CN110000437A - 一种电火花线切割装置及极间液量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电火花线切割装置，包括供液系统和切割系统，所述的供液系统用于提供极间工作液，切割系统用电火花线切割加工工件，所述的切割系统包括丝筒、若干个导轮、电极丝，所述的电极丝缠绕在丝筒和导轮上并能够被丝筒驱动以在导轮和放电间隙之间运动，所述的供液系统包括有一能够喷出工作液的喷嘴，喷嘴将工作液喷在丝筒的电极丝上以使得电极丝包裹有工作液，并能够通过控制电极丝的丝速控制极间的工作液量，丝筒驱动电极丝将包裹有工作液的电极丝带入放电间隙中。

Description

一种电火花线切割装置及极间液量控制方法

技术领域

本发明涉及电火花切割领域。

背景技术

电火花线切割是利用电极丝对工件进行脉冲放电腐蚀加工，当极间电压大于击穿电压时，极间液体介质电离形成放电通道，瞬时高温熔化、气化放电点附近的材料，在放电综合作用力和电极丝共同作用下将电蚀产物带出工件，形成一个个重叠的电蚀凹坑。Dibitino等人通过试验、热传导分析认为分配到工件和电极的能量大约只有18％和8％，74％的能量都被工作液吸收，能量损失大。何赐文等人研究了工作液作用机理，强调了其供液量只须包裹电极丝、并封住电极丝周围的切缝就足够了，过大的流量反而减少了颗粒物沉淀分离的机会，也易产生泡沫。姜兆华等人认为工作液气化热解产生的压力有利于液态金属的脱离，但极间工作液量过多，气化及冷却将消耗过多的热量而影响金属的熔化，使加工速度下降。液中大能量切割时，极间工作液因能量过大而气化严重，放电状态恶劣，排屑困难，导致工件表面严重烧伤，断丝率增大，而同样的丝速和供液方式，小能量加工效果好；气中、雾中电火花线切割精加工中，工件的表面质量和直线度优于液中加工。

目前，电火花线切割加工的供液方式有浇注式和常压同轴喷液式。浇注式是将工作液侧向浇注在工件放电区域，喷嘴和电极丝不同轴，存在一定的角度，不能形成水柱，浇注式易对电极丝产生冲击，严重影响多次切割的精加工质量。同轴常压喷液式是上下喷液，喷嘴与电极丝同轴，同轴常压喷液式虽然减少了电极丝的扰动，改善了极间冷却状态，但喷嘴中有六个喷小孔射出的工作液易出现分叉，飞溅到工件表面的工作液对电极丝产生扰动，难以形成水柱，浇注式和喷液式都无法精确控制进入放电间隙的工作液量。目前的工作液供液结构方式仅靠流量控制阀控制喷液量和喷液压力，无法根据切割工况自动调节极间工作液量，其不能根据切割工况精确控制极间工作液，影响加工质量。

专利公告号：CN206169428U，公告日为2017.05.17的专利文献公开了一种高速走丝电火花线切割加工结构，通过上工作箱和下工作箱工作液对电极丝进行包裹，该结构是为了减少电极丝的振动，将电极丝通过工作液中，难以通过控制丝速的方式来达到控制带入极间工作液。同时，该专利公开的结构需要设置上工作箱和下工作箱结构复杂、工件摆放困难。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术当中存在的问题，公开了一种电火花线切割装置,包括供液系统和切割系统，所述的供液系统用于提供极间工作液体，所述切割系统用电火花线切割加工工件，所述的切割系统包括丝筒、若干个导轮、电极丝，所述的电极丝缠绕在丝筒和导轮上并能够被丝筒驱动在导轮和放电间隙之间运动，所述的供液系统包括有一能够喷出工作液的喷嘴，喷嘴将工作液喷在丝筒的电极丝上以使得电极丝包裹有工作液，并能够通过控制电极丝的丝速控制极间的工作液量，丝筒驱动电极丝将包裹有工作液的电极丝带入放电间隙中。

