CN106926369B - 绝缘硬脆材料的击穿油膜放电辅助金刚石线锯切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种绝缘硬脆材料的击穿油膜放电辅助金刚石线锯切割方法。该方法利用在金刚石锯丝表面生成绝缘油膜，即使在切割厚度较大工件时，依然能在锯丝表面形成稳定的火花放电。由于油膜能紧密地粘附在金刚石锯丝表面，所以在电解液喷射速度较大时依然不会破坏油膜。因此能够提高电解液喷射速度，使足够的电解液进入切割区域，为火花放电提供良好的环境，有助于排出加工屑，有利于提高切割效率。传统的电解电火花放电，当电压大于某一值后，气泡剧烈膨胀而在浮力作用下离开锯丝，反而无法形成气膜。由于无法再提高电压，所以放电能量受到限制。而本发明提出的方法，油膜稳定，因此可以大幅提高电压，从而提高加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘硬脆材料的加工技术领域，具体涉及到一种绝缘硬脆材料的击穿油膜放电辅助金刚石线锯切割装置及方法。
技术背景
绝缘硬脆材料如石英、工程陶瓷是继金属和塑料之后的“第三代结构材料”，具有优良的综合性能，有很高的硬度和强度，尤其具有很好的耐腐蚀、耐热性，耐磨损、低的热传导性，抗氧化能力以及很高的耐磨性，在汽车、飞机、汽轮机、发动机、能源、机械电子、航空、航天、化工、生物工程等多个领域有广阔的应用前景。而这些绝缘硬脆材料的高强度、高硬度和高脆性会给精加工带来极大困难。
目前，国内外绝缘硬脆材料的切割方法可分为非机械切割方法和机械切割方法。非机械切割方法主要包括激光切割、等离子体切割、磨料水射流切割、辅助电极电火花线切割和电解电火花复合线切割等。激光切割难以保证较高的重复精度和表面粗糙度,而且只能加工很薄的工件。等离子体加工切缝热影响区大，难以进行精密切割，切口表质量较差。磨料水射流加工加工精度和切面质量较低。辅助电极法电火花线切割加工难以稳定地在工件表面形成导电薄膜，加工不稳定容易断丝。电解电火花放电复合线切割方法放电能量小，加工效率低，甚至无法实现高温高硬度材料的切割加工。机械切割方法主要包括圆盘锯切割和线锯切割。圆盘锯切割噪音大、切割精度差。金刚石线锯切割与其它切割方法相比具有切割质量更好、切缝更窄、污染更小等优势，但在切割高硬度材料是效率依然有待提高。砂浆线切割结合电解电火花放电的方法在近些年被提出，但该方法难以在电极丝表面形成稳定放电。因为若要在电极丝表面产生稳定放电，就必须保证电解过程能在电极丝表面形成有效气膜，从而使电极丝与电解液之间发生击穿气膜放电。然而，电解过程产生的气泡极不稳定，很难形成稳定的气膜，放电效果差，甚至在切割厚度稍大时就无法产生放电。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的提供一种击穿油膜放电辅助金刚石线锯切割的方法及装置，不但能够产生稳定的火花放电，而且金刚石线锯切割工艺本身的切割效率也明显高于砂浆线切割，因此该方法能够显著提高绝缘硬脆材料的切割效率。
本发明的技术方案是：绝缘硬脆材料的击穿油膜放电辅助金刚石线锯切割装置，该装置包括金刚石锯丝、辅助电极、导轮、电解液喷嘴、直流电源、供油装置、铜片和丝筒；
其中，所述金刚石锯丝套接在所述丝筒和若干导轮上，所述金刚石锯丝在丝筒的带动下做往复运动，所述丝筒的一端固定有一圈铜片，所述铜片通过电刷与直流电源的负极相连，所述辅助电极对称设置在所述丝筒的另一端，所述辅助电极通过导线与所述直流电源的正极连接，所述供油装置设置在所述丝筒的一侧，所述电解液喷嘴设置在所述辅助电极的一端。
进一步，所述金刚石锯丝直径为0.2mm。
进一步，所述丝筒为金属材料制成。
本发明的另一目的是提供使用上述的装置的切割方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤1：先将金刚石锯丝通过丝筒、铜片与直流电源负极连接，将辅助电极与直流电源正极相连，在丝筒的带动下金刚石锯丝做往复运动；
步骤2：通过供油装置定量向金刚石锯丝供油，此时，在金刚石锯丝进入工件的切割区域（切缝）前，其表面便已形成一层绝缘油膜，通过电解液喷嘴5向切割区域喷射电解液，使电解液与辅助电极和带有绝缘油膜的金刚石锯丝充分接触；
步骤3：开启直流电源，当电源输出电压大于阈值，金刚石锯丝表面的油膜被击穿，产生火花放电，从而在金刚石锯丝表面形成均匀的电火花。电火花会将切割区域的工件材料熔化或软化，完成切割。
进一步，所述丝筒的转速为300mm/s~2200mm/s。
进一步，所述直流电源电压为：0~120V。
进一步，所述电解液为质量分数为10%~25%的NaCl溶液。
进一步，所述电解液流速0.7m/s~3m/s。
进一步，所述击穿油膜放电阈值：42V。
本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点：1、可以在金刚石锯丝表面在线生成绝缘油膜，即使在切割厚度较大工件时，依然能在金刚石锯丝表面形成稳定的火花放电。2、由于油膜能紧密地粘附在金刚石锯丝表面，所以在电解液喷射速度较大时依然不会破坏油膜。因此能够提高电解液喷射速度，使足够的电解液进入切割区域（切缝），为火花放电提供良好的电解液环境，而且有助于排出加工碎屑，有利于提高切割效率。3、传统的电解电火花放电，当电压大于某一值后，气泡剧烈膨胀而在浮力作用下迅速离开锯丝，反而无法形成气膜。由于无法继续提高电压，所以放电能量也受到限制。而本发明提出的方法，油膜稳定，因此可以大幅提高电压，从而提高加工效率。
附图说明
图1为本发明绝缘硬脆材料的击穿油膜放电辅助金刚石线锯切割装置的结构示意图。
