线切割电火花加工（Wire EDM）是电火花加工（EDM）工艺中的一个分支，它使用连续供给的金属丝作为切削电极。电极丝最常用的是黄铜丝或镀层黄铜丝，相对于导电工件进行带电。当电极丝靠近工件材料时，在电极丝与工件之间的间隙中会产生精密且受到严格控制的电火花放电，在多个放电位置以极细微的量级逐层汽化或熔化材料。
线切割电火花加工一种非接触式加工工艺。电极丝不接触工件。材料去除是通过电火花直接产生的局部熔化与汽化实现的。切削区域浸没在去离子水或绝缘工作液中，其作用包括：
- 作为绝缘液，通过提高电弧形成所需的击穿电动势来控制火花的产生；
- 作为切削区域的冷却液；
- 冲刷冲走被蚀除的熔渣与碎屑。
线切割与传统机械加工的区别
与数控铣削或数控车削不同，线切割电火花加工具有以下特征：
- 不施加任何机械切削力
- 不受材料硬度影响
- 可加工尖锐内角，无刀具可达性限制
- 不存在毛刺与刀具磨损问题
传统机械加工依靠刃具进行物理切削，这会限制内角圆角半径、产生加工应力，并且难以加工淬火或高磨蚀性材料。导电性是线切割电火花加工必需条件。如果一种材料不能导电，就无法产生电弧放电。这一要求也构成了它的加工局限性。
线切割电火花加工流程
以下步骤详细描述了线切割加工流程。
#1 装夹
直径通常为 0.004″～0.012″（0.10～0.30 mm）的细金属丝，会自动穿过工件上的起始孔，或定位在计划切削路径的外部起点。如需切削内部特征而无法从侧面进刀时，起始孔可采用钻削、激光钻孔等方式预先加工。
#2 送丝
电极丝作为其中一个电极，导电工件作为另一个电极。电极丝从上方全新丝盘连续输送至废料丝盘，废丝通常作为优质废料回收。这种持续送丝过程可以保持电极丝直径与表面状态一致，因为电极丝的损耗速度与工件蚀除速度相近，因此在丝径减小影响切削精度或存在断裂风险之前，已被新丝替换。
#3 放电间隙控制
加工中会保持微米级的精确放电间隙，放电间隙的一致性是维持切削参数稳定的关键。电极丝永不接触工件，避免发生勾丝或机械变形。送丝机构必须避免使电极丝产生弯折。
# 4电火花放电
每秒数千次火花穿过电极丝与工件之间的工作液。每一次放电都是受到严格控制、快速、重复的电火花，每一次放电都相当于一次微型高温等离子体爆炸。它们通过熔化或汽化微小颗粒来蚀除材料。
每次放电仅去除极微量的基材以及电极丝，从而实现可控的材料去除，且不会对工件整体产生不良影响。绝大多数基础加工在去离子水溶液中进行，去离子水充当绝缘工作液。在某些情况下，会使用石油基或合成基工作液，用于微加工领域中更严格的精度控制。部分医疗应用会使用植物油，以杜绝有害污染物残留风险。
所有类型的绝缘工作液，其功能基本一致：
- 通过在间隙中形成高击穿电压来控制火花形成，通过缩短单次放电持续时间并提高瞬时强度来增强火花效果；
- 冷却切削区域，减小再铸层厚度；
- 冲走可能引发局部短路并干扰加工的碎屑。
线切割电火花加工精度
线切割能够对导电材料实现高精度、低应力、低温切削。正是出于这些原因，工程师会选择此工艺，通常用于要求严苛、高价值的复杂精密零件。
公差
目前标准机床可稳定达到 ±0.0005″（±0.0127 mm），高精度配置可达到 ±0.0001″（±0.0025 mm ）。
表面质量
切削残渣汽化冷凝会影响表面质量，这一层被称为再铸层。通常会采用多次精修切削来降低再铸层影响，获得更高质量的表面光洁度。
微细特征
切缝（Kerf）是指由电极丝移动与材料蚀除所形成的间隙。切缝宽度与电极丝直径和放电间隙密切相关，并可在切削过程中通过参数调整进行改变。