作为改进，所述的供液系统包括工作液箱、与工作液箱和喷嘴连接的管道，所述的管道包括有液泵、滤清器和水阀。

作为改进，所述的切割系统包括有给电极丝供电的脉冲电源。

本发明还公开了一种电火花线切割极间工作液量控制方法，用于电火花线切割装置上以完成工件的电火花切割，所述的控制方法通过如下步骤控制电火花线切割的极间液量：

步骤一、通过喷嘴将工作液浇筑在缠绕在丝筒上的电极丝上，润湿丝筒上的电极丝；

步骤二、电极丝将包裹在电极丝的工作液带入极间，在第一次切割工件时，控制电极丝的丝速为8～12m/s；

步骤三、进行第二次切割，控制电极丝的丝速为3～6m/s，以保证加工尺寸精度、消除往返切割条纹，并获得所需的加工尺寸精度；

步骤四、进行第三次切割，控制电极丝的丝速为1～3m/s，以抛磨修光，提高表面质量。

进一步的，所述的切割装置包括有供液系统，所述的供液系统提供极间工作液体，所述的供液系统包括权利要求4所述的喷嘴。

进一步的，所述的供液系统还包括有工作液箱、与工作液箱和喷嘴连接的管道，所述的管道上设有液泵、滤清器和水阀。

进一步的，所述的电火花线切割装置还包括有切割系统，所述的切割系统包括丝筒、若干个导轮、电极丝，所述的电极丝缠绕在丝筒和导轮上。

进一步的，所述的导轮数量为4个，所述的电极丝连接有给电极丝供电的脉冲电源。

附图说明

图1是电火花线切割装置的结构示意图；

图中标记：1-工作液箱，2-液泵，3-滤清器，4-水阀，5-喷嘴，6-丝筒，7-电极丝，8-导轮，9-导电块，10-脉冲电源，11-工件，12-回液箱，13-回液管。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

实施例1：

如图1是本发明一种实施例下的电火花线切割装置的结构示意图，其主要由供液系统和切割系统两部分组成，如图所示，切割系统包括丝筒6、4个不同位置的导轮8、电极丝7、以及连接电极丝7的脉冲电源10，工件11在如图位置被切割，工件的位置能够根据实际情况进行调整，电极丝在丝筒的带动下，在四个导轨8的外部进行旋转转动以通过工件11处的电极丝进行切割工件，所述的电极丝的转速能够通过丝筒6的转速进行调整以通过丝筒6控制电极丝的转速。

如图1所示，图的左侧位置为供液系统的结构示意图，如图所示，供液系统包括有工作液箱1、液管、喷嘴5，工作液箱内储放有工作液，所述的工作液可以是乳化液、去离子水、煤油等。液管连接工作液箱和喷嘴并将工作液箱内的工作液通过喷嘴5喷出，在一个优选的实施例中，液管上依次设有液泵2、滤清器3、和水阀4，液泵2提供工作液从工作液箱到喷嘴出的液压，滤清器以对流经液管的工作液进行过滤，水阀4控制工作液在喷嘴5喷出和停止喷出。在工作的时候，打开水阀4，液泵2将工作液加压，有一定压力的工作液经滤清器3滤除杂质后，直接浇注在缠绕在丝筒上的电极丝上。

在本发明中，所述的喷嘴5正对丝筒6或者喷嘴5处于丝筒6合适的位置，以能够将喷嘴5喷出的工作液充分的浇筑在绕着在丝筒6上的电极丝上以充分的润湿丝筒上的电极丝，进一步的，高速运行的电极丝将包裹在电极丝的工作液带入极间，完成电火花放电。在本发明的切割装置中，带入极间的工作液受喷嘴喷出的工作液流速和电极丝的转速双重影响，在水阀控制的工作液流速一定的情况下，电极丝的转速越大，电极丝带入极间的工作液量越大，反之，电极丝的转速越小，电极丝带入极间的工作液量越小。此时，可以通过电极丝的转速控制被带入的极间的工作液量。在另一种情况下，当电极丝的转速被固定，喷嘴喷出的工作液量越大，则被电极丝带入极间的工作液量越大；喷嘴喷出的工作液量越小，则被电极丝带入极间的工作液量越小。而由于每个电极丝能够包裹的工作液有限，而单独的采用上述后一种方式控制工作液量，则导致工作液量的浪费以及无法精确控制工作液量，而采用前一种方法，由于固定住电极丝能够包裹的工作液，被带入极间的工作液量将和电极丝的转速成正比，能够通过电极丝转速精确控制带入极间的工作液量，并且不会导致工作液的浪费。

