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中走丝电火花线切割工作液的性能要求是什么?

来源:中走丝线切割机床   发布时间:2016/04/26   点击量:1449

近年来,国内外中走丝电火花线切割加工技术向着更高的加工效率、更高的加工精度、更高的加工表面质量的方向发展,在微细加工、智能控制以及绿色节能技术方面也有所突破。随着模具行业对加工要求的不断提高以及市场竞争的日益激烈,国内电火花线切割机床的生产厂家在脉冲电源电路结构、伺服进给控制策略、运丝速度控制、工作液性能、数控系统等方面提升了机床品质,推出一种价格较低,加工精度、粗糙度、加工效率介于高速走丝与低速走丝的机床,即俗称的“中走丝电火花线切割机床”。

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中走丝线切割机床采用了多次切割加工技术,第一次大电流快速切割时采用过跟踪控制,避免断丝,第二次、第三次修光切割时采用限速进给的控制方式,以提高切割表面质量,使机床的切割效率及表面质量有了大幅度的提高。另外,数控系统的应用,使得机床可根据工件材料、厚度及加工要求自动调用脉冲参数、运丝速度、切割速度等工艺参数,提高了自动化程度,并大大提高了加工精度,扩宽了其应用范围。中走丝电火花线切割机特别适合兼顾加工质量与效率的中等要求的模具加工,渐渐成为电火花线切割机市场的宠儿。

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鉴于模具行业的高速发展以及线切割加工的不可代替性,加上以割代磨的趋势和重视加工效率的要求奠定了中走丝线切割加工快速发展的基础。除了中走丝电火花线切割机床本身,电极丝、工作液等都影响着加工品质。研发不同性能的电极丝可以满足机床的不同要求;工作液的质量也影响着加工的质量,根据中走丝电火花线切割加工的特点,对中走丝电火花线切割工作液也有着不同的性能要求。华润牌线切割液、华润牌乳化膏经检验符合中走丝线切割的加工要求,具有高精密度、高光洁度等特点,正逐渐被广大用户认可。

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一、 中走丝线切割工作液的性能要求

工作液的好坏直接影响到线切割加工的效率速度、工件表面质量、加工精度以及加工过程稳定性,中走丝线切割工作液应具有以下性能要求:

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(1)具有一定的绝缘性能。

与其他线切割工作液一样,中走丝线切割工作液必须具有一定的绝缘性能。绝缘性能良好的工作液,有利于产生脉冲性的火花放电,避免产生电弧放电,减少能量损耗。

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(2)良好的清洗性与排屑性。

工作液的清洗、排屑性能好,有助于改善切割表面均匀性、提高切割速度以及改善加工,同时排屑性好在切割大厚度工件还能保持较好的加工稳定性,但排屑性能的改善并不意味着切缝中电蚀产物愈少愈好,因为电蚀产物阻尼吸收作用对减少电极丝的振动十分重要。通常好的工作液,工件加工表层电蚀产物应该是呈现 “润湿”状态。

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(3)良好的冷却性能。

在火花放电过程中,放电点局部瞬时温度极高,为防止电极丝被烧断、工件发生变形、保证加工表面,工作液必须具有良好的吸热、传热、散热性能,能迅速地对电极丝和工件表面进行冷却。

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(4)工作液还应满足环境友好,对人体无害,不对机床和工件产生锈蚀,价格便宜,不易腐败变质、使用寿命长等其他性能要求。

华润牌线切割液、华润牌乳化膏恰恰具备这些性能要求。

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二、 工作液性能对中走丝线切割加工过程的影响

(1)加工效率。

在线切割加工的实际应用中,其加工速度和效率,与加工粗糙度值是一个反比关系。即是:工件要想获得一个好的加工粗糙度值,则必然以降低其加工速度和效率为代价;反之,如果需要较高的切割速度和效率,只能增大加工粗糙度值。在满足工件表面质量要求后,高的切割效率是线切割加工追求的首要目标。中走丝线切割加工能够兼顾加工表面质量与加工效率,但这需要合适性能的工作液来配合。

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研究发现对于排屑能力较差的工作液,当切割电流增大到一定程度后,切割效率基本不再增加,这是因为切缝内的润湿冷却状态恶化,电蚀产物不能及时排出缝隙而造成的。而对于排屑能力较强的华润牌线切割工作液,切割效率与切割电流基本呈正比。另外,工作液较高电导率,配合较快的跟踪速度可提高加工效率。实践证明:华润牌线切割液、华润牌线切割乳化膏工作液由于具有适宜较高的电导率,较强的排屑能力,在中走丝线切割加工中,可以大大提高加工效率。

