单晶硅的磨削辅助电火花线切割机理研究

贾 祯 李淑娟 麻高领 邵 伟 乔 畅 张 晨

西安理工大学机械与精密仪器工程学院，西安，710048

0 引言

电火花线切割(wire electrical discharge machining, WEDM)作为一种非接触式加工技术，非常适合硬脆导电材料的加工。根据LEE等[1]的研究，传统放电加工中工件的电阻率必须小于10～100 Ω·cm。然而近年来，WEDM技术已经逐渐摆脱了对工件导电性的要求。对于半导体材料而言，可以通过掺杂[2-3]或在其表面涂覆导电材料[4]来进行放电加工，对于绝缘材料，可以使用辅助电极的方法对其进行加工[5-6]，从而WEDM的应用领域更加广泛。不仅如此，研究人员还在不断尝试通过各种方法提高WEDM的工艺性能，包括超声振动辅助电火花线切割[7-8]、磁场辅助电火花线切割[9-10]以及磨削辅助电火花线切割(A-WEDM)[11]。关于超声振动辅助电火花线切割和磁场辅助电火花线切割的研究报道较多，但对A-WEDM的研究还很缺乏，特别是其加工机理还存在争议。

早在20世纪80年代，苏联研究人员首次尝试将电火花加工和金刚石磨削相结合来加工硬脆导电材料，并将这种复合加工方法称为“电火花金刚石磨削”[12]。在电火花金刚石磨削加工过程中，电极材料通常是固结有大量金刚石颗粒的砂轮，并且在电机的驱动下做旋转运动，材料在放电和研磨的综合作用下被去除。直到2008年，MENZIES等[11]首次将WEDM与金刚石线锯相结合，并将这种方法称为“磨削辅助电火花线切割”，他们简述了A-WEDM切割机理，并且发现该方法可以提高材料去除率(material remove rate, MRR)，有效去除放电产生的电蚀坑并减小重铸层厚度。WU等[13]验证了A-WEDM加工单晶硅的可能性，并将这种方法与金刚石线锯以及WEDM的工艺性能进行了比较，实验结果表明，与金刚石线锯相比，复合切割方法可以减少单晶硅表面的划痕并提高6%的切割效率，与WEDM相比，可以将工件表面粗糙度降低73%并提高160%的切割效率。WANG等[14]发现这种复合切割方法也可以用来切割绝缘材料，但电介质需要更换为氯化钠水溶液并且需要一个辅助电极，他们称这种方法为“电化学放电辅助金刚石线锯切割”，因为这种放电是由电化学反应产生的气膜被高压击穿后造成的。

尽管研究人员发现A-WEDM可以加工不同导电性能的材料，且其加工性能优于WEDM和线锯切割，但研究过程中均没有对A-WEDM的机理进行详细的探索和研究，导致后续切割过程的精确质量控制无法实现。本文通过设计电路对A-WEDM切割单晶硅的最大放电间隙进行了测量。通过采集和分析加工中的放电波形，观测加工后工件表面形貌，同时比较磨粒出刃高度与放电间隙的大小，研究了A-WEDM材料去除机理。此外，研究了脉冲宽度、占空比、进给速度以及线锯速度对工艺性能的影响。

1 实验

1.1 实验设备与材料

实验在改造的DK77-25往复式电火花线切割机上进行，图1为A-WEDM机床示意图。机床主要包括控制柜、线锯系统、电介质循环系统、工作台等。工作台可沿x、y方向进给，脉冲当量为1 μm。工件旋转并进给，vx为工件进给速度，线锯由滚筒电机驱动实现运动，vs为线锯运动速度。控制柜内配有高频脉冲电源，电压可调节为90 V、110 V，脉冲宽度4～74 μs，占空比1/15～1/3，线锯速度范围0～11 m/s，工件旋转速度0～60 r/min。

图1 A-WEDM机床示意图Fig.1 Schematic diagram of A-WEDM machine tool

工件材料是直径1英寸的P型单晶硅，晶向为[100]，电阻率为0.01 Ω·m。金刚石线的线芯为不锈钢材质，在其表面电镀有大量金刚石颗粒，所使用的金刚石线锯的线芯直径为180 μm，线锯平均直径为250 μm，金刚石粒径为40～50 μm，破断力为95.25 N，抗拉强度为1794.9 N/mm2。实验中，工件与金刚石线分别与脉冲电源的正、负极相连，电介质(去离子水)被喷洒在两极之间，工件转速恒定为5 r/min。

