【word】 電火花線切割液研究進(jìn)展

1、電火花線切割液研究進(jìn)展2011年6月第39卷第11期機(jī)床與液壓machineto0l&hydraulicsjun.2011v01.39no.1ldoi:10.3969/j.issn.10013881.2011.11.040電火花線切割液研究進(jìn)展楊鵬,宋昌清(西安科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安710054)摘要:介紹線切割液的分類,組成和線切割液合成的研究成果,簡(jiǎn)述了國(guó)內(nèi)外已建立的線切割液理論模型.分析線切割液發(fā)展趨勢(shì),闡述線切割液理論研究的意義,并預(yù)測(cè)隨著特種加工的快速發(fā)展和人們對(duì)環(huán)境要求的提高,線切割液的理論研究必將給特種加工液的合成帶來(lái)方便.關(guān)鍵詞:電火花線切割液;研究現(xiàn)狀;

2、發(fā)展趨勢(shì)中圖分類號(hào):tg4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a文章編號(hào):10013881(2011)111434researchprogressinfluidforwedmyangpeng,songchangqing(departmentofmaterialscienceandengineering,xianuniversityofscienceandtechnology,xianshaanxi710054.china)abstract:theclassification,compositionandresearchresultsofwirecuttingfluidwereintroduced.thetheoret

3、icalmodelsofwirecuttingfluidindomesticandaboardwereillustrated.thetrendofwirecuttingfluidwasanalyzed.thesignificanceoftheoreticalresearchofwirecuttingfluidwasdescribed.itwaspredictedthatwiththerapiddevelopmentofspecialprocessingandhighenvi?ronmentalrequirementsofpeople,thetheoreticalresearchofwirecu

4、ttingfluidwouldbeconveniencetosynthesisofspecialcuttingfluid.keywords:fluidforwedm;researchstatus;developmenttrend線切割液是電火花線切割(wedm)加工中的冷卻液體,其性能的好壞對(duì)加工效果起至關(guān)重要的影響.好的線切割液要有一定的電介強(qiáng)度,去游離,滅弧,防止斷絲和使用壽命長(zhǎng),安全無(wú)毒等特點(diǎn),可使切割加工獲得理想的加工光潔度和加工效率,并能延長(zhǎng)機(jī)床的使用壽命.近年來(lái)線切割液的使用量快速增長(zhǎng),單線切割用乳化液年消耗量已超過(guò)1萬(wàn)噸.但是國(guó)內(nèi)普遍使用的線切割液從切割效率上講效率較低,低速走絲

5、電火花線切割(wedmls)一次切割最高效率已達(dá)500mill/min,實(shí)用一次切割最高效率為150姍/min左右”,而我國(guó)獨(dú)有的高速走絲電火花線切割(wedm.hs)自20世紀(jì)80年代以來(lái)實(shí)用一次切割最高效率仍長(zhǎng)期徘徊在608omm/rain;從環(huán)保角度講,目前使用的主流切割液難處理,對(duì)我國(guó)環(huán)境造成很大危害,我國(guó)廢水排放的標(biāo)準(zhǔn)是cod(化學(xué)需氧量)不大于100mg/l,而廢乳化液cod高達(dá)幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)毫克/升.隨著環(huán)境立法的不斷加強(qiáng),合成具有高切割效率和低污染的切割液已成為企業(yè)和社會(huì)的迫切需求.1線切割液的分類和研究狀況1.1線切割液的分類早期的線切割液基本是從金屬的刀鋸切削液發(fā)展而來(lái)的,

