CN104531312B

CN104531312B - 一种用在电火花线切割过程中的半合成介质及其制备方法

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Publication number: CN104531312B
Application number: CN201510020846.6A
Authority: CN
Inventors: 张千庭
Original assignee: Ourun Stewart (beijing) Technology Co Ltd
Current assignee: Ourun Stewart (beijing) Technology Co Ltd
Priority date: 2015-01-15
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2017-06-16
Anticipated expiration: 2035-01-15
Also published as: CN104531312A

Abstract

本发明公开了一种用在电火花线切割过程中的半合成介质及其制备方法，其中，半合成介质由以下质量份的原料制备而来：石油磺酸钠5‑7份、N₇机械油5‑7份、油酸十八胺3‑4份、单乙醇胺1‑2份、三乙醇胺10‑13份、蓖麻油脂5‑6份、磺化油12‑15份、苯三唑0.2‑0.5份、乙二胺四乙酸1‑2份、乙二醇15‑18份、氢氧化钾1‑1.3份、去离子水补足100份。本发明的有益之处在于：本发明的半合成介质含有较少的机械油，由于在使用时还需用水兑稀成5‑8％的工作液，此时，机械油的含量仅为0.3‑0.48％(按配方中值计算)，因此，在冷却性上接近最好的水基合成液；通过添加多种清洗性材料，获得了更为优异的排屑性；介质中含有较多的缓蚀剂，可在加工件表面形成很薄的防锈膜；原料都符合工业卫生和环保要求。

Description

一种用在电火花线切割过程中的半合成介质及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电蚀加工介质，具体涉及一种用在电火花线切割过程中的半合成介质，属于精细化工技术领域。

背景技术

电火花线切割原理，基于脉冲放电腐蚀原理。当机床电极(金属丝)与加工件电极在绝缘液体靠近时，极间电压将在两极间的“相对最靠近点”电离击穿，形成脉冲放电。在放电通道中瞬间产生大量热能，温度可达到1万℃，使金属局部熔化，并在金属丝的拉动和具有适当介电系数的液体冲洗下，把电蚀产物迅速带出切割区，达到切割金属的目的。

因此，电火花线切割液要同时具有冷却、绝缘、排屑及防锈性能。

冷却性能：纯水与油类相比，纯水的冷却性能更好，因为在相同流量流速下，纯水的汽化热、比热和热导率相对更高。见下表：

名称	标准状态	汽化热	丝热	热导率
					纯水	1atm,20±1℃	2256.69J/g	4.19J/g·k	0.63w/m·k
油类	1atm,20±1℃	167.5-314J/g	1.68-2.09J/g·k	0.13-0.21w/m·k

绝缘性能：液体有机物(即含碳氢的液体化合物)具绝缘性。

矿物油：如N_7\、N_10\N₂₀机械油,煤油等。

动植物油：如猪油、蓖麻油等。

羧酸皂类：如油酸三乙醇胺、油酸钾(钠)皂、石油磺酸钠等。

多元醇胺：如三乙醇胺、异丙醇胺等。

多烷基醇：如三乙二醇、三乙二醇等。

排屑性能：液体中的清洗成份以耐热性好的阴离子表面活性剂为主，如：石油磺酸钠、动植物油酸皂、磺化油、醇胺化合物等。

防锈性能：某些有机类化合物和无机类化合物都具有防锈性能，有机类化合物如：石油磺酸钠、动植物油酸皂、单(三)乙醇胺、有机磷酸酯等，无机类化合物如：氢氧化钾(钠)、碳酸物、磷酸盐、硼酸盐等。

线切割液分为油基型、水基型和乳化型三大类。油基型的线切割液以矿物油为主，不含水；水基型的线切割液也称合成液，不含矿物油；乳化型的线切割液是油类和油溶性物质与水和水溶性物质形成的乳状液体。其中，乳化型线切割液又分为三小类：全乳液、微乳液和半合成液，该三小类是以矿物油含量为标准进行区分的，全乳液中矿物油含量≥60％，微乳液中矿物油含量在15～30％，半合成液中矿物油含量在2～15％。

半合成液是市场发展最快的一个品种，用量也最大，主要应用于快走丝，即切割速度快的电火花机床。

经实践，现有的乳化型线切割液在使用过程中存在以下一些问题：

(1)、排屑性差，加工件油泥重，加工件之间存在微粘现象；

(2)、加工液容易腐败变质；

(3)、加工件易生锈，包括机床裸面生锈。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用在电火花线切割过程中的半合成介质及其制备方法，该半合成介质不仅具有更为优异的冷却性、排屑性和防锈性，而且对环境友好。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种用在电火花线切割过程中的半合成介质，其特征在于，由以下质量百分含量的原料制备而来：