图中：
1.金刚石锯丝、2.工件、3.辅助电极、4.导轮、5.电解液喷嘴、6.直流电源、7.供油装置、8.铜片、9.丝筒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1所示，本发明绝缘硬脆材料的击穿油膜放电辅助金刚石线锯切割装置，该装置包括金刚石锯丝1、辅助电极3、导轮4、电解液喷嘴5、直流电源6、供油装置7、铜片8和丝筒9；
其中，所述金刚石锯丝1套接在所述丝筒9和若干导轮4上，所述金刚石锯丝1在丝筒9的带动下做往复运动，所述丝筒9的一端固定有一圈铜片8，所述铜片8通过电刷与直流电源6的负极相连，所述辅助电极3对称设置在所述丝筒9的另一端，所述辅助电极3通过导线与所述直流电源6的正极连接，所述供油装置7设置在所述丝筒9的一侧，所述电解液喷嘴5设置在所述辅助电极3的一端。
所述金刚石锯丝1直径为0.2mm，所述丝筒9为金属材料制成
一种使用上述的装置的切割方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤1：先将金刚石锯丝1通过丝筒9、铜片8与直流电源6负极连接，将辅助电极3与直流电源6正极相连，在丝筒9的带动下金刚石锯丝1做往复运动，所述丝筒的转速为300mm/s~2200mm/s；
步骤2：通过供油装置7定量向金刚石锯丝1供油，此时，在金刚石锯丝1进入工件2的切割区域（切缝）前，其表面便已形成一层绝缘油膜，通过电解液喷嘴5向切割区域喷射电解液，使电解液与辅助电极和带有绝缘油膜的金刚石锯丝充分接触，直流电源3电压为：0~120V；
步骤3：开启直流电源3，当电源输出电压大于阈值，金刚石锯丝表面的油膜被击穿，产生火花放电，从而在金刚石锯丝表面形成均匀的电火花。电火花会将切割区域的工件材料熔化或软化，完成切割，从而大幅降低金刚石锯丝的切割难度，提高切割效率。所述电解液为质量分数为10%~25%的NaCl溶液。所述电解液流速0. 7m/s~3m/s。所述击穿油膜放电阈值：42V。
本发明具有以下优点：1、可以在金刚石锯丝表面在线生成绝缘油膜，即使在切割厚度较大工件时，依然能在金刚石锯丝表面形成稳定的火花放电。2、由于油膜能紧密地粘附在金刚石锯丝表面，所以在电解液喷射速度较大时依然不会破坏油膜。因此能够提高电解液喷射速度，使足够的电解液进入切割区域（切缝），为火花放电提供良好的电解液环境，而且有助于排出加工碎屑，有利于提高切割效率。3、传统的电解电火花放电，当电压大于某一值后，气泡剧烈膨胀而在浮力作用下迅速离开锯丝，反而无法形成气膜。由于无法继续提高电压，所以放电能量也受到限制。而本发明提出的方法，油膜稳定，因此可以大幅提高电压，从而提高加工效率。
Claims (9)
1.一种绝缘硬脆材料的击穿油膜放电辅助金刚石线锯切割方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤1：先将金刚石锯丝（1）通过丝筒（9）、铜片（8）与直流电源（6）负极连接，将辅助电极（3）与直流电源（6）正极相连，在丝筒（9）的带动下金刚石锯丝（1）做往复运动；
步骤2：通过供油装置（7）定量向金刚石锯丝（1）供油，此时，在金刚石锯丝（1）进入工件（2）的切割区域前，即切缝，其表面便已形成一层绝缘油膜，通过电解液喷嘴（5）向切割区域喷射电解液，使电解液与辅助电极和带有绝缘油膜的金刚石锯丝充分接触；
步骤3：开启直流电源（3），当电源输出电压大于阈值，金刚石锯丝表面的油膜被击穿，产生火花放电，从而在金刚石锯丝（1）表面形成均匀的电火花，电火花会将切割区域的工件材料熔化或软化，完成切割。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述丝筒（9）的转速为300mm/s~2200mm/s。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流电源（3）电压为：0~120V。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解液为质量分数为10%~25%的NaCl溶液。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解液流速0.7m/s~3m/s。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述击穿油膜放电阈值：42V。
7.一种实施权利要求1-6任一项所述的切割方法的装置，其特征在于，该装置包括金刚石锯丝（1）、辅助电极（3）、导轮（4）、电解液喷嘴（5）、直流电源（6）、供油装置（7）、铜片（8）和丝筒（9）；
其中，所述金刚石锯丝（1）套接在所述丝筒（9）和若干导轮（4）上，所述金刚石锯丝（1）在丝筒（9）的带动下做往复运动，所述丝筒（9）的一端固定有一圈铜片（8），所述铜片（8）通过电刷与直流电源（6）的负极相连，所述辅助电极（3）对称设置在所述丝筒（9）的另一端，所述辅助电极（3）通过导线与所述直流电源（6）的正极连接，所述供油装置（7）设置在所述丝筒（9）的一侧，所述电解液喷嘴（5）设置在所述辅助电极（3）的一端。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述金刚石锯丝（1）直径为0.2mm。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述丝筒（9）为金属材料制成。
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