6、對(duì)于線割液國(guó)內(nèi)外第一類產(chǎn)品主要是以礦物油為主要成份的油性切割液,完全由礦物油和油溶性物質(zhì)構(gòu)成,使用時(shí)直接添加不能兌水,例如:極壓切割油,電火花液.此類產(chǎn)品對(duì)環(huán)境污染較大,易燃,同時(shí)清洗工件需要非極性氯的烷烴溶劑,人體接觸后易產(chǎn)生不良反應(yīng),此類切割液已基本淘汰.第二類產(chǎn)品是水性切割液或水乳型切割液,此類產(chǎn)品可以溶于水或被水分散形成乳化液.分為三小類:第一小類為乳化型,由礦物油,乳化劑,必要的添加劑構(gòu)成,礦物油含量不少于60%,使用時(shí)兌水稀釋為5%的懸浮液,先倒入乳化油,再一次性注入普通自來(lái)水?dāng)嚢杈鶆蚝笫褂?產(chǎn)品如:防銹乳化油,dx一線切割液,皂化液等;第二小類為半合成型,由乳化劑,礦物油,水溶性

7、防銹劑等構(gòu)成,礦物油含量約為15%一30%,使用時(shí)兌水稀釋為5%8%的懸浮液,產(chǎn)品如:微乳切割液,某些”水基線切割收稿日期:20100518基金項(xiàng)目:西安科技大學(xué)校級(jí)支持項(xiàng)目作者簡(jiǎn)介:楊鵬(1984一),男,在讀碩士研究生,主要從事高分子材料,切削液等方面的研究.電話email:yangpengyxn163.corn.?144?機(jī)床與液壓第39卷液”等;第三小類為合成型,完全由水溶性物質(zhì)構(gòu)成,使用時(shí)兌水稀釋為5%25%的水溶液,產(chǎn)品如:合成切割液,水溶性線切割液,內(nèi)圓切片液等.各分類組成和特點(diǎn)見表1.表1電火花線切割液分類1.2線切割液組成成分的研究線切割液一般由分散

8、劑,表面活性劑,爆炸劑,防銹劑,有機(jī)堿,滲透劑,潤(rùn)滑劑,消泡劑和稀釋劑等組成.1.2.1分散劑分散劑是促使顆粒均勻分散于介質(zhì)中,形成穩(wěn)定懸浮體的藥劑.早期的油性產(chǎn)品的分散劑主要有三乙基己基磷酸,十二烷基硫酸鈉,甲基戊醇,纖維素衍生物,聚丙烯酰胺等.現(xiàn)在水性切割液分散物質(zhì)多為水溶性有機(jī)化物,如聚乙二醇,聚乙烯醇,聚羧酸類分散劑,聚丙烯酸鈉,膦?；人峁簿畚锏?而其中以聚乙二醇,聚丙二醇,親水性多元醇及衍生化合物使用居多.分散劑和其他助劑同時(shí)使用,同時(shí)發(fā)揮多種性能,如河北理工大學(xué)張秀玲等通過(guò)以油酸,三乙醇胺,硼酸和聚乙二醇一400分散劑等為原料合成一種具有較好水解穩(wěn)定性,防銹性,潤(rùn)滑性和表面活性的

9、工作液的多功能添加劑,并采用一步法制備一種具有較好理化性能的線切割工作液.專利200410072301.1公布了以聚乙二醇作分散劑和胺堿主要成分的半導(dǎo)體線切液.1991年,日本專利公開了水基切割液主要含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%一90%的水,5%一90%的聚乙二醇(聚丙二醇)等基礎(chǔ)物質(zhì),同時(shí)還含有0.01%一5%的聚乙二醇及高分子多糖等水溶性的增稠劑.1.2.2表面活性劑表面活性劑能降低切割液表面張力,加強(qiáng)切割液的滲透作用,使切割液能很好地附著在切割線上起到潤(rùn)滑,冷卻,潤(rùn)濕等作用.常用的表面活性劑有油酸鈉,三乙醇胺,硬脂酸,十二烷基苯磺酸鈉,季銨化物,聚山梨酯等.表面活性劑的加入對(duì)線切割液的滲透性和洗滌

