以微細放電加工 改善線切割機性能

        線切割放電加工機（Wire Electrical Discharge Machine，WEDM），其加工原理為利用金屬線作為切削刀具，於線電極與被加工物間施加電壓，此時由電壓差所產生的電場大小與及間平方呈反比。

 

        隨著電極不斷朝被加工物靠近時極間電場強度也會增加，當極間距離縮小到一定範圍時會產生八千度以上的高溫，此瞬間高溫可融化所有物質，若利用放電的方法可對於各種導電性物質進行難切削加工，包括難切削的超硬度合金。

 

        放電加工與工件的硬度無關，只要是能通電的材料均可加工，過去像陶瓷、玻璃等非導體材料，無法利用放電加工生產模具，然而隨著技術逐漸進步，科學家利用特殊方式，也可利用放電方式加工非導體材料。

 

        線切割線放電加工機也是模具廠不可缺少的工作母機，其加工原理為利用線材（通常為黃銅線）與工作物之間放電，此時線材如同線鋸，藉著XY軸方向移動，利用NC控制程式便可切割出所須的輪廓形狀，如齒輪、沖模等或其它比較複雜的形狀也可利用這種方法做切割加工。

 

        模具產業已廣泛應用放線切割線電加工機，但線切割線放電加工機仍須克服斷線、切割直角時產生圓弧、無法進行超微細線切割加工與高厚度的線切割加工等問題。

 

        目前大部份的線放電加工機都使用純水為加工液，有少部份的線放電加工機使用燈油當加工液。使用純水為加工液時加工速度快，但容易發生電解現象，所以一般的線放電加工機，通常都有一套純水循環系統。

 

        由於切割加工時，如果加工液流動不良或是線材過度振動，都會造成線材斷裂現象，一旦線材斷裂，操作員通常必須重設新設定穿線，如此反覆的動作將會降低加工效率與加工精度。為克服斷線問題，廠商已研發出自動穿線系統，不僅無須人工操作，而且可以記憶斷線的位置重新穿線，將大幅提高加工效率及精度。

 

        當切割直角時，雖然線切割放電加工機XY軸可控制行走90度的轉角，但是在放電過程，特別是轉角處通常都會產生圓弧的現象。雖然控制放電狀況或利用更微細線可儘量避免圓弧狀況發生，但是改善的程度仍有限，因此應致力於解決高精度的線切割加工時，轉角所產生的圓弧現象。

 

        目前一般線切割放電加工機大部份使用ψ200μm黃銅線，也有少部份使用ψ150μm以下細銅線。當然若使用的銅線愈細微，斷線的機率就愈大，但是為了切割更微細的工件，目前也有不少廠家使用約ψ30μm鎢線進行微細切割加工，雖然鎢種線材極為昂貴，但是應用於附加價值高的精密加工，未來將積極開發ψ20、ψ10等線材。

 

        線切割加工時，若工件的厚度愈厚，線的振動程度愈大，就越容易斷線。目前部分國外廠商已經推出可切割厚度１公尺以上工件的線切割放電加工機，除可連續切割且不斷線外，也不會影響加工精度。

 

        微細加工之始祖為日本東京大學生產技術研究所的增澤隆久教授，他於1985年首創WEDG（Wire Electrical Disch-arge Grinding）之微細電極成形加工法，並以此微細電極搭配EDM機台之2.5D及3D CAD/CAM控制，使此一微細電極可經由每一切層之2D路徑加工而達到加工3D形狀模穴之目的。

 

        傳統微細電極加工法利用高精度的金屬塊，設定為正極，塊狀金屬模具為負極，工具與金屬塊（電極）之間產生放電的加工方式來製作微細電極，但是因為金屬模具存在著消耗問題，放電間隙極難控制，因此需要技術熟練者才可加工微米級的電極工具。

 

        為了解決上述困難點，增澤教授發明WEDG的加工方式來製作微細電極利用直徑約200μm的黃銅線，銅線導溝緩慢移動，工具為正極，銅線為負極。且利用工具與銅線之間產生放電，而銅線隨時都在移動，已經放電後的銅線，不再使用，因此只要銅線直經相同，那麼銅線與工具之間的放電將維持固定，可加工直徑5μm的工件。由於可以控制主軸旋轉或不旋轉，可加工斷面是三角形、正方形或長方形的電極，甚至連螺旋形狀的電極也可加工。

 

        微細放電加工與一般大型的放電加工最大不同點在於放電回路的差異，一般大型的放電迴路使用電晶體迴路，而微細放電加工則使用RC迴路。利用微細工具可加工微細孔，甚至3D彫刻加工等，目前廣泛應用於製造汽車引擎的噴嘴，化學纖維的紡口等，適用於製造精密儀器零件。