复杂几何形状
内角最小圆角半径近似等于电极丝半径，因此可以实现接近清角的内角。
| 加工能力 | 常规值 | 可实现值 |
|---|---|---|
| 尺寸公差 | ±0.0005″ ±0.0127 mm | ±0.0001″ ±0.0025 mm |
| 表面粗糙度 | 8–16 Ra μin | 4 Ra μin |
| 切缝宽度 | 0.010–0.012″ | 0.006″ |
| 内角圆角半径 | 接近0 | 电极丝直径 |
线切割电火花加工材料
有多种材料及材料类别相关因素会影响线切割的工艺过程、公差水平与切削质量。
但总体原则是：只要材料具备中等至良好的导电性，就可以进行线切割加工。只有导电材料可以加工，因为必须形成电流通路才能产生放电电弧。导电性较低、材料脆性大、硬度极高，都会带来特定的前提条件，需要在工艺中加以适配。
淬火钢与模具钢
线切割可以直接切削已经完成热处理与去应力的零件，避免了后续淬火加工带来的变形，而传统工艺往往需要后续工序来恢复平面度与精度。
这在塑料模具与压铸模具中是巨大优势，省去了热处理后多次机加工的步骤。
硬质合金与钨合金
由于硬质合金硬度极高，难以用传统加工方式切削，线切割电火花加工（WEDM）是加工硬质合金的关键特种加工方法。加工硬质合金的速度本身会比软质金属慢，以防止产生热致微裂纹并保证表面质量。
通过调整脉冲导通时间、脉冲关断时间、峰值电流等关键参数，在材料去除率与表面质量之间取得平衡，通常采用低能量精修切削。
钛及钛合金
Ti‑6Al‑4V 及相关合金在线切割过程中不会产生加工硬化。这是线切割电火花加工的优势，因为在的数控加工中，加工硬化是所有高钛含量合金加工的主要问题。
高温合金
高温合金采用线切割加工比数控加工容易。原因是线切割避免了高切削力、刀具快速磨损以及加工硬化问题，而这些问题在加工含镍、钴基高温合金时尤为突出。线切割加工基本不受材料硬度影响，可在耐热合金与热敏合金中保持加工精度，并稳定加工出具有复杂几何形状的零件。
铝合金与铜合金
铝、黄铜与铜合金由于导电性极高，可实现稳定、高能的电弧放电，线切割加工效果极佳。线切割加工这些合金可实现干净、无毛刺、尺寸精度极高的零件，适合传统加工难以或无法实现的复杂轮廓与薄壁结构。
线切割电火花加工的优势
线切割根据设备与目标材料不同，具备一系列显著优势：
- 无毛刺、无应力切削。线切割通过可控电火花蚀除去除材料，而非机械剪切，因此不会在边缘产生塑性变形，可得到尖锐、干净的轮廓，无需二次去毛刺工序。
- 无刀具磨损与断裂。线切割几乎不存在刀具磨损，也不会因切削力导致刀具断裂，因为电极丝在机械上不接触工件，且在加工过程中持续更新。尽管电极丝在切削过程中确实会被蚀除，但连续送丝会在损耗段影响切削性能之前就将其替换。
- 可在热处理后直接切削硬料。线切割在切削预硬材料时具备重大优势，因为其非接触工艺不受目标材料硬度、韧性或强度影响。通过消除切削力并连续供给电极丝，它避免了刀具磨损问题，不会产生加工硬化，并能在淬火钢与高温合金上加工出精密、无毛刺的特征。这对模具以及要求高精度 + 高硬度的疲劳敏感零件至关重要，避免了热处理变形后再进行精修加工的需求。
- 复杂几何形状，无刀具可达性限制。只要几何结构允许直线贯通切削，就完全无需考虑刀具可达性与避让空间，可实现曲率与特征尺寸极小、间距极近的结构。
- 减少或取消二次加工。零件经线切割加工后通常可直接成品使用，因此可大幅节省后续加工的成本与时间，往往足以抵消工艺本身相对较慢（以及由此带来的机时成本）的问题。