10、效果有增強(qiáng)效果,但不是越多越好,表面活性劑對(duì)切割速度的影響主要取決于其洗滌潤(rùn)濕性能及構(gòu)成乳化液后的電導(dǎo)率.河北工業(yè)大學(xué)寧培桓等研究了不同表面活性劑對(duì)線切割液表面張力的影響,指出表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高使線切割液黏度增大,表面張力隨表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而顯著減小,但超過(guò)一定量時(shí)面張力則無(wú)明顯變化.1.2.3爆炸劑為增加切割效率或切割硬質(zhì)合金和較厚工件時(shí)的爆炸力,常在乳化液中添加爆炸劑.爆炸劑的加入有利于放電加工中爆炸能量的增加和排屑,并且可以用較小的電流切割較厚的工件,其是提高切割效率的重要手段之一,目前應(yīng)用較多的爆炸劑是水溶性聚合物,松香和各種糖類有機(jī)物.但加入量一般控制在工作液總量的10%

11、以內(nèi),太多后會(huì)引起斷絲頻率增加和加工表面電蝕產(chǎn)物黏結(jié)等問題.滕向陽(yáng)在去離子水和三乙醇胺組成的工作液中,按質(zhì)量比逐步添加松香,在保證機(jī)床及其他工藝參數(shù)不變的前提下,觀察松香含量對(duì)加工效率及表面粗糙度的影響,證明了增加松香的含量,可以提高加工效率和改善表面粗糙度.1.2.4防銹劑水性切割液會(huì)增加機(jī)床和工件的腐蝕,防銹劑的加入可有效減緩腐蝕效果.水溶性防銹劑大多是電解質(zhì),電解質(zhì)的高導(dǎo)電性嚴(yán)重影響介電性能和放電效果,所以篩選出具有合適電性能的水溶性防銹劑是關(guān)鍵技術(shù)問題.目前使用的水性防銹劑有硼胺類和羧酸胺類,如單乙醇胺,二異丙醇胺,硼酸混合物,硼酸酯及羧酸和胺鹽混合物等,不使用nano:,鉻酸鹽,磷酸

12、鹽等系列防銹劑,主要以羧酸酯,酰胺及有機(jī)硼等多種添加劑進(jìn)行復(fù)配而成.方建華等采用硼氮化改性菜籽油作潤(rùn)滑添加劑,三乙醇胺和無(wú)機(jī)硼酸鹽作為防銹劑,檸檬酸三鈉作光亮劑合成水性切割液.1.2.5其他種類的添加劑有的線切割液還有潤(rùn)滑劑,滲透劑,乳化劑,防腐劑,穩(wěn)定劑,增稠劑,硬水軟化劑,螯合劑,皂化液等其他添加劑.例如文獻(xiàn)6中使用很多助劑,第11期楊鵬等:電火花線切割液研究進(jìn)展?145?對(duì)線切割液效果有改進(jìn);劉志東等提到了幾種添加劑,如磷酸鈉作為硬水軟化劑,鉬酸鹽,鎢酸鹽類等無(wú)機(jī)緩蝕劑.一些添加劑的少量加入對(duì)線切割液的性能有很大影響,例如硫酸鈉和碳酸鈉,磷酸根類助劑能和水中的鐵,鈣,鎂形成不溶鹽達(dá)到調(diào)節(jié)

13、水硬度的目的,文獻(xiàn)在水性線切割液中采用檸檬酸三鈉作為光亮劑,改善加工工件的表面光潔度.2線切割液的理論研究隨著電氣技術(shù),電化學(xué)技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展,線切割的研究已經(jīng)步人量化型研究時(shí)代,線切割液理化參數(shù)的測(cè)量,效果的表征已可以精確量化.線切割理論模型的建立已見一些成果,其能使人們從理論上指導(dǎo)線切割液的合成.2.i線切割理論研究國(guó)內(nèi)外學(xué)者從機(jī)械力學(xué),流體分子動(dòng)力學(xué)等方向?qū)η懈罴庸ぶ芯€鋸振動(dòng)和切割液流動(dòng)壓力等進(jìn)行了研究,并且建立了分子動(dòng)力學(xué)仿真模型.skeithhar-grove等采用有限元法建立了切割低碳鋼aisi4340的切割參數(shù)對(duì)工件溫度層厚度和溫度分布計(jì)算的模型,對(duì)線切割液的合成有導(dǎo)向意義.

