連桿裂解槽線切割機(jī)床工作液過濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

吳 濤，張永俊，曲興旺

（廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣東廣州510006）

連桿裂解槽線切割機(jī)床工作液過濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

吳 濤，張永俊，曲興旺

（廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣東廣州510006）

在連桿裂解槽線切割機(jī)床加工過程中，工作液中會(huì)混入微米級(jí)的固體顆粒和亞微米級(jí)的懸浮物，前者來自工件與電極絲放電氣化蝕除的金屬產(chǎn)物，后者來自工件材料受高溫氣化分解及工作液分解的微細(xì)產(chǎn)物，這些金屬微粒會(huì)影響工件與電極絲之間放電間隙的形成，進(jìn)而影響連桿裂解槽的加工質(zhì)量與效率。針對(duì)工作液在加工過程中顆粒成分及溫度的變化，設(shè)計(jì)了新型連桿裂解槽線切割機(jī)床工作液過濾系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)證明了設(shè)計(jì)的可行性。

裂解槽；工作液；金屬顆粒；溫度；過濾

電火花線切割加工具有工件與電極不接觸、加工作用力小、參數(shù)易調(diào)、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛用于連桿裂解槽的加工。連桿裂解槽線切割機(jī)床在加工過程中，工作液的雜質(zhì)微粒會(huì)不斷增加，導(dǎo)致工作液的電導(dǎo)率發(fā)生變化，進(jìn)而引起放電間隙發(fā)生變化，直接影響工件的加工質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)可造成斷絲。如果工作液太臟，懸浮的蝕除加工屑較多，會(huì)使間隙消電離能力變差，易發(fā)生二次放電，對(duì)放電加工不利；如果工作液太純凈，則不易形成放電通道［1-2］。目前，工作液過濾難度大、使用周期短，因此，實(shí)現(xiàn)工作液長期、高效、穩(wěn)定工作的過濾系統(tǒng)的研究對(duì)于連桿裂解槽的加工具有重要意義。

1 新型過濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

通常，線切割工作液中的雜質(zhì)可分為微米級(jí)的固體顆粒和亞微米級(jí)的懸浮物兩類，這些金屬微粒大部分懸浮在工作液中，改變工作液的電導(dǎo)率，影響工件與電極絲之間的正常放電間隙。設(shè)計(jì)工作液過濾裝置的目的就是去除工作液中較大的金屬顆粒，使工作液滿足正常線切割加工的需要。本文設(shè)計(jì)的工作液過濾系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)工作液的精密過濾、電導(dǎo)率檢測(cè)、溫度和壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能。

1.1 過濾方式

目前，電火花工作液的過濾方式主要有自然沉淀過濾、磁鐵吸附過濾、微孔過濾、紙芯過濾等［3］。

對(duì)于工作液中5～10 μm的微米級(jí)固體顆粒可采用紙質(zhì)濾芯，其過濾精度一般為5～7 μm，且價(jià)格較低。對(duì)于工作液中的亞微米級(jí)顆?？刹捎么判赃^濾，利用高強(qiáng)度的磁場去除數(shù)厘米的鐵性雜質(zhì)，小到1 μm以下的鐵粉，且體積小、重量輕、使用壽命長。

為了濾除裂解槽機(jī)床加工中產(chǎn)生的金屬雜質(zhì)，本設(shè)計(jì)采用雙重過濾，即紙芯過濾作為粗過濾、磁鐵吸附過濾作為精過濾。其中，磁性過濾器含有三排均勻分布的磁棒，與工作液的接觸面積大，有利于吸附雜質(zhì)。

1.2 噴水嘴

工作液的噴水嘴有常壓澆注式和噴液式兩種工作方式。在常壓澆注模式下，大能量切割時(shí)放電極間工作液會(huì)大量汽化，工作液得不到有效補(bǔ)充，極間放電環(huán)境惡化，易造成工件切割表面燒傷，系統(tǒng)的排屑、冷卻能力變差。在噴液模式下，工作液不僅為放電極間提供充足的工作介質(zhì)，還可改善極間排屑能力，減少了工件切割表面的燒傷，加工效率顯著提高；但當(dāng)噴液壓力達(dá)到一極限值時(shí)，放電區(qū)間的洗滌和冷卻狀態(tài)的改善已不再是提高效率的主要手段，切割能量逐漸成為影響加工效率的關(guān)鍵因素。通常，噴液與加工效率的關(guān)系見圖1，根據(jù)上述特性使噴液壓力維持在最優(yōu)噴液壓力點(diǎn)，將有助于提高加工效率。

圖1 噴液壓力與加工效率的關(guān)系

1.3 溢油

在加工過程中，部分機(jī)械結(jié)構(gòu)中的潤滑油會(huì)混入工作液，在工作液的表層形成很厚的油污，這時(shí)，可采用溢油口來去除表層漂浮的油污。溢油口不能設(shè)置在主油箱中，因?yàn)橹饔拖鋬?nèi)的工作液隨時(shí)被消耗，液面會(huì)發(fā)生變化，溢油口可能喪失其功能。在本設(shè)計(jì)中，將溢油口和紙芯過濾器放在初級(jí)過濾箱內(nèi)（圖2），為使油污能更好地排出，需使進(jìn)液口的高度略高于出油口的高度。

