淺談電火花線切割機(jī)床工作液發(fā)展現(xiàn)狀

于

(南京發(fā)斯特工作液廠,江蘇南京 210001)

電火花線切割機(jī)床專用工作液伴隨著線切割機(jī)床的發(fā)展至今在我國(guó)已有近50年的歷史。在這漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中,隨著電火花線切割機(jī)床加工性能的提高、功能設(shè)計(jì)及技術(shù)進(jìn)步的演變,為適應(yīng)不同時(shí)期的需求,經(jīng)過(guò)幾代技術(shù)人員的艱辛努力,線切割機(jī)床專用工作液從早期單一油劑型產(chǎn)品發(fā)展到今天的多品種多種類。目前,市場(chǎng)上主要有三大類產(chǎn)品供用戶選擇:油劑型、水基型及水油混合型。

雖然眾多的產(chǎn)品使用戶在選用中游刃有余,但有相當(dāng)一部分使用者對(duì)線切割機(jī)床工作液的加工性能及操作工藝性能還不甚了解;對(duì)在相同條件下如何利用相應(yīng)的工作液,使加工件獲得更好的內(nèi)在質(zhì)量,還缺乏足夠的認(rèn)識(shí);特別是對(duì)電火花線切割加工中,作為液體介質(zhì)的工作液,在保障加工穩(wěn)定、提高切割速度和加工精度、降低加工件表面粗糙度值、降低鉬絲損耗方面的功效認(rèn)識(shí)不足。為此,本文將各類具有代表性的線切割加工工作液產(chǎn)品及性能做一介紹,供廣大使用者參考。

1 油劑型

油劑型電火花線切割專用工作液作為產(chǎn)品問(wèn)世,已有40多年的歷史。它是最早應(yīng)用于線切割機(jī)床的專用加工液,也是廣大用戶所熟悉的成熟產(chǎn)品。它在機(jī)床放電加工中,起到冷卻、洗滌、潤(rùn)滑、去游離、滅弧、防銹等功能,其代表性的產(chǎn)品為油酸鉀皂乳化液的DX-1型。

作為油酸鉀皂乳化液的油劑型專用工作液,常溫下外觀為棕褐色半透明體,兌水后成乳白色。因含油量較高,加工中的潤(rùn)滑性及防銹性都較好。其理化性能顯示:液體偏堿性(pH8～9.5),常溫下它的電導(dǎo)率為300～600μS/cm,液體介質(zhì)在臨床狀態(tài)下,工作周期表現(xiàn)出:使用時(shí)間與加工速度具有正泰分布的加工軟特性,其產(chǎn)品為混合物。

根據(jù)它的理化性能和加工軟特性,不難看出油酸鉀皂乳化液為新液時(shí),加工初始階段其加工速度提升較緩慢,到后期乳化液接近廢液時(shí),加工速度也是緩慢下降的。又因其電導(dǎo)率較低,加工中放電火花半徑較小,使加工中產(chǎn)生的火花間隙也較小。因此,在加工高厚工件時(shí),就顯得加工間隙過(guò)小,清洗通道狹窄,液體張力使?jié)B透性較低,清洗性能更顯弱化。所以,通常優(yōu)質(zhì)的油酸鉀皂乳化液適用加工厚度300 mm以下的工件。在這個(gè)厚度范圍內(nèi),其加工機(jī)械性能較好,具有良好的潤(rùn)滑性、洗滌性及冷卻性,且加工穩(wěn)定,加工精度較高,適合于較精細(xì)模具的生產(chǎn)加工。

實(shí)踐證明,油酸鉀皂乳化液在使用中,其切割速度和效率與加工表面質(zhì)量是一個(gè)反比關(guān)系。也就是說(shuō):工件如果想獲得較好的加工表面質(zhì)量,則必然以降低其切割速度和效率為代價(jià)的。反之,如果需要較高的切割速度和效率,只能以降低加工表面質(zhì)量為條件。

