基于金屬橡膠的DK7720型線切割機(jī)床過濾系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

朱 巖 董秀萍 張凱

(①裝甲兵技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130031；②北京工商大學(xué), 北京 100048)

切削液作為線切割加工的重要組成部分，除了完成冷卻、排屑等功能外，還作為放電介質(zhì)直接參與加工[1]。在實(shí)際使用中，切削液由于工作雜質(zhì)、粉屑和油污染等因素存在不同程度的污染，對(duì)切割速度、表面粗糙度、加工精度等加工工藝指標(biāo)造成了很大影響[2]。為了減輕切削液中污染物對(duì)加工的影響，一般采用過濾系統(tǒng)對(duì)切削液進(jìn)行過濾后使用。目前的過濾系統(tǒng)具有過濾面積大，滲透率大等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足切削液供應(yīng)量上的需求，但是由于過濾介質(zhì)使用限制和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的缺陷，普遍有著濾后線切割液污染度大的問題，不能滿足精加工的需求。

在對(duì)DK7720型線切割機(jī)床的使用過程中就發(fā)現(xiàn)有過濾系統(tǒng)存在以下缺陷。圖1是過濾系統(tǒng)示意圖，可以看出現(xiàn)有過濾系統(tǒng)主要存在著三大缺陷。(1)隔板1上開有5 mm的圓孔，幾乎對(duì)濾液的雜質(zhì)粒子起不到過濾作用；(2)隔板2和箱體中間存在著縫隙，通過這個(gè)縫隙，線切割液可以直接進(jìn)到出液室內(nèi)；(3)隔板2是150目金屬絲網(wǎng)，理論上最多可以過濾100 μm以上的固體粒子，滿足不了精加工的需求。

1 過濾系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)及金屬橡膠選擇

如圖2所示，過濾系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)思路在原過濾箱體的改進(jìn)下完成，箱體被分成3個(gè)室，分別是回液室、過濾室和出液室?；匾菏抑猩喜垦b有隔板1，板中安裝有60目金屬絲網(wǎng)?；匾菏遗c過濾室之間安裝有隔板2，隔板2上部是實(shí)體，下部開有長(zhǎng)方形空槽，空槽內(nèi)安裝有150目金屬絲網(wǎng)。在過濾室與出液室之間，焊接一個(gè)不銹鋼隔板3，不銹鋼板低于箱體上部少許，允許出液室的液體通過空隙流回過濾室，但不允許過濾室的液體通過空隙直接流到出液室。在精濾室和出液室之間安裝有金屬橡膠過濾系統(tǒng)，過濾系統(tǒng)主要是由水泵、壓力表、金屬橡膠過濾介質(zhì)以及過濾器組成的，水泵用來給金屬橡膠提供滲透壓力，壓力表用來判斷金屬橡膠的實(shí)時(shí)滲透性能，金屬橡膠過濾介質(zhì)需滿足過濾精度在50 μm以下，經(jīng)過濾后的滲透流量應(yīng)稍微大于系統(tǒng)的工作所需流量1.5 L/min。

金屬橡膠作為一種新型的過濾介質(zhì)，它既具備像金屬絲網(wǎng)進(jìn)行大面積過濾的表面積，又具備多孔介質(zhì)深層過濾的特性[3]。通過研究得知[4]，金屬橡膠的水力直徑和它的絲徑以及孔隙度密切相關(guān)：

dp=d絲

(1)

式中：dp為水力直徑，d絲為金屬橡膠絲徑。

通過式(1)可以看出，絲徑≥0.10 mm，孔隙度≤0.5的金屬橡膠都滿足過濾系統(tǒng)精度的需求。根據(jù)滲透后的流量要滿足系統(tǒng)需求用量，通過試驗(yàn)得知，孔隙度0.4的金屬橡膠滲透后的流量為1.69 L/min，孔隙度0.3的金屬橡膠滲透后的流量為1.23 L/min。所以根據(jù)過濾精度和滲透流量特選擇絲徑0.10 mm、孔隙度0.4的金屬橡膠作為系統(tǒng)過濾試件。

2 過濾系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)流程與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

過濾系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)流程見圖2所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1、表2所列。

表1 溶液污染度對(duì)比

利用美國(guó)PALL污染度檢測(cè)儀通過對(duì)污染度的分析對(duì)比(表1)可以得知，原過濾系統(tǒng)的粒子攔截能力小于基于金屬橡膠的過濾系統(tǒng)的攔截能力。改進(jìn)后的金屬橡膠過濾系統(tǒng)水力直徑為67 μm，明顯優(yōu)于150目金屬絲網(wǎng)的過濾效果。

表2 表面粗糙度值對(duì)比

從表2可以看出，用新過濾系統(tǒng)濾液切割的工件的表面粗糙度好于原過濾系統(tǒng)濾液下切割工件的表面粗糙度。一方面是因?yàn)楫?dāng)溶液污染度增高時(shí)，溶液的粘度增大，造成溶液對(duì)鉬絲和切割工件的冷卻性能變差，加大工件表面惡化的機(jī)率；另一方面，當(dāng)溶液含有的固體粒子增多時(shí)，在切割過程中，固體粒子處于切割液和切割工件之間，在切割過程中，較多的固體粒子很可能碰到切割表面，增大切割工件的表面粗糙度值。

3 試驗(yàn)結(jié)果討論

通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，用金屬橡膠過濾后的濾液無論是在濾液污染度等級(jí)還是在表面粗糙度測(cè)定值上都優(yōu)于原系統(tǒng)過濾后的濾液。這表明基于金屬橡膠的DK7720型線切割機(jī)床過濾系統(tǒng)過濾精度優(yōu)于原廠自帶的過濾系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了既定的提高濾液清澈度和改善加工件表面粗糙度的目的。

[1]吳娟.水基切削液對(duì)線切割加工的影響[J].工藝與裝備，2009(1)：70-72.

[2]張曉燕，魏引煥，任威.快走絲線切割加工中工作液性能對(duì)加工質(zhì)量的影響[J].模具制造技術(shù)，2004(9)：63-64.

[3]侯軍芳，白鴻柏，劉英杰，等.新型金屬橡膠孔隙材料過濾機(jī)制與性能研究[J].潤(rùn)滑與密封，2006(4):109-112.

[4]夏宇宏，姜洪源,李瑰賢，等.0Cr18Ni9Ti金屬橡膠多孔材料的氣體滲透性[J].功能材料，2004(2):267-269.