CN108247158A - 一种导体材料的切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工件切割的技术领域，具体涉及一种导体材料的切割方法。本发明的目的是要克服现有电火花切割技术切割工件表面质量不高的问题。为达到本发明的目的，本发明提供了一种切割工件的方法，使用低电阻率的去离子水作为电解液，用三条电极丝在同一位置切割工件。本发明将阳极溶解原理引入到电火花切割技术中，能够去除电火花切割工件后工件表面的凹坑和重铸层，提高工件表面质量。本发明适用于所有导电材料的切割，适用范围广。

Description

一种导体材料的切割方法

技术领域

本发明涉及工件切割的技术领域，具体涉及一种导体材料的切割方法。

背景技术

在导体材料的切割技术中，电火花线切割(WEDM)是一种常见的切割技术，在工程中有着广泛的应用。由于在加工过程中，刀具(线电极)和工件并不需要接触，没有接触力的产生，在切割工件时可以忽略工件的硬度，因此电火花切割技术被越来越多的用来切割诸如硬度很高的合金等难加工材料。

电火花加工是基于电极和工件之间的热电能。加工中，工件和电极之间保证有一定的间隙从而使得工件和电极之间的脉冲电压能够将电解液电离，在间隙的电解液中，产生很短的脉冲放电，通过熔化和气化的方式蚀除工件的材料。由于电火花的这种加工特点，加工完成后的工件表面由无数的电火花蚀除材料后留下的小凹坑组成，因此电火花加工后的工件表面质量一般。在脉冲放电的间隙，熔化瞬间停止，所有熔化的材料又重新凝固在材料的表面，形成了很薄的一层，称之为重铸层。重铸层中有很多微小的加工缺陷，例如微小孔和微裂纹。同时重铸层可以影响工件的疲劳强度，所以在航空领域中，一些比较重要的零件不允许使用电火花加工的方法。

因此，在使用电火花方法切割工件时，面临一个需要迫切解决的问题就是电火花切割工件后工件表面有凹坑和重铸层导致工件表面质量不高的问题。

发明内容

本发明提出一种导体材料的切割方法，其目的是要克服现有电火花切割技术切割的工件表面具有凹坑和重铸层，表面质量不高的问题。

为了达到本发明的目的，本发明提供的技术方案是：一种导体材料的切割方法，该方法中，工件连接电源的阳极，电极丝连接电源的阴极，将工件置于电解液中，所述电解液为低电阻率的去离子水，去离子水的电导率为1ms/cm-10ms/cm，三条电极丝安装在同一装夹工具中，彼此平行设置，第一电极丝和第二电极丝之间的距离大于工件的厚度，第二电极丝和第三电极丝到被切割工件表面的距离为20μm-40μm，具体加工方法是：施加脉冲电源在电极丝和工件之间，第一电极丝先采用电火花的方法将工件切割开，第二电极丝和第三电极丝采用阳极溶解原理，脉冲电源施加的电压不变，依次通过工件表面，溶解掉第一电极丝切割过后工件表面留下的凹坑和重铸层。

上述三条电极丝的轴线位于一个面上。

上述三条电极丝安装在同一装夹工具中。

上述三条电极丝的材料均为钼丝，直径相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明将阳极溶解原理引入到电火花切割技术中来，能够去除电火花切割后工件表面的凹坑和重铸层，提高切割工件表面质量。由于电火花切割的原理和阳极溶解原理完全不同，所以以往在切割工件时，这两种方法不能共存。为了利用阳极溶解原理提高工件表面质量，常见的做法是先用电火花切割工件，然后通过更换电解液，或者改变加工参数，甚至更换机床，才能利用阳极溶解来提高切割工件表面质量。而本发明通过选用去离子水为电解液，同时增加第二电极丝和第三电极丝到待加工表面的距离，将电火花切割和阳极溶解结合到一道工序里面，使得这两个工艺过程可以连续进行，对前期电火花切割形成的表面立即进行处理，工件切割表面质量和切割效率均得到了保证。

