專利名稱：：提高電火花線切割加工表面完整性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電火花加工技術(shù)，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并分別采用不同冷卻介質(zhì)進(jìn)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(shù)：
：眾所周知，對(duì)于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采用具有一定導(dǎo)電性能的工作液(絕大多數(shù)是含基礎(chǔ)油5%左右的乳化液)無壓力的澆注在切縫表面并采用鉬絲為電極絲，通過雙向的往復(fù)高速走絲(絲速610m/s)進(jìn)行切割的高速走絲電火花線切割(HSWEDM)技術(shù)。第二種是采用去離子樹脂，將純凈水中離子去除并采用高壓噴液方式噴入放電間隙進(jìn)行冷卻，電極絲一般采用黃銅絲單向低速走絲(絲速l10m/min)進(jìn)行的低速走絲電火花線切割(LSWEDM)技術(shù)。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(gè)共性的問題。即切割表層均會(huì)產(chǎn)生軟化層。在LSWEDM采用去離子水進(jìn)行各種復(fù)雜形狀的零件高精度加工時(shí)，人們便注意到電蝕(電解)問題的危害。這一問題在工模具制造中特別重要。因?yàn)樗a(chǎn)的工模具零件都需要良好的刃口質(zhì)量和表面粗糙度，以便獲得最佳的使用效果。由于"去離子"水中不可避免的存在一定數(shù)量的離子，并且"去離子"水不具備防銹能力，在脈沖電源的作用下必然產(chǎn)生微弱的電解及銹蝕現(xiàn)象。當(dāng)工件接正極時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，氫氧根負(fù)離子(OH—)會(huì)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(zhì)合金工件時(shí)，硬質(zhì)合金中的結(jié)合劑鈷以離子狀態(tài)溶解在水中，同樣形成"軟化層"，這種對(duì)工件表面的電蝕現(xiàn)象不僅發(fā)生在線電極切割的表面，也會(huì)發(fā)生在遠(yuǎn)離切割點(diǎn)的區(qū)域。并可能形成肉眼看不見的微孔存在于重凝層下。由于通常切割一個(gè)零件需要經(jīng)過較長(zhǎng)的加工時(shí)間，因此(OH一)離子即使數(shù)量不多，也有足夠時(shí)間與工件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這將導(dǎo)致切割工件表面質(zhì)量和精度降低，機(jī)械強(qiáng)度受損。這也導(dǎo)致在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)業(yè)內(nèi)認(rèn)為L(zhǎng)SWEDM只能作為半精加工的手段，而精加工必須由坐標(biāo)磨床或光曲磨床來完成。針對(duì)電解銹蝕形成軟化層的原因，國外也曾采用降低去離子水電導(dǎo)率，盡可能降低離子濃度的方法，雖然對(duì)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)以及目前正在研制的其它電火花線切割方式中，由于所使用的工作液(包括乳化液、水基工作液及目前普遍使用的復(fù)合工作液)均為水溶性工作液，且含有較多的電解質(zhì)，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(chǎn)生的電解作用更是不可避免，嚴(yán)重降低了其表面硬度，采用水溶性工作液的HSWEDM—次切割后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，由于受到高溫放電后急劇冷卻及電解的作用，其熔化層的硬度很低，這必然會(huì)大大影響切割表面的完整性。由于電解作用是因?yàn)榻橘|(zhì)中的(OH—)離子對(duì)工件表面材料沖擊產(chǎn)生電化學(xué)作用所引起的，而LSWEDM去離子水中又不能混有其它物質(zhì)，所以目前LSWEDM普遍采用通過采用交變脈沖平均電壓為零的防電解電源進(jìn)行加工，其電源波形的原理如圖2所示，由于脈沖平均電壓為零，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(tài)，在正極性加工時(shí)不趨向工件，防止工件表面材料的氧化，可使表面變質(zhì)層控制在以下，切割硬質(zhì)合金時(shí)可以避免硬質(zhì)合金材料中鈷的析出溶解，保證了硬質(zhì)合金模具的壽命。結(jié)果表明，防電解電源加工硬質(zhì)合金模具壽命已接近機(jī)械磨削加工，在接近磨損極限處甚至優(yōu)于機(jī)械磨削加工。雖然用LSWEDM"以割代磨"作為最終加工手段的趨勢(shì)越來越明顯，但由于LSWEDM用脈沖電源的制造成本很高，技術(shù)難度很大，這就使得加工成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于HSWEDM的加工成本，且這一電源技術(shù)僅掌握在少數(shù)發(fā)達(dá)國家手中，其購置成本很高也不方便。