为了回收丝筒上流下的工作液，在更优选的实施方案中，丝筒的下方设有一个回收箱12以回收丝筒上多余的工作液，回收箱12连接有一回液管13，回液管和工作液箱连通，以将多余的工作液回收到工作液箱1中，在必要的时候回收箱或回液管可设有除杂系统。

工作液量对切割的影响实验：

首先关闭上、下出液口，人工将工作液浇注在丝筒上的电极丝上。切割参数如下：脉宽16μm，脉间5μm，电压100V，丝速8m/s，加工电流1.5A，工作液采用乳化液，电极丝采用的钼丝，切割的工件分别是：厚度为0.5mm的薄钢片，厚度为3mm的钢片，厚度为10mm的模具钢Cr12MoV，第一次切割。

实验结果：在切割厚度为0.5mm时，能正常切割，无味，无冒烟，丝筒上电极丝表面浇注间隔时间较长；切割厚度为3mm的钢片时，大概以同样间隔时间浇注时，出现了焦味，冒烟，因此判断出现干切，故立刻增加浇注频率，每分钟0.5次，切割情况立即正常，由此可见，上述工作液量的过小会引起切割问题。

切割厚度为10mm的模具钢Cr12MoV时，浇注频率相对较高，无烟无味，切割状况稳定良好，加工清洗后，表面无任何烧伤。同时，除了在浇注丝筒上的电极丝时工作液有少量的飞溅外，电极丝带着工作液经过各个导轮时在宏观上均未看到工作液飞溅。

本发明还公开了上述切割装置的切割和液量控制方法，用于电火花线切割装置上以完成工件的电火花切割，为实现丝速控制极间工作液量，本发明是在电火花线切割机床上附加一套工作液供给系统。如下如具体的一种丝速控制极间工作液量试验：

在进行切割的时候，不同丝速可以导致极间的带液量不同，以能够满足不同加工需求，在具体的切割中，可进行如下控制：

一、第一次切割时极间工作液量需求较多，因为高速稳定切割一般选用大能量切割，极间工作液因能量过大气化严重，放电状态恶劣，排屑困难，导致工件表面严重烧伤，则第一次切割需要较多的工作液，因此可以设置较高的丝速以达到提高极间工作液量的目的，在一个方案中，第一次切割丝速8～12m/s的带液量能满足极间工作液量的要求；

二、在进行第二次切割时，主要保证加工尺寸精度，以消除往返切割条纹，并获得所需的加工尺寸精度，与第一次切割对极间工作液量的需求相对较少，因此可选用中等的丝速，在优选中，第二次切割的丝速3～6m/s的带液量能满足极间工作液量的要求；

三、在第三次及以上切割，切割主要完成抛磨修光，提高表面质量，选用较小规准，放电能量较小，产生爆炸力小，可在加工获得较好的加工质量，对极间工作液量需求较少，因此，第三次及以上切割的丝速1～3m/s的带液量能满足极间工作液量的要求。

上述丝速的控制可以根据具体的工件进行调整，上述仅仅为特定工件的最佳丝速控制。

实施例2：本实施例公开了一种电火花切割工作介质，即极间工作液，其用于实施例1中的电火花切割，所述的工作介质是一种SiC纳米流体工作介质，在纳米流体中能够形成均匀稳定的负电胶团，负电胶团之间的斥力阻止了其聚结，因此，该工作介质不需要外部搅拌即可以保持长久的均匀性，在线切割的同时能够对工件表面进行改性，不需要对工件进行后处理操作。