为了研究A-WEDM的加工机理，需要实时采集加工过程中的放电电压和放电电流，不同的电压、电流波形可以反映不同的加工状态。实验中采用Rigol Technologies公司生产的DS1104四通道示波器对放电电压、电流进行采集，采样频率为500 MHz。使用莱卡DCM 3D白光干涉仪测量工件表面粗糙度Sa，测量精度为0.01 μm。使用基恩士超景深三维显微系统(VHX-6000)对单晶硅表面形貌进行观测。

1.2 实验设计

在切割过程中，考虑4个影响因素(即脉冲宽度、占空比、线锯速度和进给速度)对工艺性能的影响。通过大量实验发现，并不是所有的加工参数组合都适合A-WEDM。因此，在设计实验方案之前，需要找到各个影响因素的最佳选择范围。

首先，当脉冲宽度小于24 μs时，加工过程中发生短路现象，机床自动回退，无法正常加工。当占空比大于1/5或进给速度小于3 μm/s时，虽然加工可以顺利进行，但加工后的单晶硅表面可以看到大量电蚀坑和重铸层，这说明线锯上的金刚石颗粒无法有效发挥作用。当线锯速度小于4 m/s时，两极之间无法有效产生放电作用。此外，当脉冲宽度为44 μs时，机床进给速度达不到最大值10 μm/s，当线锯速度大于6 m/s时，线锯丝振动加剧，不利于加工的进行。因此脉冲宽度和线锯速度只有3个水平值。出现上述现象的原因将在第2.2节详细讨论。通过这些初步实验最终确定了各影响因素的选择范围，如表1所示。

表1 因素及水平

2 A-WEDM的微观切割机理

为便于研究，假设金刚石线锯上的金刚石颗粒大小、形状相同。在每个脉冲宽度内，A-WEDM的微观放电过程与WEDM相似，当脉冲电压施加在线锯丝与单晶硅之间时，极间电场由于电极表面的微观不平整而变得极不均匀，介电液中的杂质和弱电解质的极性分子在极间电场作用下向电场较强的方向聚集、结合，从而导致电场发生畸变。随着两极间距进一步缩小或外加电场进一步升高，极间某处的电场强度会超过介电液的介电强度，从而使介电液发生雪崩式电离，最终形成等离子体放电通道[15-16]。

2.1 最大放电间隙的测量

最大放电间隙是指能够产生放电现象时线锯线芯到工件表面的最远距离。在A-WEDM加工中，若最大放电间隙大于金刚石颗粒的出刃高度，则在加工初始阶段，先产生放电腐蚀作用，反之，则先产生金刚石磨削作用。

图2 A-WEDM最大放电间隙测量电路Fig.2 The maximum discharge gap measurementcircuit of A-WEDM

采用图2所示的电路对最大放电间隙进行测量，其中V1和R1分别为机床电源和电源内阻，V2和R2分别为外接直流电源(5V)和限流电阻，D是发光二极管，S1和S2是开关。首先将S1断开，S2闭合，将线锯丝与单晶硅直接接触，发现二极管被点亮，这说明线锯丝能够传输电流。由于线锯丝上的金刚石颗粒是通过电镀的方法固结于线芯表面的，而在电镀过程中首先会在线芯表面进行预镀镍，从而增大金刚石颗粒与线芯之间的结合力，因此在工件与线锯丝之间传导电流的正是这些镍层。

当二极管被点亮后，反向移动工作台，使单晶硅朝着远离线锯丝的方向运动，直到二极管忽明忽暗，说明线锯丝与单晶硅刚刚接触上。此时断开S2，闭合S1,调节控制柜参数使工作台继续反向进给(进给速度为1 μm/s)，直到示波器显示放电停止，记录反向进给距离，重复3次取平均值，最终得到最大放电间隙为57 μm(大于金刚石颗粒的出刃高度)，这说明A-WEDM加工中，随着工作台的进给，首先产生的是放电腐蚀作用。

2.2 A-WEDM的不同加工状态及单个脉冲周期内材料去除过程分析

图3为A-WEDM加工初始阶段示意图及相对应的放电电压、放电电流波形，图中，d0和d1分别代表线芯直径和线锯丝直径，d代表工件表面到线芯的距离，即两极间的距离，d′代表最大放电间隙。

在加工刚开始时(图3a)，工件表面到线芯的距离d还没有达到最大放电间隙d′，绝缘电介质没有被击穿，称为开路状态，此时只能观察到开路电压为110 V左右，而电流仍然为0(图3b)。