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(2)工件表面质量。

工作液对切割工件表面质量的影响主要取决于放电凹坑的状态,而影响放电凹坑的状态在于放电结束后电蚀产物是否可以及时被工作液带走。排屑性较好工作液由于可以维持放电间隙内介质的流动,使放电表面不断有新液进行冲洗、冷却,因此,即使在放电电流较大时加工表面仍可维持比较光滑,而对于排屑性较差的工作液,在同样加工参数下感觉切割工件表面发毛(俗称挂丝)。

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更严重的是由于不能及时将电蚀产物移除,表面将残留许多蚀除产物及工作液在放电高温下形成的化合物,使得下一次放电是在以未及时清除的电蚀产物与工作液的混合物甚至是胶体介质内放电,这种放电状态下,工件表面得不到充分冷却,将产生严重的烧伤,出现大量的烧伤毛刺,大大破坏工件表面的均匀性。排屑性能好的华润牌线切割液、华润牌乳化膏工作液有一个显着的特征,就是在加工过程中,随着加工能量的增加,电解平整作用也随之增加,其表面粗糙度值到一定程度后增加幅度将有所降低,其原因一方面是“华润”工作液具有较高的电导率,但更为主要的是因为电蚀产物的及时清除,使得在极间可以得到充分的工作液供应,才使得电解平整作用得以顺畅进行。

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(3)切割厚度。

排屑性能的优劣对切割效率、最高切割效率区域和高厚度工件切割稳定性都有很大的影响。排屑性能良好的工作液应该具有切割效率不随工件切割厚度的增加而显着降低的特点,同时此类工作液还具有较大的“有效”放电间隙,所谓“有效”是指宏观上因为切割工件表面毛刺减少而使放电间隙得以增加,从而进一步提高工作液的清洗、渗透能力与被电极丝的带入量,使大厚度切割可以稳定持续下去。华润牌线切割液、华润牌乳化膏型工作液具备了这些特性。排屑性能主要取决于工作液的清洗能力,但线切割工作液的清洗能力不同于普通切削工作液的清洗要求,很多具有良好清洗作用的表面活性剂在电火花线切割放电高温作用下,性能会完全改变,华润牌中走丝电火花线切割工作液由于具有特殊的组份而能够满足上述要求。

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(4)小电流切割的稳定性。

中走丝线切割机床采用了多次切割加工技术,第二次、第三次修光切割采用小电流小能量加工,排屑性好的工作液应具有小电流加工条件下的切割稳定性。华润牌线切割液、华润牌乳化膏工作液可以在平均加工电流lA的条件下对110mm厚度的工件进行稳定切割,而在相同条件下油基乳化液难于切割。这是因为华润牌线切割液、华润牌乳化膏工作液的排屑性好,能够及时地排出蚀除产物,并迅速维持放电间隙绝缘状态,使加工正常进行;而油基乳化液因为电蚀产物大量积聚并堵塞在缝隙间,搭接在电极丝与工件之间,产生短路,从而产生割不动的现象。

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(5)电极丝耐用度。

电极丝的耐用度包含有两层意思:①单位电极丝损耗量所切割的面积;目前通用的丝损耗标准是切割30,000——60,000mm2损耗0.01mm.②电极丝使用的耐久性问题,使用一般的工作液,电极丝在正常加工条件下即使可以从中Ф0.18mm使用到中Ф0.12mm.也会因为热疲劳等问题产生脆化,不能再继续使用;而排屑能力较好的华润牌线切割液、华润牌乳化膏工作液可以使电极丝工作持续到中Ф0.10mm仍然可以进行大电流切割100mm厚工件的稳定切割,这是因为在极间的电极丝得到了及时充分的润滑和冷却,受到的热损伤大大降低,从而维持了较高的耐用度。

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(6)加工换向条纹。

黑白换向条纹的产生是放电间隙中冷却状态的不均匀所致,最主要的原因是因为内除产物无法排出使得放电在含有大量蚀除产物的条件下进行,因此切缝中电蚀产物的清洗、排屑的好坏都直接影响换向条纹的产生。实践证明清洗性好的工作液在切割过程中会吐出大量的黑沫,在这种情况下,加工工件表面的均匀性较好。在工作液中增加浓度、加大脉间从而改善切缝中的介质均匀状况,有助于减弱或消除切割表面换向条纹。

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切割表面的黑白换向条纹一般出现在电极丝运丝方向的出口处,并且由于重力的作用在喷液基本对称时,电极丝自下向上运丝时蚀除产物的排出能力比电极丝自上而下运丝时弱。切割表面上部的条纹比会比下部的条纹颜色深且长。排屑能力越差的工作液切割表面产生的条纹就会越明显。华润牌线切割液、华润牌乳化膏工作液可以做到切缝内冷却状态基本一致,切缝内工作液在电极丝的带动下可以贯穿流动,有效消除换向条纹。