SiC纳米流体组成与质量百分比如下

去离子水98份；

SiC纳米颗粒0.8份，粒径50nm；

分散稳定剂羧甲基纤维素钠0.6份；

表面活性剂十二烷基苯磺酸钠1.2份；

防沉降稳定剂蒙脱土0.4份。

具体制备流程：

步骤1：在去离子水加入分散稳定剂羧甲基纤维素钠和十二烷基苯磺酸钠，在温度40℃下，机械搅拌30分钟，搅拌转速为600r/min，使其充分溶解；

步骤2：将碳化硅纳米颗粒加入步骤:1中，在温度40℃下，机械搅拌30分钟，搅拌转速为680r/min，获得碳化硅纳米悬浮液；

步骤3：将防沉降稳定剂蒙脱土加入步骤2溶液中，在温度40℃下，机械搅拌30分钟，搅拌转速为650r/min；

步骤4：用KOH调节溶液pH值为8.0；

步骤5：将十二烷基苯磺酸钠加入步骤4溶液中，在温度40℃下，机械搅拌30分钟，搅拌转速为650r/min；

步骤6：将步骤5的悬浮液置于超声波清洗仪中，频率为50Hz，功率80W，在温度40℃下超声振动20分钟，得到稳定的SiC纳米粒子荷电的纳米流体。

步骤7：将步骤6的SiC纳米流体溶液以1:30的比例稀释到去离子水中或乳化液等工作液中，机械搅拌10分钟，可获得SiC纳米粒子荷负电的电火花线切割工作液。

Claims (8)

1.一种电火花线切割装置,包括供液系统和切割系统，所述的供液系统用于提供极间工作液体，切割系统用电火花线切割加工工件，其特征在于，所述的切割系统包括丝筒(6)、若干个导轮(8)、电极丝(7)，所述的电极丝缠绕在丝筒和导轮上并能够被丝筒驱动以能够在导轮和放电间隙之间运动，所述的供液系统包括有一能够喷出工作液的喷嘴(5)，喷嘴将工作液喷在丝筒的电极丝上以使得电极丝包裹有工作液，并能够通过控制电极丝的丝速控制极间的工作液量，丝筒驱动电极丝将包裹有工作液的电极丝带入放电间隙中。

2.根据权利要求1所述的电火花线切割装置，其特征在于，所述的供液系统包括工作液箱(1)、与工作液箱和喷嘴连接的管道，所述的管道上设有液泵(2)、滤清器(3)和水阀(4)。

3.根据权利要求2所述的电火花线切割装置，其特征在于，所述的切割系统包括有给电极丝供电的脉冲电源(10)。

4.一种电火花线切割极间液量控制方法，用于电火花线切割装置上以完成工件的电火花切割，其特征在于，所述的控制方法通过如下步骤控制电火花线切割的极间液量：

步骤一、通过喷嘴将工作液浇筑在缠绕在丝筒上的电极丝上，润湿丝筒上的电极丝；

步骤二、电极丝将包裹在电极丝上的工作液带入极间，在第一次切割工件时，控制电极丝的丝速为8～12m/s；

步骤三、进行第二次切割，控制电极丝的丝速为3～6m/s，以保证加工尺寸精度、消除往返切割条纹，并获得所需的加工尺寸精度；

步骤四、进行第三次切割，控制电极丝的丝速为1～3m/s，以抛磨修光，提高表面质量。

5.根据权利要求4所述的电火花线切割极间液量控制方法，其特征在于，所述的切割装置包括有供液系统，所述的供液系统提供极间工作液体，所述的供液系统包括权利要求4所述的喷嘴。

6.根据权利要求5所述的电火花线切割极间液量控制方法，其特征在于，所述的供液系统还包括有工作液箱(1)、与工作液箱和喷嘴连接的管道，所述的管道包括有液泵(2)、滤清器(3)和水阀(4)。

7.根据权利要求6所述的电火花线切割极间液量控制方法，其特征在于，所述的电火花线切割装置还包括有切割系统，所述的切割系统包括丝筒(6)、若干个导轮(8)、电极丝(7)，所述的电极丝缠绕在丝筒和导轮上。

8.根据权利要求7所述的电火花线切割极间液量控制方法，其特征在于，所述的导轮数量为4个，所述的电极丝连接有给电极丝供电的脉冲电源(10)。