随着工作台的进给，工件与线芯之间的距离达到最大放电间隙(图3c)，绝缘介质被击穿形成等离子体放电通道，此时放电腐蚀作用已经开始。图3d是该过渡阶段的放电电压和放电电流波形。从图中可以看出，此时的波形为典型的火花放电波形。当一个脉冲开始时，电压迅速上升，但还没有电流产生。经过大约几微秒的击穿延迟后，电介质被击穿，放电电压开始下降，并产生放电电流。当等离子体通道趋于稳定时，放电电压和放电电流维持在某个特定值(具体值取决于所选择的加工参数)附近波动。当一个脉冲结束时，放电电压和放电电流迅速下降到0。

开路状态和过渡状态是任何情况下A-WEDM必然经历的加工状态，但是在经过了短暂的过渡状态之后，可能出现不同的加工工况，这取决于所选择的加工参数组合。不同的加工参数组合决定着加工过程中线芯与工件表面之间的距离，最终决定不同的工艺结果。

电源产生的周期性脉冲信号可以分为无数个脉冲宽度和脉冲间隔的总和，如图4所示。当一个脉冲开始时，放电腐蚀与金刚石颗粒共同去除工件材料，图4中A处的虚线部分是脉冲宽度内去除的工件材料。当一个脉冲宽度结束时，在电介质的冲洗作用下，放电腐蚀以及金刚石磨削的电蚀产物和加工屑被带离放电间隙，与此同时，工作台的进给运动和线锯丝的纵向运动使金刚石颗粒继续产生磨削作用，此时的金刚石颗粒不但能够去除放电腐蚀产生的电蚀坑与重铸层，还可以继续磨削未放电部分的工件表面，如图4中C处所示。同理，由于电介质的冲洗作用，被金刚石颗粒磨削掉的碎屑颗粒被顺利带离放电间隙。

(a)开路状态 (b)开路状态放电电压、电流波形

(c)过渡状态 (d)过渡状态放电电压、电流波形图3 A-WEDM加工初始阶段不同加工状态及相应的电压、电流波形(脉冲宽度为54 μs、占空比为1/10)Fig.3 Different processing states and corresponding voltage and current waveforms in the initial stage of A-WEDMprocessing(pulse width 54 μs， duty cycle 1/10)

图4 连续脉冲信号和单个脉冲周期内单颗金刚石颗粒去除材料示意图Fig.4 Schematic diagram of continuous pulse signal andthe material removal by a single diamond particle in asingle pulse period

从图4中还可以看出，脉冲宽度内的材料去除速度与脉冲间隔内材料去除速度之间的差值决定了线芯与工件之间的距离，最终导致了不同的加工状态和工艺结果。当占空比大于1/5或进给速度小于3 μm/s时，都会导致脉宽内的材料去除速度近似等于脉间内的材料去除速度，最终使两极之间的距离保持在最大放电间隙附近，此状态下的放电波形与图3d一致，放电电压较高，每个脉冲宽度内都有击穿延时现象，并且这种加工状态可以一直持续到加工结束。加工后的工件表面仍然有许多电蚀坑与重铸层(图5)，这说明金刚石颗粒没有在脉冲间隔内有效去除电蚀坑与重铸层。

图5 单晶硅表面的电蚀坑与重铸层(脉冲宽度54 μs，占空比1/11，线锯速度5 m/s，进给速度2 μm/s)Fig.5 Discharge craters and recast layer on the surfaceof single-crystal silicon(pulse width 54 μs, duty cycle1/11, wire speed 5 m/s, feed rate 2 μm/s)

第二种情况是脉宽内的材料去除速度略小于脉间内金刚石的磨削速度，工件与线芯之间的距离略小于最大放电间隙，该状态下的放电电压和放电电流波形如图6所示。从图中可以看出，当一个脉冲开始时，由于两极之间的间隙小于最大放电间隙，放电电压迅速上升，电介质瞬间被击穿产生等离子放电通道，放电电流也迅速上升，基本没有击穿延迟现象。随着等离子体通道的稳定，放电电压和放电电流也趋于稳定，直到脉冲结束。

图6 稳定阶段放电电压、电流波形Fig.6 Discharge voltage and current waveforms atstable conditions