14、probirsaha等采用二階多變量回歸模型和前饋bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸入相關(guān)工藝參數(shù),從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)的切割速率和表面粗糙度整體平均誤差為3.29%,多變量回歸模型得出的為整體平均預(yù)測(cè)誤差6.02%,這兩種模式已被用于研究切割速度和表面粗糙度.ntosun等實(shí)驗(yàn)了在不同脈寬,開路電壓,線速度和流體介質(zhì)壓力的條件下工件表面粗糙度的變化,建立冪函數(shù)模型,并對(duì)影響工件表面粗糙度的加工參數(shù)的重要程度進(jìn)行了方差分析.2.2線切割液相關(guān)理論線切割液理化參數(shù)是線切割眾多模型中的重要組成部分.線切割液要求具有合適的電導(dǎo)率和黏度,低腐蝕速率,熱導(dǎo)率和低積碳等,針對(duì)線切割液參數(shù)國(guó)內(nèi)外也有研究.例如sbleeb等在

15、2006年提出了反相熱流體的概念,指出此流體黏度隨著溫度的升高而增加,這樣的流體在切割過(guò)程中有利于熱量的移走及微細(xì)粉末的移除.南京航空航天大學(xué)劉志東等u利用fluent軟件對(duì)以復(fù)合工作液為冷卻介質(zhì)的低速運(yùn)絲電火花線切割放電間隙內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了模擬,通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了仿真的正確性,結(jié)果表明:維持正常切割的噴液條件,使整個(gè)放電極間液流速度不為零,否則會(huì)產(chǎn)生切割表面燒傷及切割不穩(wěn)定的情況.太原科技大學(xué)鄭建軍等h應(yīng)用掃描電鏡及x射線能譜儀等設(shè)備,對(duì)采用線切割制取的裂紋樣品內(nèi)表面的黑色不明物進(jìn)行了分析,認(rèn)為這些黑色覆蓋物為脈沖電流在放電過(guò)程中油性液體介質(zhì)裂變產(chǎn)物(主要為碳黑)涂覆在裂紋內(nèi)部形成的積碳.并說(shuō)明炭黑

16、的沉積機(jī)理:碳?xì)浠衔锸紫扰c水蒸氣中的氧反應(yīng),在裂紋狹縫間形成co.反應(yīng)為:ch+o2co+h2o溫度升高長(zhǎng)鏈裂解,原子團(tuán)形成,反應(yīng)為:chc+h一2+h2氫氣有助于還原積碳形成,這些積碳留在裂紋表面形成黑色不明物.與此同時(shí)得出積碳層的質(zhì)量m與單個(gè)脈沖放電時(shí)形成穩(wěn)定放電通道而傳遞給介質(zhì)和工件的能量p成正比,而p隨脈沖持續(xù)時(shí)間的增大而增大,也可以說(shuō)積碳層的質(zhì)量m與脈沖持續(xù)時(shí)間成正比關(guān)系.這些研究對(duì)合成高效線切割液有理論指導(dǎo)意義.2.3線切割液理化參數(shù)測(cè)量及意義目前國(guó)內(nèi)外線切割液的理化參數(shù)研究多注重在電導(dǎo)率上,而目前電導(dǎo)率測(cè)量的難題在于線切割過(guò)程是瞬間放電過(guò)程,在常規(guī)環(huán)境下測(cè)得的數(shù)據(jù)不能反映電火花