目前,市場(chǎng)上型號(hào)相同的油劑型乳化液因生產(chǎn)廠家的不同,其特點(diǎn)也不盡相同。其主要區(qū)別在兌水量比例和使用壽命上。它們的不同,產(chǎn)生的差異將直接影響使用者的使用效果和自身的經(jīng)濟(jì)效益。

市場(chǎng)上常見(jiàn)的普通油酸鉀皂乳化液DX-1型工作液兌水量比例一般在1∶8左右;優(yōu)質(zhì)的在1∶12左右。南京發(fā)斯特工作液廠技術(shù)人員經(jīng)過(guò)科研實(shí)踐,通過(guò)調(diào)整配方,反復(fù)摸索及研制,5年前向市場(chǎng)推出高濃度油酸鉀皂乳化液,它的兌水量比例高達(dá)為1∶25倍。就是說(shuō)在同樣的電加工機(jī)床加工條件下,在電導(dǎo)參數(shù)一致的情況下,該廠生產(chǎn)的專用油劑型乳化液兌水量比例與同類產(chǎn)品相比高達(dá)2～3倍。通過(guò)跟蹤調(diào)查反饋,使用者認(rèn)為該產(chǎn)品在獲得良好的加工性能的同時(shí),使用壽命也比一般油劑型工作液長(zhǎng)一倍,現(xiàn)實(shí)中更能凸顯出它的高性價(jià)比。

需要指出的是:具體使用一款產(chǎn)品時(shí),一定要注意看清每款產(chǎn)品的使用要求和操作工藝。特別是在當(dāng)前日新月異的新技術(shù)發(fā)展的時(shí)代,如果忽視新產(chǎn)品的特性,將會(huì)造成無(wú)謂的浪費(fèi)和損失。在這方面我們遇到過(guò)很多例因使用不當(dāng)而影響使用效果的實(shí)例。例如:過(guò)去在兌水沖解油劑型乳化油時(shí),對(duì)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品都知道可用水直接沖兌到12倍左右。當(dāng)拿到高濃度的產(chǎn)品時(shí),仍按習(xí)慣兌水至12倍方法去使用,在肉眼看似油液已經(jīng)沖開(kāi),外觀也呈乳白色,然而事實(shí)上乳化油并沒(méi)有完全打開(kāi)。結(jié)果造成高濃度的乳化油因水量太少,形成水包油,介質(zhì)液體過(guò)于濃厚粘稠。粘稠的液體介質(zhì)在水箱中聚集成白色油脂,隨著放電切割而碳化發(fā)黑,再與加工廢棄物混合形成黑色油泥附著在加工間隙中,造成電蝕物不易排除,乳化失穩(wěn),洗滌性能降低,嚴(yán)重影響放電過(guò)程的穩(wěn)定性,降低了加工速度,工件和鉬絲冷卻效果惡劣,易斷絲,同時(shí)也加大工件表面質(zhì)量惡化的幾率,易形成黑色的加工斷面,工件不易脫落或工件及機(jī)床銹蝕等現(xiàn)象,且隨著使用的進(jìn)行,產(chǎn)生液體的酸敗,形成惡臭,嚴(yán)重縮短了工作液的使用壽命。分析上述情況可發(fā)現(xiàn),問(wèn)題發(fā)生的根本原因就在于操作者沒(méi)有很好地了解高濃度乳化油的操作工藝。在使用前,應(yīng)首先看清包裝物上的注意事項(xiàng)及操作說(shuō)明:先取一份原液,加入3倍左右普通自來(lái)水進(jìn)行充分?jǐn)嚢?待均勻后,再二次沖水至所需要的25倍的濃度。這樣操作將油液與水充分混合溶解,形成強(qiáng)烈的親合力后,才能使其優(yōu)良的加工理化性能得到展示。我們?cè)诩庸がF(xiàn)場(chǎng)看到有經(jīng)驗(yàn)的操作者,他們嚴(yán)格按照工藝操作稀釋產(chǎn)品,用高濃度乳化液來(lái)加工高度500～800 mm的工件,并獲得成功。而違反操作工藝引來(lái)的麻煩,往往還被指責(zé)工作液質(zhì)量不好,使產(chǎn)品蒙受不白之冤。所以,嚴(yán)格按產(chǎn)品的操作要求來(lái)配置濃度比,是能提高加工表面質(zhì)量及切割速度,增強(qiáng)防銹能力,延長(zhǎng)使用壽命。也就是說(shuō),合適的比例將直接影響到加工制件的各項(xiàng)工藝指標(biāo),且能獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