这种加工状态下加工后的工件表面几乎已经没有了重铸层并且电蚀坑尺寸和数量也有所减少，表面粗糙度大幅度下降，但是会在工件表面产生一些划痕(图7)。

图7 单晶硅表面的划痕以及未去除完全的电蚀坑(脉冲宽度74 μs，占空比1/7，线锯速度5 m/s，进给速度6 μm/s)Fig.7 Scratches and craters on the surface ofsingle-crystal silicon(pulse width 74 μs, duty cycle1/7, wire speed 5 m/s, feed rate 6 μm/s)

第三种情况是脉冲宽度小于24 μs时，此时脉冲宽度内的材料去除速度远小于脉冲间隔内的材料去除速度，两极间的距离会不断缩小甚至直接接触并发生短路现象，短路时的放电电压和放电电流如图8所示，可以看出，此时的放电电压和放电电流波形非常杂乱。

图8 短路时放电电压、电流波形Fig.8 Discharge voltage and current waveforms atshort-circuit conditions

最后一种情况是当线锯速度小于4 m/s时，此时脉冲宽度内的材料去除速度略大于脉冲间隔内的材料去除速度，放电腐蚀速度较快，两极间的距离会略大于最大放电间隙，尽管电源给两极之间供电，但放电断断续续，无法稳定加工。

2.3 材料去除过程的建模

为了研究在A-WEDM切割单晶硅时放电腐蚀与金刚石磨削哪种材料去除方法起主导作用，对单个脉冲周期内的材料去除过程进行建模。

由于A-WEDM加工中的材料去除过程非常复杂，为了简化模型作出以下假设：

(1)每个脉冲信号只产生一个等离子体放电通道；

(2)等离子体放电通道的半径与放电凹坑的半径相等，且每个放电凹坑大小相等；

(3)将放电凹坑视为半球形；

(4)单颗金刚石的切槽宽度与平均粒径相同；

(5)不考虑金刚石颗粒的磨损。

图9为单颗金刚石在单个脉冲周期内运动示意图，图中，Ls为单颗金刚石在单个脉冲周期内沿线锯运动方向的位移(μm)，Lx为单颗金刚石在单个脉冲周期内沿进给方向运动的位移(μm)，则有

Ls=vsT

(1)

Lx=vxT

(2)

式中，T为脉冲周期，μs。

图9 单颗金刚石在单个脉冲周期内运动示意图Fig.9 Schematic diagram of the movement of a singlediamond in a single pulse period

则单颗金刚石在单个脉冲周期内去除的材料体积(μm3)为

(3)

式中，w为单颗金刚石的切槽宽度，μm。

由于进给速度远小于线锯的纵向运动速度，且单个脉冲周期非常短，因此单个脉冲内主要参与磨削的磨粒数N为

(4)

其中，C为线芯的底面周长,μm;m为单颗金刚石粒径,μm。则在一个脉冲周期内通过金刚石磨削的总体积(μm3)为

V′=NV1

(5)

根据假设条件2可以得到单个放电凹坑的半径R(μm)[17]为

(6)

其中，Ton为脉冲宽度(μs)。从而单个放电凹坑体积V2(μm3)为

(7)

最终可以得到放电腐蚀在整个加工过程中所占比例：

(8)

结合本文所选择的加工参数，考虑两种极端情况，第一种情况是将放电腐蚀作用最小化、金刚石磨削作用最大化。此时的脉冲宽度为54 μs，占空比为1/15，进给速度为10 μm/s，线锯速度为6 m/s，通过计算可得放电腐蚀作用所占比例为60.39%。第二种情况是将放电腐蚀作用最大化、金刚石磨削作用最小化。此时的脉冲宽度为74 μs，占空比为1/7，进给速度为6 μm/s，线锯速度为4 m/s，此时的放电腐蚀作用所占比例为93.54%。综上所述，在整个加工过程中，放电腐蚀作用所占比例在60.39%～93.54%之间。

3 加工参数对工艺性能的影响

本次实验主要研究脉冲宽度、占空比、进给速度和线锯速度对材料去除率RMRR和表面粗糙度(arithmetic mean height of surface，Sa)的影响。其中，脉冲宽度和占空比是电参数，进给速度和线锯速度为非电参数，下面分别进行讨论分析。为了尽可能减小金刚石颗粒的磨损对实验结果的影响，每组实验完成后更换线锯丝。本文中RMRR的计算公式如下[13]：

(9)

式中，r为单晶硅的半径，mm；t为切片时间，min。

为了使Sa的测量更加准确，在每片单晶硅表面随机选取5个点进行测量并求取平均值。Sa的计算公式如下[18]：

(10)

