提高電火花線切割加工表面完整性的方法

2023-06-28 04:50:26 1

專利名稱：：提高電火花線切割加工表面完整性的方法
技術領域：
：本發明涉及一種電火花加工技術，尤其是一種能大幅度提高加工表面完整性，防止切割表面存在軟化層的電火花加工方法，具體地說是一種通過兩次加工並分別採用不同冷卻介質進行冷卻以提高電火花線切割加工表面完整性的方法。
背景技術：
：眾所周知，對於電火花線切割而言目前形式上加工方式主要有兩種第一種是採用具有一定導電性能的工作液(絕大多數是含基礎油5%左右的乳化液)無壓力的澆注在切縫表面並採用鉬絲為電極絲，通過雙向的往復高速走絲(絲速610m/s)進行切割的高速走絲電火花線切割(HSWEDM)技術。第二種是採用去離子樹脂，將純淨水中離子去除並採用高壓噴液方式噴入放電間隙進行冷卻，電極絲一般採用黃銅絲單向低速走絲(絲速l10m/min)進行的低速走絲電火花線切割(LSWEDM)技術。這兩類形式不同的電火花線切割方式在切割表面的完整性方面都遇到一個共性的問題。即切割表層均會產生軟化層。在LSWEDM採用去離子水進行各種複雜形狀的零件高精度加工時，人們便注意到電蝕(電解)問題的危害。這一問題在工模具製造中特別重要。因為所生產的工模具零件都需要良好的刃口質量和表面粗糙度，以便獲得最佳的使用效果。由於"去離子"水中不可避免的存在一定數量的離子，並且"去離子"水不具備防鏽能力，在脈衝電源的作用下必然產生微弱的電解及鏽蝕現象。當工件接正極時，在電場的作用下，氫氧根負離子(OH—)會在工件上不斷沉積，使鐵、鋁、銅、鋅、鈦、碳化鎢等材料氧化、腐蝕，造成所謂的"軟化層"，在加工硬質合金工件時，硬質合金中的結合劑鈷以離子狀態溶解在水中，同樣形成"軟化層"，這種對工件表面的電蝕現象不僅發生在線電極切割的表面，也會發生在遠離切割點的區域。並可能形成肉眼看不見的微孔存在於重凝層下。由於通常切割一個零件需要經過較長的加工時間，因此(OH一)離子即使數量不多，也有足夠時間與工件發生化學反應。這將導致切割工件表面質量和精度降低，機械強度受損。這也導致在很長一段時間內業內認為LSWEDM只能作為半精加工的手段，而精加工必須由坐標磨床或光曲磨床來完成。針對電解鏽蝕形成軟化層的原因，國外也曾採用降低去離子水電導率，儘可能降低離子濃度的方法，雖然對改善表面完整性起到了一定作用，但還是不能有效徹底解決"軟化層"問題。在HSWEDM、目前的"中走絲"(具有多次切割功能的HSWEDM)以及目前正在研製的其它電火花線切割方式中，由於所使用的工作液(包括乳化液、水基工作液及目前普遍使用的複合工作液)均為水溶性工作液，且含有較多的電解質，不可避免存在大量的(OH—)離子，因此切割過程中在工件表面產生的電解作用更是不可避免，嚴重降低了其表面硬度，採用水溶性工作液的HSWEDM—次切割後工件表面沿縱深方向的硬度分布如圖1所示，從圖l中可以看出，由於受到高溫放電後急劇冷卻及電解的作用，其熔化層的硬度很低，這必然會大大影響切割表面的完整性。由於電解作用是因為介質中的(OH—)離子對工件表面材料衝擊產生電化學作用所引起的，而LSWEDM去離子水中又不能混有其它物質，所以目前LSWEDM普遍採用通過採用交變脈衝平均電壓為零的防電解電源進行加工，其電源波形的原理如圖2所示，由於脈衝平均電壓為零，因此可以使工作液中的(OH-)離子在電極絲與工件之間處于振蕩狀態，在正極性加工時不趨向工件，防止工件表面材料的氧化，可使表面變質層控制在以下，切割硬質合金時可以避免硬質合金材料中鈷的析出溶解，保證了硬質合金模具的壽命。結果表明，防電解電源加工硬質合金模具壽命已接近機械磨削加工，在接近磨損極限處甚至優於機械磨削加工。雖然用LSWEDM"以割代磨"作為最終加工手段的趨勢越來越明顯，但由於LSWEDM用脈衝電源的製造成本很高，技術難度很大，這就使得加工成本遠遠高於HSWEDM的加工成本，且這一電源技術僅掌握在少數發達國家手中，其購置成本很高也不方便。對於採用水溶性工作液為介質的"中走絲"或目前正在研製的其它形式的電火花線切割加工方法肯定都會產生類似的電解問題。既然電解的產生是因為介質中的(OH—)離子對工件表面材料衝擊產生電化學作用引起的，因此如果採用不含離子的礦物油作為工作介質，必然就不存在離子即意味著沒有電解。但由於礦物油與工作液相比洗滌和冷卻效果均較差，因此大能量一次切割時其切割效率較低、易產生表面燒傷、裂紋且不安全，因此不適合一次切割，但對於"中走絲"或目前正在研製的其它形式的電火花線切割加工方法的多次切割而言，其用於最後小能量的精修切割從而消除前幾次切割電解所產生的軟化層，達到提高切割表面完整性並保障切割的安全性是完全適合的，但據申請人所知，目前尚無將二者進行有機結合以提高電火花加工表面完整性的報導。