還須指出的是:作為油酸鉀皂的乳化液都是以機(jī)械油為基礎(chǔ)原料的工作液。在當(dāng)前能源日益緊張,其使用成本也日益在加大。同樣,也因?yàn)槭鞘a(chǎn)品,在國(guó)內(nèi)環(huán)保呼聲越來(lái)越高的形勢(shì)下,廢液排放、防止環(huán)境污染也被提到國(guó)家議事日程上來(lái),今后使用必將逐漸受到限制。再者,由于電火花線切割機(jī)床加工過(guò)程是以電極放電的形式實(shí)施加工的,加工放電瞬間產(chǎn)生極高高溫(10 000℃以上),不僅汽化了金屬,同時(shí)也電離汽化了乳化液。汽化產(chǎn)生的廢棄物充滿操作現(xiàn)場(chǎng),必將對(duì)人體產(chǎn)生一定的影響。故而,我們也特別強(qiáng)調(diào)提出:應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的空氣流動(dòng),適當(dāng)?shù)慕】捣雷o(hù)非常之重要。

2 水基型

20世紀(jì)80年代末,人們?cè)隗w驗(yàn)到油劑工作液在加工中存在的不足之處后,開(kāi)始研發(fā)水基工作液。南京大學(xué)董家樂(lè)教授和王秀蘭老師經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐,共同探索研制出DX-4型水基工作液。產(chǎn)品的研發(fā)成功,奠定了電火花線切割機(jī)床水基工作液的發(fā)展方向。該產(chǎn)品在1990年榮獲江蘇省新產(chǎn)品“金牛獎(jiǎng)”。

水基工作液在電火花線切割機(jī)床中同樣具備著清洗、滲透、冷卻、滅弧、防銹、潤(rùn)滑等功能。原液為黃綠色至墨綠色半透明體,兌水20倍后,兌水液體微黃透明。其理化性能顯示:液體呈堿性(pH值10～12),常溫下初始電導(dǎo)率為1 200～1 800μS/cm,液體介質(zhì)在臨床加工周期中,使用時(shí)間與加工速度之關(guān)系具有加工硬特性,產(chǎn)品為穩(wěn)定的化合物。

通過(guò)水基型介質(zhì)的加工硬特性可知:水基型工作液新液在加工初始,其加工速度在短時(shí)間就迅速提起,到了失效階段加工速度也會(huì)迅速下降。純水基型工作液不含有丁點(diǎn)礦物油的,它的清洗、冷卻效果都優(yōu)于油劑型工作液,且滲透性特強(qiáng)。再者,由于它的電導(dǎo)率是油劑型工作液的兩倍以上,就預(yù)示著它的放電間隙較大,更便于冷卻液在加工件的間隙中清洗排削。因此,在加工高厚工件時(shí),通常首選水基型工作液,它常被用在加工100 mm以上的高厚工件。在高厚切割中顯示其特有的加工性能,即加工的高厚度、高速度(切割效率)和低表面粗糙度值。