其中，lx和ly分别为取样区域沿x轴和y轴的长度，如图10所示，E(x,y)为取样区域轮廓上的点到基准平面的距离。

图10 单晶硅表面形貌(脉冲宽度54 μs，占空比1/11，进给速度8 μm/s，线锯速度6 m/s)Fig.10 Surface morphology of single-crystal silicon(pulse width 54 μs, duty cycle 1/11, feed rate 8 μm/swire speed 6 m/s)

3.1 电参数对RMRR和Sa的影响

图11所示为脉冲宽度与占空比对RMRR的影响情况，可以看出，当脉冲宽度相同时，随着占空比的增大，单位时间内的放电时间增多，RMRR随之增大。

图11 脉冲宽度与占空比对RMRR的影响(进给速度8 μm/s，线锯速度6 m/s)Fig.11 The influence of pulse width and duty cycleon MRR(feed rate 8 μm/s, wire speed 6 m/s)

当占空比小于1/9且相等时，随着脉冲宽度的增大，RMRR增大，这是因为随着脉冲宽度的增大，单个脉冲的放电能量增大。单个脉冲放电能量的计算公式[19]为

(11)

式中，Q为单个脉冲放电能量；U、i分别为放电电压、电流。

但是当占空比大于1/9时，随着脉冲宽度的增大，RMRR先增大后减小，这是因为在单个脉冲宽度内，随着等离子体放电通道的不断扩张，放电微区的热流密度下降，单个电蚀坑的尺寸先增大后略微减小，此外，脉冲宽度的增大还导致单位时间内的放电次数减少，因此RMRR先增大后减小。

图12所示为脉冲宽度与占空比对Sa的影响情况，可以看出，当脉冲宽度相同时，随着占空比的增大，单晶硅表面粗糙度整体下降。此外，当占空比一定时，随着脉冲宽度的增大，单晶硅表面粗糙度有所下降。

图12 脉冲宽度与占空比对Sa的影响(进给速度8 μm/s，线锯速度6 m/s)Fig.12 The influence of pulse width and duty cycle on Sa(feed rate 8 μm/s, wire speed 6 m/s)

图13和图14所示为不同占空比下的单晶硅表面形貌。通过对比图13和14可以发现，图13中的单晶硅表面划痕较多，而图14中的单晶硅表面划痕较少，这是因为当其他参数相同时，随着占空比的增大，脉冲间隔相对减小，从而使得脉冲间隔内金刚石颗粒的磨削时间缩短，工件表面质量较好。

图13 单晶硅表面形貌(脉冲宽度64 μs，占空比1/15，进给速度8 μm/s，线锯速度6 m/s)Fig.13 Surface morphology of single-crystal silicon(pulse width 64 μs, duty cycle 1/15, feed rate 8 μm/s,wire speed 6 m/s)

图14 单晶硅表面形貌(脉冲宽度64 μs，占空比1/7，进给速度8 μm/s，线锯速度6 m/s)Fig.14 Surface morphology of single-crystal silicon(pulse width 64 μs, duty cycle 1/7, feed rate 8 μm/s,wire speed 6 m/s)

图15和图16所示为不同脉冲宽度下的单晶硅表面形貌，可以看出，当其他参数相同时，脉冲宽度由54 μs增加到74 μs，尽管单个脉冲放电能量有所增加，但是单位时间内的放电次数减少，单晶硅表面的电蚀坑减少，表面质量有所提高。

图15 单晶硅表面形貌(脉冲宽度54 μs，占空比1/11，进给速度8 μm/s，线锯速度6 m/s,)Fig.15 Surface morphology of single-crystal silicon(pulse width 54 μs, duty cycle 1/11, feed rate 8 μm/s,wire speed 6 m/s)

图16 单晶硅表面形貌(脉冲宽度74 μs，占空比1/11，进给速度8 μm/s，线锯速度6 m/s)Fig.16 Surface morphology of single-crystal silicon(pulse width 74 μs, duty cycle 1/11, feed rate 8 μm/s,wire speed 6 m/s)

3.2 非电参数对RMRR和Sa的影响

图17 进给速度与线锯速度对材料去除率的影响(脉冲宽度为64 μs，占空比为1/11)Fig.17 The influence of feed speed and wire speedon MRR(pulse width 64 μs, duty cycle 1/11)

