它主要由马氏体、大量晶粒极细的残余奥氏体和某些碳化物组成。

线切割加工工件时，工件表面产生瞬时高温的同时，又要承受工作液的快速冷却作用。由于金属从熔化状态突然急冷凝固，材料收缩产生拉伸热应力，从而促使表面的变质层产生诸多细小的显微裂纹。

5.线切割加工后失效案例。

图（三）线切割白层导致失效图片

图（四）线切割微裂纹导致失效图片

通过上述两个工件的得知，工件由裂纹萌生和扩展两个阶段组成，一旦工件表面加工有严重的缺陷，如有线切割微裂纹或白层存在，工件的疲劳开裂直接进入到第二阶段，即裂纹扩展阶段，这一阶段的寿命很短，表现为过早开裂。

图（五）加工表面缺陷对工件寿命的影响

四、结论

为提高工件的使用寿命，建议做以下改善：

1.采用高峰值窄脉冲电参数，使工件材料以气相抛出，气化热大大高于融化热，以带走大部分热量，避免工件表面过热，降低白层的厚度及微裂纹深度；

2.大型、厚壁、形状复杂或厚度不均匀工件，采用多次线切割，降低工件的变形和表面缺陷；

3.线切割后工件通过研磨或者磨削的方式去除白层，避免白层对工件寿命的影响。