加工的低表面粗糙度也是水基型工作液一個(gè)重要特點(diǎn)。實(shí)踐表明:與油劑型工作液相比,它在加工中能降低表面粗糙度值。其工作機(jī)理目前還不十分清楚。加工的高速度并存在加工的高厚度之中,經(jīng)測(cè)試,它的切割效率比油劑型工作液提高 15%～35%。特別是加工硬質(zhì)合金材料時(shí),更顯其優(yōu)越性。水基型工作液的另一個(gè)重要特點(diǎn),就是它在加工中取得高速度的同時(shí),可獲得低表面粗糙度值。通過(guò)實(shí)際加工獲得的工件表面質(zhì)量分析,表明兩者之間并不沖突,似乎有一個(gè)合適的交叉點(diǎn)。這個(gè)特點(diǎn)克服了油劑型乳化油切割效率與表面粗糙度對(duì)立的矛盾,充分顯露出它優(yōu)于油劑型工作液的加工效果,這也是在DX-4水基型工作液?jiǎn)柺篮笾饾u被推廣使用的一個(gè)重要因素。

一提起水基型工作液,人們首先擔(dān)心的就是“會(huì)不會(huì)生銹”?事實(shí)上作為一個(gè)成熟的商品,人們的顧慮都是多余的。優(yōu)質(zhì)品牌的產(chǎn)品在出廠前的檢測(cè)中,就已為你把好關(guān)了。它的防銹能力是使用值的一倍。如果在現(xiàn)場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)有機(jī)床或工件銹蝕,你必須仔細(xì)檢查操作工藝是否符合規(guī)范,工作環(huán)境(天氣、濕度、加工垃圾的處理、機(jī)床衛(wèi)生保養(yǎng)等影響)是否正常,加工液使用是否已經(jīng)失效。從中就可以找出發(fā)生事故的原因。

實(shí)際使用中往往會(huì)發(fā)現(xiàn):事物都具有兩面性。比如說(shuō):放電間隙大,形成的加工間隙大,這對(duì)工作液的滲透、冷卻清洗都有很大的幫助。但由于間隙大,工件加工完成時(shí),因缺乏一定的摩擦阻力,割好的工件就會(huì)迅速地自然脫落,造成碰傷工件、砸壞機(jī)床臺(tái)面、折斷電極鉬絲等。因此,在使用水基工作液時(shí),防范這樣的事故也應(yīng)得到重視。

DX-4水基型工作液的工作性能前面都做了介紹。但還有一點(diǎn)要讓使用者了解到:它的低碳特征。由于不含礦物油,在使用中不存在油污的影響,工件清洗方便,現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境清潔,無(wú)異味,不燃燒,安全可靠,加工中對(duì)人體基本無(wú)害。廢液的處理比油劑型簡(jiǎn)單,大大減少了環(huán)境污染,且存放保質(zhì)期長(zhǎng)。因此,歐盟地區(qū)來(lái)采購(gòu)的都是選擇DX-4水基型線切割加工液。

3 水油混合型

水油混合型工作液又被稱之為復(fù)合型工作液。最早出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代中期。由于油劑型和水基型工作液的相繼使用,人們無(wú)意中發(fā)現(xiàn)兩種工作液混合使用時(shí),意外地獲得了理想的表面粗糙度,工件表面質(zhì)量很好,切割斷面的顏色十分悅目,切割效率也比單一的油劑型高,很好地融合了兩種產(chǎn)品的加工品質(zhì)。在加工高厚工件時(shí),工作液的冷卻滲透性能及洗滌性能也令人滿意,易獲得較好的加工精度,并解決了單一使用某種工作液的一些弊端。這為廣大使用者提供了一條介質(zhì)使用方法的新路,也為后續(xù)產(chǎn)品的產(chǎn)生提供了寶貴的思路。

由于DX-1油劑型和DX-4水基型工作液是隸屬不同性質(zhì)的產(chǎn)品,在使用中不能直接相互摻兌,必須分別按各自的稀釋比例稀釋好后才能合并使用,這樣給使用者造成了不便。生產(chǎn)廠家為此進(jìn)行了一系列探索研制。像南京發(fā)斯特工作液廠出品的DX-7、南京特種油廠出品的DX-5型產(chǎn)品均是水油混合型產(chǎn)品。