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(7)使用寿命。

影响工作液的使用寿命的因素众多,如切割时选用的能量、切割材料的种类、过滤的情况等。很多线切割操作工对线切割加工液使用寿命的概念,仍然非常模糊,因为大多数操作工是采用不断补充水和原液的方法进行加工的,但这种方法会缩短加工液的使用寿命,增加成本。一般一箱加工液(按45升计)的正常使用寿命为10——15天(按16h/天,平均加工电流2.5A左右计算)。

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超过这个时间切割效率就可能会大幅度下降,即判断加工液寿命的判据就是加工效率,一般将加工效率降低了20%以上作为更换工作液的依据,断丝频率增加或出现烧丝等(电极丝出现规律的花斑点)也可以作为判断工作液寿命已到的依据。性能良好的工作液因为冷却和排屑性能良好,切割速度快,比较容易变黑,但变黑的加工液并不一定就到了使用寿命了,因此单纯根据工作液颜色变化判断使用寿命不太准确的。工作液的挥发快慢也是衡量使用寿命的指标之一,工作液应具有挥发速度较慢的要求,在此方面乳化液具有优势。选用不含矿物油的合成型水基线切割液华润牌线切割液、华润牌乳化膏可以到长时间使用不更换的效果。

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(8)防锈性和油漆相容性。

线切割加工液的防锈性包含两方面的要求,一是机床的防锈,尤其是工作台面的防锈;二是切割工件的防锈。机床工作台的防锈是工作液在常态下的防锈问题,可以借鉴很多金属切削液的防锈方法。但对于工件切割面的防锈问题就较为复杂,需要解决金属材料在高温(10,000℃以上)放电条件下仍能保持不锈蚀的问题。试验表明一些金属切削液中很好的防锈组份在高温放电条件,防锈能力也会大大降低。

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目前市场上的水基工作液因为含有某些成分以保持较好的排屑和防锈性能,使得PH值较高,长时间浸泡后,机床油漆会产生脱落、退色、起泡等问题,破坏机床外观,因此必须考虑工作液和油漆相容性的问题,华润牌线切割液、华润牌乳化膏工作液具有良好的油漆相容性。

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(9)环保与废液处理。

目前我国的高速走丝电火花线切割机床保有量已超过30万台,乳化油年消耗量已超过1万吨,产生的工作废液基本未经处理就排放到环境中,产生了极大的污染。随着中走丝电火花线切割机床的日渐增多,因此必须考虑中走丝电火花线切割工作液的环保性和废液处理排放问题。对环境友好的华润牌线切割液、华润牌乳化膏工作液在这方面具有明显的优势。

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三、线切割工作液发展方向

线切割工作液发展至今,在我国已经有50多年的历史了。随着线切割机床加工性能提高和技术进步,为适应不同时期的需求,经过几代技术人员的艰辛努力,线切割机床专用工作液从早期单一油基型产品发展到今天的多品种多种类。目前,市场上主要有2大类产品供用户选择:即油基型、水基型。虽然众多的产品使得用户在选用中游刃有余。但是,调查发现有相当一部分使用者对线切割工作液,在保障线切割加工稳定、提高切割速度、加工精度及加工件的粗糙度、降低钼丝损耗方面的功效认识不足。

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油基型线切割工作液(皂化油、乳化油、线切割乳化油)。

油基型线切割专用工作液问世已有近40年。它是最早应用于线切割机床的专用加工液,也是广大用户所熟悉的一个产品。它在机床放电加工中,起到冷却、排屑、润滑、去游离、灭弧、防锈等功能,其代表性的产品为松香油酸皂乳化工作液,兑水后成乳白色。因含油量比较高,加工中的润滑性及防锈性都比较好。工作液偏碱性,常温下电导率为300——600.该工作液适用加工300mm厚度以下工件。在这个厚度范围内,其加工机械性能比较好。具有良好的润滑性、排屑性及冷却性,并且加工稳定,加工精度比较高,适合于比较精细模具的生产加工。

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目前,市场上型号相同的油基型乳化液因生产厂家的不同,其特点也不相同。主要区别在兑水比例和使用寿命上,产生的差异将直接影响使用者的使用效果和自身经济效益。高浓度产品的出现,大大节省了使用成本。油基型线切割工作液由于矿物油含量高,随着使用的进行,容易酸败,发臭,严重缩短了工作液的使用寿命。另外使用环境也比较脏,废液未经处理不符合环保要求。油基型线切割工作液不是线切割工作液的未来发展方向。

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