- 可加工尖锐角与微细特征。铣削无法实现的特征，在线切割中属于常规加工。这为设计师提供了极大的二维设计自由度，摆脱了大尺寸刀具加工带来的限制。
选用线切割的设计
| 设计 | 线切割的优势 |
|---|---|
| 极高精度要求 | 线切割可稳定达到 ±0.005mm 甚至更高精度，重复性好 |
| 尖锐内角 | 内角半径由电极丝半径决定，远小于铣削加工的刀具直径 |
| 要求无毛刺边缘 | 非接触火花蚀除不会产生机械毛刺 |
| 预硬或热处理材料 | 切削性能不受硬度与强度影响 |
| 薄壁或微细结构 | 无切削力，工件不会弯曲或变形 |
| 复杂内轮廓 | 精密仿形加工，无刀具可达限制 |
| 高深宽比窄槽 | 可实现深窄切削，无刀具振刀或断裂 |
| 后处理需求少 | 边缘干净、几何精度高，减少后续精整工序 |
线切割加工的局限性
| 局限性 | 对选用线切割的影响 | 材料 |
|---|---|---|
| 仅适用于导电材料 | 线切割依赖电火花放电 | 适用于钢、模具钢、不锈钢、高温合金、钛、铜合金；不适用于塑料、陶瓷、玻璃、纤维增强复合材料 |
| 切削速度较慢 | 材料靠火花蚀除而非剪切去除 | 在厚料、淬火模具钢与高温合金中尤其慢；铜、黄铜、铝相对较快 |
| 单位小时设备成本较高 | EDM 机床、电极丝、工作液增加运行成本 | 在硬料（模具钢、因科镍合金）上成本更容易被接受；软铝、低碳钢则不划算 |
| 需要起始孔 | 电极丝必须穿过工件 | 淬火钢、硬质合金需钻削或激光加工起始孔；铝、低碳钢较易实现 |
| 存在热影响层 / 再铸层 | 电火花会改变一薄层表面材料 | 对模具钢、航空合金、受疲劳载荷零件更关键；通常通过精修或抛光去除 |
| 表面质量需要权衡 | 高光洁度需要多次精修切削 | 淬火钢、高温合金比铜、黄铜需要更多精修才能达到低 Ra 值 |
| 边缘完整性问题 | 参数不佳可能产生微裂纹 | 高强钢、高温合金更敏感；铜合金通常边缘质量极好 |
| 三维几何能力有限 | 线切割擅长 2.5D 轮廓 | 不适用于复杂三维曲面，五轴铣削效率更高 |
| 厚度限制 | 截面极厚会大幅增加切削时间 | 厚模具钢、高温合金（>100 mm）耗时极长；铜 / 黄铜薄板非常理想 |
| 对易切削软材大材小用 | 其他工艺更快、更便宜 | 铝、低碳钢、塑料通常优先选用铣削或激光切割，除非精度 / 边缘质量必须用 EDM |
线切割的应用
| 行业 | 典型材料 | 线切割优势 |
|---|---|---|
| 航空航天 | 镍基高温合金（Inconel）、钛合金、淬火不锈钢 | 可切削超高硬度耐热合金，无刀具磨损；精度高、内角尖锐 |
| 医疗器械 | 不锈钢、钴铬合金、钛 | 边缘无毛刺、尺寸控制极佳、微细结构机械应力极小 |
| 汽车与赛车 | 模具钢、淬火钢、铝合金 | 非常适合淬火模具、齿轮、精密窄槽；热处理零件无变形 |
| 模具制造 | 预硬模具钢、硬质合金镶件 | 可直接加工硬料；实现铣削无法做到的尖锐内角 |
| 能源与发电 | 高温合金、不锈钢、高强钢 | 无切削力，高精度切削厚硬截面 |
| 电子与连接器 | 铜、黄铜、铍铜 | 导电性高，切削快速稳定、边缘质量极好 |
| 国防军工 | 淬火钢、高温合金 | 在超高硬度材料与复杂轮廓上保持高精度 |
| 研发与样件制作 | 各类导电金属 | 无需专用刀具，可灵活加工复杂形状 |