發明內容本發明的目的是針對採用水溶性工作液為介質的電火花線切割中普遍存在的表面因電蝕(電解)易產生"軟化層"，影響加工表面完整性的問題，發明一種通過兩段加工並分別採用不同工作介質進行冷卻以提高電火花線切割加工表面完整性的方法。本發明的技術方案是一種提高電火花線切割加工表面完整性的方法，其特徵是它包括以下步驟(1)初步切割a、採用高速走絲電火花線切割(HSMWDM)用脈衝電源作為工作電源;b、採用鉬絲、黃銅絲線或合金絲線作為工作電極；c、單向或雙向走絲的同時向切縫中注入洗滌性好的複合工作液進行冷卻，以保持切縫內均勻的冷卻並將蝕除產物排出切縫；控制走絲速度在雙向走絲時為610m/s，單向走絲時為l10m/min;d、採用上述a、b、c步驟中的參數一次或多次反覆切割，直至切割完成；(2)精修切割在初步切割結束後，再對工件進行電火花精修切割，但切割時向切縫中注入的冷卻液應改為礦物油或採用高壓噴射礦物油油霧。油霧的壓力為O.lMPa以上。具體實施時可在電火花線切割工具機上準備兩套冷卻系統，在精修切割階段將冷卻系統從複合工作液冷卻系統轉換到礦物油冷卻系統。所述的複合工作液主要由油酸、表面活性劑、氫氧化鉀、植物油、防鏽劑和工業純淨水組成，其重量百分比為油酸7%8%，表面活性劑20%25%，氫氧化鉀5%8%，植物油4%6%，防鏽劑6%8%，工業純淨水所述精修切割用的礦物油為煤油、錠子油、變壓器油、放電加工油及專用電火花機油等，礦物油還可用其它粘度較低的油類加以代替。本發明的有益效果本發明解決了目前採用水溶性工作液為介質進行電火花切割後工件表面存在的電蝕(電解)從而產生表面"軟化層"的問題，並大大降低了表面粗糙度值。該方法不同於LSWEDM採用抗電解電源處理此問題的方法。使得利用普通峰值電壓和電流的高頻脈衝電源即可完成表面完整性較高的線切割加工，有利於提高電火花加工質量，降低成本，提升我國的電火花加工能力和水平。本發明可直接利用現有傳統的或經過改造的HSWEDM工具機進行切割加工，只需要增加一套油或油霧高壓噴射系統和切換裝置，即可達到消除電蝕(電解)問題所產生的表面"軟化層"目的。本發明具有方法簡單、易於實現、投資少，見效快等特點。本發明具體使用時，仍然宜採用洗滌性良好的複合工作液進行前幾次切割以保持縫隙內均勻的冷卻並將蝕除產物排出切縫，為採用油或高壓油霧噴射冷卻創造前提條件，其極間狀態如圖3所示。採用煤油加工後所獲得的加工表層縱深顯微硬度分布如圖4所示，在最後一次修光切割中只需簡單更換介質就可以進行無電解作用的精修加工。其獲得的最終切割表面不存在因為電解現象產生的"軟化層"，同時由於是在油中放電，切割的表面粗糙度值也大大降低。圖1是採用水溶性工作液一次切割獲得的加工表層縱深顯微硬度分布圖。圖2是現有的LSWEDM防電解脈衝電源加工波形原理圖。圖3是採用洗滌性好的複合工作液加工時極間狀況示意圖。圖4採用本發明的加工方法精修加工時採用煤油加工後所獲行的加工表層縱深顯微硬度分布圖。圖5採用複合工作液進行三次切割的表面形貌照片。圖6前兩次採用複合工作液第三次採用煤油切割的表面形貌照片。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。如圖3、4所示。一種提高電火花線切割加工表面完整性的方法，它包括初步切割和精修切割，其中的初步切割步驟包括a、採用高速走絲電火花線切割(HSWEDM)用脈衝電源作為工作電源；b、採用鉬絲、黃銅絲線或合金絲線作為工作電極；c、單向或雙向走絲的同時向切縫中注入洗滌性好的複合工作液進行冷卻，以保持切縫內均勻的冷卻並將蝕除產物排出切縫，如圖3所示；控制走絲速度在雙向走絲時為610m/s，單向走絲時為110m/min;冷卻用的工作液可採用本發明的複合工作液，它主要由油酸、表面活性劑、氫氧化鉀、植物油、防鏽劑和工業純淨水組成，其重量百分比為油酸7%8%,表面活性劑20%25%，氫氧化鉀5%8%，植物油4%6%，防鏽劑6%8°/o，工業純淨水餘量。