前述的半合成介质，其特征在于，由以下质量百分含量的原料制备而来：

前述的半合成介质，其特征在于，前述原料的品级为化学纯。

前述的半合成介质，其特征在于，前述半合成介质的pH值在9.2-9.5范围内。

前述的半合成介质，其特征在于，制备方法为：

(1)、用2倍去离子水预先溶解氢氧化钾；

(2)、将所有原料混合，于40～50℃条件下搅拌，出料。

前述的半合成介质，其特征在于，搅拌时间为1-1.5h。

本发明的有益之处在于：

(1)、具有更为优异的冷却性。

本发明的半合成介质含有较少的机械油，由于在使用时还需用水(纯水、自来水、井水等不限)兑稀成5～8％的工作液，此时，机械油的含量仅为0.3～0.48％(按配方中值计算)，因此，在冷却性上接近最好的水基合成液。

由于半合成介质冷却性较好，因此保证了电火花机床具有较快的切割速度。

(2)、具有更为优异的排屑性。

目前市售的乳化型线切割液普遍存在排屑性差、加工件油泥重、粘连的问题，这是因为机械油在高温下易裂解、聚合形成粘稠的黑色油泥，进而带来冷却不良和切割速度慢的问题。

本发明的半合成介质，一方面通过减少机械油的含量，另一方面通过添加多种清洗性材料，获得了更为优异的排屑性。在清洗性材料中，离子型表面活性剂居多，如磺酸盐类、多种油酸皂、硫化油酸盐等，并且这些离子型表面活性剂均有较高的耐温性。

另外，本发明的半合成介质中还添加了多种助溶剂，如乙二醇、乙二胺四乙酸，获得了良好的稳定工作液的功效。

(3)、具有更为优异的防锈性。

本发明的半合成介质中含有较多的缓蚀剂，如磺酸盐、油酸皂、多元胺和醇胺等，他们的分子结构中都有：-OH、-COOH和NH₂-，对金属表面有较强的定向吸附能力，使得半合成介质在加工件表面形成很薄的防锈膜，保护了机床钢铁裸面。

同时，本发明的半合成介质其酸碱度控制在9.2-9.5范围内，为碱性，对加工件的防锈和工业卫生都至关重要。

(4)、对环境友好。

选用的原料都符合工业卫生和环保要求，采用无毒或低毒化学品，无行业禁用品。机加工现场无刺激性气味。

酸碱度控制在9.2-9.5范围内，既可保证不损伤操作人员的手，又能控制液体中细菌繁殖、预防工作液变质变臭。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。

实施例1

一、准备原料

石油磺酸钠6kg、N₇机械油6kg、油酸十八胺3kg、单乙醇胺2kg、三乙醇胺10kg、蓖麻油脂5kg、磺化油12.5kg、苯三唑0.2kg、乙二胺四乙酸1kg、乙二醇18kg、氢氧化钾1kg、去离子水35.3kg，共计100kg。

原料的品级为化学纯。

二、制备过程

1、用2倍去离子水预先溶解氢氧化钾。

2、将所有原料混合。

3、在45℃条件下搅拌1h，出料。

将半合成介质的pH值控制在9.2-9.5范围内。

实施例2

一、准备原料

石油磺酸钠5kg、N₇机械油5kg、油酸十八胺3kg、单乙醇胺1kg、三乙醇胺10kg、蓖麻油脂5kg、磺化油12kg、苯三唑0.2kg、乙二胺四乙酸1kg、乙二醇15kg、氢氧化钾1kg、去离子水41.8kg，共计100kg。

原料的品级为化学纯。

二、制备过程

1、用2倍去离子水预先溶解氢氧化钾。

2、将所有原料混合。

3、在40℃条件下搅拌1h，出料。

将半合成介质的pH值控制在9.2-9.5范围内。

实施例3

一、准备原料

石油磺酸钠7kg、N₇机械油7kg、油酸十八胺4kg、单乙醇胺2kg、三乙醇胺13kg、蓖麻油脂6kg、磺化油15kg、苯三唑0.5kg、乙二胺四乙酸2kg、乙二醇18kg、氢氧化钾1.3kg、去离子水24.2kg，共计100kg。