2、本发明相对于普通的电火花切割，在提高表面质量的同时并没有增加切割的成本，并且因为不需要调整技术参数，对整体的切割效率没有影响。

3、本发明操作简单，只需将普通电火花切割设备电极丝的装夹部分进行改造，同时使用去离子水作为电解液，按照本发明的加工参数操作即可实现，工业化推广前景广阔。

4、本发明适用于所有导电材料的切割，适用范围广。

附图说明：

图1为本发明切割工件的原理图；

图2为本发明的阳极溶解原理；

图3为电火花切割后工件的表面：(a)表面上的凹坑；(b)表面重铸层；

图4阳极溶解前后表面对比：(a)阳极溶解前的重铸层；(b)阳极溶解后的光滑表面。

图5为另一实施方式的原理图。

附图标记说明如下：

1-第一电极丝；2-第二电极丝；3-第三电极丝；4-被切割的工件

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。

参见图1，本发明提供一种导体材料的切割方法：该方法中，工件4连接电源的阳极，三条电极丝连接电源的阴极，三条电极丝安装在同一装夹工具中，彼此平行设置且其轴线位于一个面上，第一电极丝和第二电极丝之间的距离(d₁)大于工件的厚度(切割方向的切割长度)。为了操作方便，本实施例中三条电极丝的材料均为钼丝，直径均为0.22mm。

本发明方法具体按照以下步骤实施：

步骤1、调配低电阻率的去离子水作为电解液，电导率为1ms/cm-10ms/cm，要求脉冲电压即能够击穿电解液产生火花放电，同时电解液去离子水又具有微弱的电化学作用，将工件4置于电解液中。

步骤2、使用第一电极丝切割工件，调整加工参数，使得脉冲电压100-200V，电压脉宽为5μs-20μs、电源频率为10KHz-100KHz，将工件沉浸在电解液中，电极丝的运丝速度为5m/s-10m/s，三条电极丝进给速度设置为2μm/s-8μm/s。此时去离子水被脉冲电压击穿产生火花并蚀除材料，即用电火花方法切割工件。

步骤3、当第一条电极丝将工件切割开之后，使用第二和第三电极丝对工件表面进行阳极溶解。参见图2被切开的工件在机床夹具的带动下向两侧移动，使第二和第三电极丝电极丝到被加工表面的距离(d₂)为20μm-40μm，确保第二和第三电极丝到工件表面的距离超过火花放电的最大距离而不能产生火花，其它加工参数不变，由于去离子水具有微弱的电化学作用，所以第二和第三电极丝分别进行阳极溶解加工，溶解掉第一电极丝电火花切割后留下的表面凹坑和重铸层。

实施例1

步骤1、三条电极丝连接在脉冲电源的阴极，工件连接在脉冲电源的阳极，调配低电阻率的去离子水作为电解液，电导率为5ms/cm；

步骤2、使用第一电极丝切割，调整加工参数，使得脉冲电压120V，电压脉宽为10μs、电源频率为20KHz，将工件沉浸在电解液中，所述电解液为低电阻率的去离子水。电极丝的运丝速度为5m/s，三条电极丝的进给速度设置为8μm/s，此时切割方法为为电火花切割工件。

步骤3、当第一条电极丝将工件切割开之后，使用第二和第三电极丝对工件表面进行阳极溶解，两条电极丝到被加工表面的距离为30μm，确保第二和第三电极丝到工件表面的距离超过火花放电的最大距离而不能产生火花，其它加工参数不变，由于去离子水微弱的电化学作用，所以第二和第三电极丝分别进行阳极溶解加工，溶解掉第一电极丝电火花切割后留下的表面凹坑和重铸层。

实施例2

步骤1、三条电极丝连接在脉冲电源的阴极，工件连接在脉冲电源的阳极，调配低电阻率的去离子水作为电解液，电导率为10ms/cm；

步骤2、使用第一电极丝切割，调整加工参数，使得脉冲电压160V，电压脉宽为20μs、电源频率为50KHz，将工件沉浸在电解液中，所述电解液为低电阻率的去离子水。电极丝的运丝速度为8m/s，三条电极丝的进给速度设置为10μm/s，此时切割方法为为电火花切割工件。