水油混合型產(chǎn)品出現(xiàn)后,雖然有它理想的一面(既有乳化液的潤(rùn)滑性,同時(shí)又具備水基液的冷卻效果好、清洗力強(qiáng)的特點(diǎn)),但多年來(lái)一直沒(méi)有解決產(chǎn)品靜置存放的問(wèn)題(存放時(shí)間一長(zhǎng),易產(chǎn)生分層現(xiàn)象)。

問(wèn)題的存在也影響了產(chǎn)品的推廣使用。到目前為止,市場(chǎng)上還沒(méi)有一個(gè)穩(wěn)定的電火花線切割油水混合性工作液產(chǎn)品出現(xiàn)。這有待于我們科技工作者繼續(xù)努力探索,為廣大使用者提供更快捷的產(chǎn)品。有關(guān)資料表明,南京航空航天大學(xué)劉志東教授等為該類產(chǎn)品做了大量的科研工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,我們大致了解了各種電火花線切割工作液的基本特性。在這里還要特別提醒的是,所有工作液初始新液都是偏堿性的(理化性能)。一旦使用至工作性能衰退時(shí),工作液的pH值就偏酸性了,且不可逆地成為廢液。這時(shí)如繼續(xù)使用,將嚴(yán)重影響加工效率,甚至對(duì)機(jī)床及工件產(chǎn)生腐蝕(特別是加工有色金屬)。因此,要求使用者在工作中能及時(shí)地更換新液。

現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí),有人在工作液衰變時(shí),不是徹底去更換新液,而是不斷地添加新液,這樣做是可行的。但它是以犧牲一定的工作液使用價(jià)值為代價(jià)的,其是否經(jīng)濟(jì)是仁者見(jiàn)仁智者見(jiàn)智。

相關(guān)資料表明,隨著電火花線切割機(jī)床電源的發(fā)展,電腦數(shù)控的全面應(yīng)用和機(jī)床加工性能的整體提高,為電火花線切割加工提供了更廣闊的空間,也為加工介質(zhì)的提升開(kāi)拓了廣闊前景。目前,已知的變化就是在工作液中添加電解質(zhì),增加爆破劑,改變工作液的電導(dǎo)率,從而引起放電間隙伏安特性變化,提高加工效率。有的工作液在添加介質(zhì)后,可使電導(dǎo)率提高到3 000μS/cm以上,極大地豐富了工作液的內(nèi)涵。但我們也注意到,隨著電導(dǎo)率的上升,電極絲的損耗也會(huì)發(fā)生增大,對(duì)加工精度要求較高的工件而言,選用時(shí)建議使用者應(yīng)適當(dāng)注意其特點(diǎn)。對(duì)生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō),就是如何將產(chǎn)品中的電導(dǎo)率進(jìn)一步提高的同時(shí),能降低絲損,保證加工精度的要求,保持工作液長(zhǎng)期靜置時(shí)電導(dǎo)率不會(huì)衰變,確保工作液加工品質(zhì)的穩(wěn)定性。對(duì)用戶而言,在使用任何一款產(chǎn)品前,務(wù)必認(rèn)真了解它的性質(zhì)和操作工藝,確保使用順利,盡量避免因操作不當(dāng)帶來(lái)不必要的煩惱。

隨著國(guó)內(nèi)電加工行業(yè)的快速發(fā)展,電火花線切割工作液的產(chǎn)品種類越來(lái)越多,品種越來(lái)越豐富。但到目前為止,專用工作液的標(biāo)準(zhǔn)都只有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),還沒(méi)有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一,講述和表達(dá)也不一致,難免會(huì)有參差不齊的現(xiàn)象。建議有關(guān)部門(mén)能盡快制定出電火花線切割工作液的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn),使電加工工作液產(chǎn)品更加規(guī)范化。

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