d、採用上述a、b、c步驟中的參數一次或多次反覆切割，直至切割完成；(2)精修切割在初步切割結束後，採用小能量參數(相對於初步切割而言)對工件進行電火花精修切割，但切割時向切縫中注入的冷卻液應改為礦物油或採用高壓噴射礦物油油霧。而非初步切割時的複合工作液，當採用噴霧冷卻時，噴霧的油霧的壓力應控制在O.lMPa以上。具體—實5抑寸，電'火花線切割工具機上準備兩套冷卻系統，在精修切割階段將冷卻系統從複合工作液冷卻系統轉換到礦物油冷卻系統。在精修切割所使用的礦物油可採用粘度較低的煤油、專用火花機油或其它類似的油類，如錠子油、變壓器油、放電加工油等加以代替。圖4是利用本發明的方法以煤油作為冷卻液精修後的表面硬度分布示意圖，其基體材質為模具鋼Crl2淬火。本發明在初步切割中以水溶性工作液為冷卻介質，最終的精修切割通過將油液體澆注或者將油霧通過高壓噴射到放電切縫內充當放電介質從而對放電錶面進行冷卻，達到最終提高切割表面完整性、消除電蝕(電解)問題所產生的表面"軟化層"。它不同於LSWEDM採用抗電解電源處理此問題的方法。使得只需通過工作介質的變換，利用普通峰值電壓和電流的高頻脈衝電源即可完成表面完整性較高的線切割加工，有利於提高電火花加工質量。表1是釆用本發明的方法精修前後表面硬度對照表，圖5，6是採用複合工作液三次切割的常規加工及本發明加工(前兩次用複合工作液切割最後一次用煤油切割)同樣參數條件下工件表面微觀形貌圖。表1常規加工及本發明加工後表面硬度及粗糙度對照表complextableseeoriginaldocumentpage8以下是本發明的複合工作液的配方複合工作液1:油酸7kg，表面活性劑20kg，氫氧化鉀5kg，植物油4kg，防鏽劑6kg(如三乙醇氨)，工業純淨水58kg。複合工作液2:油酸8kg,表面活性劑25kg，氫氧化鉀8kg，植物油6kg，防鏽劑8kg(如三乙醇氨)，工業純淨水45kg。複合工作液3:油酸7.5kg，表面活性劑22.5kg，氫氧化鉀6.5kg，植物油5kg，防鏽劑7kg(如三乙醇氨)，工亞純淨氷51.5kg。複合工作液4:油酸7kg，表面活性劑22kg，氫氧化鉀7kg，植物油4.5kg，防鏽劑7.5kg(如三乙醇氨)，工業純淨水52kg。權利要求1、一種提高電火花線切割加工表面完整性的方法，其特徵是它包括以下步驟(1)初步切割a、採用高速走絲電火花線切割(HSWEDM)用脈衝電源作為工作電源；b、採用鉬絲、黃銅絲線或合金絲線作為工作電極；c、單向或雙向走絲的同時向切縫中注入洗滌性好的複合工作液進行冷卻，以保持切縫內均勻的冷卻並將蝕除產物排出切縫；控制走絲速度在雙向走絲時為6～10m/s，單向走絲時為1～10m/min；d、採用上述a、b、c步驟中的參數一次或多次切割，直至切割完成；(2)精修切割在初步切割結束後，再對工件進行電火花精修切割，但切割時向切縫中注入的冷卻液應改為礦物油或採用高壓噴射礦物油油霧。2、根據權利要求1所述的提高電火花線切割加工表面完整性的方法，其特徵是所述的複合工作液主要由油酸、表面活性劑、氫氧化鉀、植物油、防鏽劑和工業純淨水組成，其重量百分比為油酸7%8%,表面活性劑20%25%，氫氧化鉀5%8%，植物油4%6%，防鏽劑6%8%，工業純淨水餘量。3、根據權利要求1所述的提高電火花線切割加工表面完整性的方法，其特徵是所述精修切割用的礦物油為煤油、錠子油、變壓器油、放電加工油或專用電火花機油。全文摘要一種提高電火花線切割加工表面完整性的方法，其特徵是它包括(1)初步切割和精修切割二步，在初步切割中以水溶性工作液為冷卻介質，精修切割中通過將油液體澆注或者將油霧通過高壓噴射到放電切縫內充當放電介質從而對放電錶面進行冷卻以達到最終提高切割表面完整性、消除電蝕(電解)問題所產生的表面軟化層的目的。本發明不同於LSWEDM採用抗電解電源處理此問題的方法。使得只需通過工作介質的變換，利用普通峰值電壓和電流的高頻脈衝電源即可完成表面完整性較高的線切割加工，有利於提高電火花加工質量。本發明還具有方法簡單、易於實現、投資少，見效快等特點。文檔編號B23H7/02GK101342624SQ20081002256公開日2009年1月14日申請日期2008年8月15日優先權日2008年8月15日發明者劉志東,煒汪,田宗軍,黃因慧申請人:南京航空航天大學