原料的品级为化学纯。

二、制备过程

1、用2倍去离子水预先溶解氢氧化钾。

2、将所有原料混合。

3、在50℃条件下搅拌1h，出料。

将半合成介质的pH值控制在9.2-9.5范围内。

由上述配方可知，本发明的半合成介质选用的原料都符合工业卫生和环保要求，采用无毒或低毒化学品，无行业禁用品。

由上述制备过程可知，机加工现场无刺激性气味。

在本发明的配方中：

(1)、石油磺酸钠主要用作表面活性剂，作用是：使油类分散于溶剂中(因为石油磺酸钠和机械油的混溶性好)，同时还兼有抑制细菌滋生和防锈的作用。

(2)、N₇机械油和蓖麻油脂用作润滑剂，作用是：切割面减摩，使加工的工件表面达到技术要求的粗糙度。可用N_10、N₂₀机械油等替换。

(3)、油酸十八胺用作防锈剂，作用是：提高加工件的防锈性能，是加工件在高温高热季节也能达到工序间的防锈要求。

(4)、单乙醇胺用作表面活性剂和抑菌剂，作用是：使油类分散于溶剂中,并且抑制细菌滋生，增强效能，从而使产品的使用周期增长，工业卫生得到改善。

(5)、三乙醇胺和磺化油用作铺助清洗剂，作用是：提高加工件的清洗性，促进排屑。

同时，三乙醇胺还用作碱值调节剂，能够中和加工时产生的酸性介质，使工作液碱值稳定在合理范围，使用周期长。

(6)、苯三唑用作铜的缓蚀剂，作用是：抑制铜工件生锈。

(7)、乙二胺四乙酸用作稳定剂，作用是：增强含油水溶液的稳定性，使产品体系的稳定性更好。

(8)、乙二醇用作螯合剂，作用是：提高分散性,使体系具有良好的均相性。解决了油与水性介质易分层的问题,同时低温储存的稳定性明显提高。

(9)、氢氧化钾用作皂化剂和碱值调节剂，作用是：使动植物油皂化，并使体系具备必要的碱性，从而使体系的混溶性良好，使用周期增长。

(10)、去离子水用作体系的平衡剂，作用是：和其它介质形成均相体系，具有冷却性能好、无火险、环保佳的特点。

本发明的半合成介质含有较少的机械油(6％N₇机械油)，由于在使用时还需用水(纯水、自来水、井水等不限)兑稀成5～8％的工作液，此时，机械油的含量仅为0.3～0.48％(按实施例1计算)，因此，在冷却性上接近最好的水基合成液。由于半合成介质冷却性较好，因此保证了电火花机床具有较快的切割速度。

经验测，本发明的半合成介质还具有优异的排屑性和防锈性。

1、排屑性评定

测试试验和对应数据：

2、防锈性评定

测试试验和对应数据

可见，本发明的半合成介质，一方面通过减少机械油的含量，另一方面通过添加多种清洗性材料，获得了更为优异的排屑性。在清洗性材料中，离子型表面活性剂居多，如石油磺酸钠、油酸十八胺、磺化油、蓖麻油酸钾(体系加工时形成)，并且这些离子型表面活性剂均有较高的耐温性。

另外，本发明的半合成介质中还添加了多种助溶剂，如单乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺四乙酸、乙二醇，因此获得了良好的稳定工作液的效果。

此外，本发明的半合成介质中含有较多的缓蚀剂，如石油磺酸钠、油酸十八胺、单乙醇胺、三乙醇胺、笨三唑、乙二胺四乙酸、氢氧化钾，他们的分子结构中都有：-OH、-COOH和NH₂-，对金属表面有较强的定向吸附能力，使得半合成介质在加工件表面形成很薄的防锈膜，保护了机床钢铁裸面。

本发明的半合成介质，其酸碱度控制在9.2-9.5范围内，为碱性，不仅对加工件的防锈至关重要，而且又能控制液体中细菌繁殖、预防工作液变质变臭，同时还可保证不损伤操作人员的手。

pH值对半合成介质中细菌的繁殖和生锈的影响具体见下表：

表pH值对半合成介质中细菌的繁殖和生锈的影响

⊙：未生锈，○：几个锈点，△：几十个锈点，×：1/3面生锈，××：1/2面生锈。

综上所述，本发明的半合成介质不仅具有良好的冷却、润滑、清洗和防锈性能，而且不易变质，使用周期比常用的微乳液长1.2～2倍，具有很好的推广应用价值。

本发明的半合成介质，不仅适用于常规机床加工，也适用于稀土永磁材料、黑色金属、有色金属等的加工。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种用在电火花线切割过程中的半合成介质，其特征在于，由以下质量份的原料制备而来：

2.根据权利要求1所述的半合成介质，其特征在于，由以下质量份的原料制备而来：

3.根据权利要求1所述的半合成介质，其特征在于，所述原料的品级为化学纯。

4.根据权利要求1所述的半合成介质，其特征在于，所述半合成介质的pH值在9.2-9.5范围内。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的半合成介质，其特征在于，制备方法包括以下步骤：

(1)、用2倍去离子水预先溶解氢氧化钾；

(2)、将所有原料混合，于40～50℃条件下搅拌，出料。

6.根据权利要求5所述的半合成介质，其特征在于，搅拌时间为1-1.5h。