圖2 初級(jí)過濾箱

1.4 工作液冷卻方式

工作液的粘度對(duì)線切割加工有很大影響，粘度低有利于放電間隙內(nèi)工作液的流動(dòng)，蝕除產(chǎn)物被沖走，減小了工件因高溫而發(fā)生的變形量，保證放電區(qū)間處于正常的放電狀態(tài)［4］。溫度是影響工作液粘度的主要因素，將工作液的溫度維持在一定范圍內(nèi)，即可保證工作液的粘度。因此，選擇合理的工作液冷卻方式可進(jìn)一步改善線切割的加工效果。為保證儲(chǔ)液箱內(nèi)的工作液溫度可調(diào)，可采用無污染、冷卻效果好的蛇形冷卻裝置。

1.5 工作液自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)工作液的電導(dǎo)率檢測(cè)、自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)及噴水嘴的壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)，需在過濾系統(tǒng)中添加電導(dǎo)率傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作液的工作狀態(tài)，并將測(cè)量結(jié)果與主機(jī)設(shè)定的對(duì)應(yīng)值相比較，然后根據(jù)工作液狀態(tài)的變化采取相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施（圖3）。

圖3 工作液自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)流程

1.6 工作液過濾系統(tǒng)

如圖4所示，該過濾系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是使用完的工作液先經(jīng)過初級(jí)過濾箱濾除較大的固體顆粒，以保證工作液箱內(nèi)的大部分雜質(zhì)都為較小的懸浮狀微粒。工作液在泵的作用力下流經(jīng)磁性過濾器、節(jié)流閥為電極絲與工件之間補(bǔ)充充足的工作液，使用完的工作液經(jīng)初級(jí)過濾器流回工作液箱，在工作液的循環(huán)流動(dòng)中單片機(jī)會(huì)隨時(shí)監(jiān)測(cè)其電導(dǎo)率、溫度、以及噴液口壓力，根據(jù)相應(yīng)的狀態(tài)及時(shí)調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器和開閉水泵以及提醒操作員及時(shí)更換工作液，以降低工作液變化對(duì)線切割加工過程的影響。

圖4 過濾系統(tǒng)完整圖

2 實(shí)驗(yàn)

在連桿裂解槽線切割加工過程中，連桿裂解槽的切深一致性及裂解槽切割表面質(zhì)量對(duì)連桿的脹斷加工將產(chǎn)生很大的影響。為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的工作液過濾系統(tǒng)的可行性，進(jìn)行了連桿裂解槽切割實(shí)驗(yàn)。加工條件見表1。

表1 加工條件

由表2所示的加工槽深數(shù)據(jù)可看出，連桿兩側(cè)裂解槽深誤差較小（2.4～3.4 μm），且實(shí)際切割深度與理想切割深度的誤差也較?。ǎ?.6 μm），證明了所設(shè)計(jì)的工作液過濾系統(tǒng)有利于保持裂解槽的切深一致性。

表2 連桿兩側(cè)切割槽深數(shù)據(jù) μm

當(dāng)工作液中較大的固體顆粒進(jìn)入放電間隙時(shí)，易造成電極絲與工件之間發(fā)生短路或微短路，進(jìn)而增加異常放電的幾率，使電極絲損耗加快，工件表面加工精度降低；當(dāng)懸浮細(xì)小顆粒進(jìn)入放電間隙時(shí)，可縮短正負(fù)電極之間的距離，易形成放電通道，從而提高加工效率，同時(shí)減小異常放電發(fā)生的概率，改善工件表面粗糙度［5］。從圖5可看出，裂解槽的加工表面均勻，能滿足連桿裂解后續(xù)的加工精度要求，從而證明了該過濾系統(tǒng)的可行性。

圖5 裂解槽表面微觀圖

3 結(jié)束語

通過對(duì)連桿裂解槽線切割工作液過濾系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有效地改善了工作液的過濾效果，降低了工作液對(duì)線切割加工的不利影響，減少了斷絲次數(shù)，保證了連桿兩側(cè)的槽深一致性，顯著提高了連桿裂解槽的加工效率和精度，對(duì)連桿裂解槽的加工具有重要意義。

［1］ 張莉.淺談電火花線切割加工中工作液對(duì)工藝指標(biāo)的影響［J］.企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2012（20）：294.

［2］ 任威，盧軍.淺析影響電火花線切割加工件表面質(zhì)量的因素［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2009（1）：247-248.

［3］ 齊文春，高堅(jiān)強(qiáng)，郭麗華，等.微孔過濾技術(shù)在線切割工作液系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電加工與模具，2014（3）：31-34.

［4］ 高上品.電火花成形加工工作液的物理化學(xué)性質(zhì)［J］.電加工與模具，2002（5）：38-40.

［5］ 李謝峰，劉志東，李明明.往復(fù)走絲電火花線切割蝕除產(chǎn)物顆粒對(duì)放電加工的影響 ［J］.電加工與模具，2013 （5）：59-62.

The Design of Working Fluid System for Stress Groove of Connecting Rod in WEDM

Wu Tao，Zhang Yongjun，Qu Xingwang
（Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China）

In the process of fracture splitting connecting rod，working fluid often mix in micrometer-scale solid particle and sub-micrometer-scale suspended solids，the former from the vaporization product of work with wire electrode，the later from the microscopic product of work and liquid because of high temperature，these particle affect the formation of discharge gap，and definitely the quality of working liquid is vital to the process.Due to the variations of conductivity and temperature of working liquid，a working fluid filtration system is put forward，and verify the feasibility of this design.

fracture splitting；working liquid；particle；temperature；filtration

TG661

A

1009－279X（2015）06－0059-03

2015-08-13

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目（51275098，50805026）

吳濤，男，1988年生，碩士研究生。