17、加工瞬間的實(shí)際電導(dǎo)率,這是由于加工時(shí)工作液的極化效應(yīng)和電容效應(yīng)所致.建立線切割液電導(dǎo)率測(cè)量電路模型,成為準(zhǔn)確測(cè)定工作液電導(dǎo)率的關(guān)鍵.王銳在雙電層電容電路模型中采用單一穩(wěn)態(tài)交流頻率和線性極化下測(cè)量工作液電導(dǎo)率.目前,無(wú)論是國(guó)外的高端線切割廠商,還是國(guó)內(nèi)的中低端廠商,對(duì)工作液的控制都遵循一個(gè)原則,即將工作液的電導(dǎo)率和溫度設(shè)定在一個(gè)合適的點(diǎn),然后采用各種測(cè)量控制方法將這兩個(gè)參數(shù)恒定在設(shè)定點(diǎn)附近.但是根據(jù)線切割的理論,結(jié)合加工參數(shù)和過(guò)程,用實(shí)時(shí)響應(yīng)的檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)線切割加工中加工參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整或自動(dòng)化調(diào)整具有重要意義,其原理如圖1圖1線切割jn-v實(shí)時(shí)響應(yīng)系統(tǒng)原理圖?146?機(jī)床與液壓第39卷中國(guó)工程物

18、理研究院彭澤軍等分析了電火花加工工藝的特點(diǎn)及其復(fù)雜性,提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電火花加工工藝選擇模型,該模型能模擬熟練操作者的決策過(guò)程.測(cè)試結(jié)果表明:該模型能真實(shí)反映機(jī)電火花加工實(shí)驗(yàn)一業(yè)一l提供工藝參數(shù)樣本收集l一工藝數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)習(xí)模塊給定加工條選擇模塊電火花加工工藝選擇模型參數(shù)庫(kù)圖2基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電火花加工工藝選擇模型床本身的工藝特點(diǎn),模型值和實(shí)測(cè)值相差較小,能實(shí)現(xiàn)在給定加工要求下電加工參數(shù)的自動(dòng)選擇.建立的模塊包括工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的建立,學(xué)習(xí)模塊,電火花加工工藝選擇模型參數(shù)庫(kù),工藝自動(dòng)選擇模塊4部分,其關(guān)系和作用過(guò)程如圖2示.3線切割液的發(fā)展趨勢(shì)線切割液的應(yīng)用伴隨著線切割的發(fā)展,線切割除在導(dǎo)電材料(如金

19、屬)加工上應(yīng)用較廣外,還用于工程陶瓷回轉(zhuǎn)表面的放電加工,硅晶片切割等領(lǐng)域.但是線切割的發(fā)展離不開高效切割液的開發(fā)和對(duì)切割液傳統(tǒng)種類的突破.使用復(fù)合工作液和采用新的介質(zhì)成為打破技術(shù)頸瓶成為的一種新方法.復(fù)合工作液(或微乳化液)是指介于乳化液和水基合成液之間的新型工作介質(zhì),其既具有乳化液的潤(rùn)滑性,又有水基合成液的清洗性.切割液傳統(tǒng)種類的突破可以解決液體介質(zhì)的一些問題,新的切割介質(zhì)可指氣流或在切割液中加入細(xì)砂等.劉志東提出通過(guò)增加運(yùn)絲,高壓噴液和采用復(fù)合工作液等方式解決線切割中斷絲,低效率和切割效果差等問題.哈爾濱理工大學(xué)機(jī)械動(dòng)力學(xué)院王彤等人在分析壓縮氣體條件下電火花加工機(jī)理的基礎(chǔ)上,提出一種氣中電

20、火花線切割加工的新工藝,突破了線切割液以液體為主的觀點(diǎn).從線切割應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)看,切割液的發(fā)展要向高效,特種化,無(wú)害化方向發(fā)展,這就要求在傳統(tǒng)觀念和線切割液理論研究上有突破.4結(jié)語(yǔ)電火花線切割加工技術(shù)已經(jīng)在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用,線切割液的發(fā)展也經(jīng)歷了由油性到乳化性,水溶性,到壓縮氣體做加工介質(zhì)的階段.但是線切割和線切割液的理論還不完善,在未來(lái)特種加工快速發(fā)展和人們對(duì)環(huán)境的高要求下,線切割和線切割液理論的研究必將給特種加工液的合成帶來(lái)方便.參考文獻(xiàn):【1】劉志東.復(fù)合工作液提高高速走絲電火花線切割效率研究j.南京航空航天大學(xué),2008,40(1):100105.【2】張秀玲,馬其坤,賈曉明.

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