步骤3、当第一条电极丝将工件切割开之后，使用第二和第三电极丝对工件表面进行阳极溶解，两条电极丝到被加工表面的距离为40μm，确保第二和第三电极丝到工件表面的距离超过火花放电的最大距离而不能产生火花，其它加工参数不变，由于去离子水具有微弱的电化学作用，所以第二和第三电极丝分别进行阳极溶解加工，溶解掉第一电极丝电火花切割后留下的表面凹坑和重铸层。

本发明的工作原理是，首先选择低电阻率的去离子水作为电解液，去离子水的电导率为1ms/cm-10ms/cm，脉冲电压施加在电极丝和工件两端，工件连接电源的阳极，电极丝连接电源的阴极，要求脉冲电压即能够击穿电解液从而产生火花放电，同时电解液又具有微弱的电化学作用，能够对工件进行阳极溶解。为了提高效率，三条电极丝装夹在一起同时运动切割工件，参见图1。当第一电极丝切割工件时，调整加工参数，将脉冲电压调整为100V-200V，由于电解液选择的是去离子水，电压可以将电解液击穿从而产生电火花放电，使第一电极丝的切割方式为电火花切割。由于在电火花切割过程中，工件表面材料由于火花放电产生的高温，发生了熔化和气化，随后这些材料随着电极丝的运动被抛出切割区域，所以电火花切割完成后的工件表面是由无数火花蚀除后的凹坑组成，如图3所示。图3(a)可以看出材料表面由无数火花蚀除后留下的凹坑组成，可明显看出工件表面被灼烧的痕迹。在脉冲放电的间隙，工件表面材料的熔化和气化瞬间停止，所有熔化的材料又重新凝固在材料的表面，形成重铸层，图3(b)可以看出电火花蚀除留下的凹坑和重铸层。由此可见，电火花切割完成后的工件表面由火花蚀除后的凹坑以及重铸层组成，表面质量不高。

为了提高表面质量，消除火花蚀除留在工件表面的凹坑及重铸层，当第一电极丝将工件切割开后，第二电极丝和第三电极丝开始工作，参见图2，由于第二电极丝和第三电极丝到待加工工件表面的距离(d₂)大于电火花放电的最大距离，因此此时并不会有电火花的产生。同时由于去离子水有微弱的电化学作用，可以对阳极工件表面材料产生阳极溶解。因此，此时的加工方式为电极丝对材料表面的阳极溶解。根据法拉第定律，电极丝的进给速度会影响阳极溶解材料的厚度，由于三条电极丝的进给速度相同并且进给速度较快，如果只采用一条电极丝不能将重铸层完全溶解掉，达不到提高表面质量的目的，所以本发明采用两条电极丝(第二电极丝和第三电极丝)进行阳极溶解加工，使其刚好能溶解掉重铸层，第二和第三电极丝可以将第一电极丝火花放电在工件表面留下的凹坑和重铸层溶解掉，提高表面质量，加工完后的表面如图4(b)所示，可以看出，表面质量显著提高，明显优于电火花蚀除后的材料表面。

第一条电极丝1将工件切割开之后，若仅对一侧工件进行再加工，移动一侧工件的位置或者调整第二电极丝和第三电极丝的位置(参见图5)均可。

Claims (4)

1.一种导体材料的切割方法，其特征在于：该方法中，工件连接电源的阳极，电极丝连接电源的阴极，将工件置于电解液中，所述电解液为低电阻率的去离子水，去离子水的电导率为1ms/cm-10ms/cm，三条电极丝彼此平行设置，第一电极丝和第二电极丝之间的距离大于工件的厚度，第二电极丝和第三电极丝到被切割工件表面的距离为20μm -40μm，具体加工方法是：施加脉冲电源在电极丝和工件之间，第一电极丝先采用电火花的方法将工件切割开，第二电极丝和第三电极丝采用阳极溶解原理，脉冲电源施加的电压不变，依次通过工件表面，溶解掉第一电极丝切割过后工件表面留下的凹坑和重铸层。

2.如权利要求1所述的一种导体材料的切割方法，其特征在于：所述三条电极丝的轴线位于一个面上。

3.如权利要求1或2所述的一种导体材料的切割方法，其特征在于：所述三条电极丝安装在同一装夹工具中。

4.如权利要求3所述的一种导体材料的切割方法，其特征在于：所述三条电极丝的材料均为钼丝，直径相同。