图17所示为进给速度与线锯速度对单晶硅材料去除率RMRR的影响，可以看出，当线锯速度相同时，随着进给速度的增大，材料去除率RMRR不断增大，这是因为较大的进给速度使得金刚石颗粒的磨削作用增强，单位时间内去除更多的材料,从而材料去除率RMRR增大。当进给速度一定时，材料去除率随着线锯速度的增大而增大，这是因为随着线锯速度的增大，单位时间内参与切削的磨粒数增加，材料去除率随之增大。

图18所示为进给速度与线锯速度对Sa的影响，可以看出，当线锯速度为4 m/s时，线锯速度较低，单位时间内参与切削的磨粒数较少，金刚石颗粒无法将大部分电蚀坑与重铸层磨削掉，尽管进给速度从6 μm/s增加到10 μm/s，但Sa变化不大。当线锯速度分别为5 m/s和6 m/s时，单位时间内参与磨削的磨粒数较多，随着进给速度的增大，金刚石颗粒可以磨削掉大部分电蚀坑与重铸层，如图19和图20所示，因此Sa逐渐减小。但是当进给速度大于9时，由于进给速度过大，磨粒切削深度增大，在工件表面产生了较深的划痕，Sa反而增大。

图18 进给速度与线锯速度对Sa的影响(脉冲宽度为64 μs，占空比为1/11)Fig.18 The influence of feed speed and wire speed on Sa(pulse width 64 μs, duty cycle 1/11)

图19 单晶硅表面形貌(脉冲宽度64 μs，占空比1/11，进给速度6 μm/s，线锯速度5 m/s)Fig.19 Surface morphology of single-crystal silicon(pulse width 64 μs, duty cycle 1/11, feed rate 6 μm/s,wire speed 5 m/s)

图20 单晶硅表面形貌(脉冲宽度64 μs，占空比1/11，进给速度9 μm/s，线锯速度5 m/s)Fig.20 Surface morphology of single-crystal silicon(pulse width 64 μs, duty cycle 1/11, feed rate 9 μm/s,wire speed 5 m/s)

当其他参数相同且线锯速度由5 m/s增加到6 m/s时，单位时间内参与磨削的磨粒数增加，去除了更多的电蚀坑，使得Sa减小，如图21和图22所示。

图21 单晶硅表面形貌(脉冲宽度64 μs，占空比1/11，进给速度7 μm/s，线锯速度5 m/s)Fig.21 Surface morphology of single-crystal silicon(pulse width 64 μs, duty cycle 1/11, feed rate 7 μm/s,wire speed 5 m/s)

图22 单晶硅表面形貌(脉冲宽度64 μs，占空比1/11，进给速度7 μm/s，线锯速度6 m/s)Fig.22 Surface morphology of single-crystal silicon(pulse width 64 μs, duty cycle 1/11, feed rate 7 μm/s,wire speed 6 m/s)

4 结论

本文针对目前关于A-WEDM微观切割机理尚不明确的问题，以单晶硅为实验加工对象，通过设计电路对线锯丝的导电性进行了验证并测量了最大放电间隙。通过比较磨粒出刃高度与放电间隙的大小研究了A-WEDM材料去除机理。考察了各参数对材料去除率和表面粗糙度Sa的影响。结论如下：

(1)设计了最大放电间隙检测电路。由于在电镀金刚石过程中会有镍层包裹在金刚石颗粒表面，因此金刚石线锯具有一定导电性，实验测得A-WEDM切割单晶硅的最大放电间隙为57 μm，大于金刚石出刃高度，因此在A-WEDM加工初始阶段先产生放电腐蚀作用。

(2)通过观察实验现象以及加工后工件表面形貌找到了各参数选择范围。不同的加工参数组合会导致脉冲宽度内的材料去除速度与脉冲间隔内的材料去除速度产生差值，最终产生不同实验现象与工艺结果。当占空比大于1/5或进给速度小于3 μm/s时，放电电压较高，单晶硅表面产生大量电蚀坑与重铸层。当脉冲宽度小于24 μs时产生短路现象，当线锯速度小于4 m/s时无法稳定产生放电现象。

(3)在整个A-WEDM切割单晶硅过程中，放电腐蚀作用所占的比例为60.39%～93.54%。

(4)脉冲宽度、占空比、线锯速度和进给速度的增大可以提高A-WEDM切割单晶硅的材料去除率。单晶硅的表面粗糙度随着脉冲宽度和占空比的增大而减小，随着线锯速度的增大先增大后减小。当线锯速度为4 m/s时，随着进给速度的增大，单晶硅表面粗糙度变化不大。当线锯速度为5 m/s和6 m/s时，随着进给速度的增大，工件表面粗糙度先减小后增大。