對(duì)于采用水溶性工作液為介質(zhì)的"中走絲"或目前正在研制的其它形式的電火花線切割加工方法肯定都會(huì)產(chǎn)生類似的電解問題。既然電解的產(chǎn)生是因?yàn)榻橘|(zhì)中的(OH—)離子對(duì)工件表面材料沖擊產(chǎn)生電化學(xué)作用引起的，因此如果采用不含離子的礦物油作為工作介質(zhì)，必然就不存在離子即意味著沒有電解。但由于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(shí)其切割效率較低、易產(chǎn)生表面燒傷、裂紋且不安全，因此不適合一次切割，但對(duì)于"中走絲"或目前正在研制的其它形式的電火花線切割加工方法的多次切割而言，其用于最后小能量的精修切割從而消除前幾次切割電解所產(chǎn)生的軟化層，達(dá)到提高切割表面完整性并保障切割的安全性是完全適合的，但據(jù)申請(qǐng)人所知，目前尚無將二者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合以提高電火花加工表面完整性的報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)采用水溶性工作液為介質(zhì)的電火花線切割中普遍存在的表面因電蝕(電解)易產(chǎn)生"軟化層"，影響加工表面完整性的問題，發(fā)明一種通過兩段加工并分別采用不同工作介質(zhì)進(jìn)行冷卻以提高電火花線切割加工表面完整性的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種提高電火花線切割加工表面完整性的方法，其特征是它包括以下步驟(1)初步切割a、采用高速走絲電火花線切割(HSMWDM)用脈沖電源作為工作電源;b、采用鉬絲、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(shí)向切縫中注入洗滌性好的復(fù)合工作液進(jìn)行冷卻，以保持切縫內(nèi)均勻的冷卻并將蝕除產(chǎn)物排出切縫；控制走絲速度在雙向走絲時(shí)為610m/s，單向走絲時(shí)為l10m/min;d、采用上述a、b、c步驟中的參數(shù)一次或多次反復(fù)切割，直至切割完成；(2)精修切割在初步切割結(jié)束后，再對(duì)工件進(jìn)行電火花精修切割，但切割時(shí)向切縫中注入的冷卻液應(yīng)改為礦物油或采用高壓噴射礦物油油霧。油霧的壓力為O.lMPa以上。具體實(shí)施時(shí)可在電火花線切割機(jī)床上準(zhǔn)備兩套冷卻系統(tǒng)，在精修切割階段將冷卻系統(tǒng)從復(fù)合工作液冷卻系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到礦物油冷卻系統(tǒng)。所述的復(fù)合工作液主要由油酸、表面活性劑、氫氧化鉀、植物油、防銹劑和工業(yè)純凈水組成，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%，防銹劑6%8%，工業(yè)純凈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(jī)油等，礦物油還可用其它粘度較低的油類加以代替。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明解決了目前采用水溶性工作液為介質(zhì)進(jìn)行電火花切割后工件表面存在的電蝕(電解)從而產(chǎn)生表面"軟化層"的問題，并大大降低了表面粗糙度值。該方法不同于LSWEDM采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沖電源即可完成表面完整性較高的線切割加工，有利于提高電火花加工質(zhì)量，降低成本，提升我國的電火花加工能力和水平。本發(fā)明可直接利用現(xiàn)有傳統(tǒng)的或經(jīng)過改造的HSWEDM機(jī)床進(jìn)行切割加工，只需要增加一套油或油霧高壓噴射系統(tǒng)和切換裝置，即可達(dá)到消除電蝕(電解)問題所產(chǎn)生的表面"軟化層"目的。本發(fā)明具有方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、投資少，見效快等特點(diǎn)。本發(fā)明具體使用時(shí)，仍然宜采用洗滌性良好的復(fù)合工作液進(jìn)行前幾次切割以保持縫隙內(nèi)均勻的冷卻并將蝕除產(chǎn)物排出切縫，為采用油或高壓油霧噴射冷卻創(chuàng)造前提條件，其極間狀態(tài)如圖3所示。采用煤油加工后所獲得的加工表層縱深顯微硬度分布如圖4所示，在最后一次修光切割中只需簡(jiǎn)單更換介質(zhì)就可以進(jìn)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?yàn)殡娊猬F(xiàn)象產(chǎn)生的"軟化層"，同時(shí)由于是在油中放電，切割的表面粗糙度值也大大降低。圖1是采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(xiàn)有的LSWEDM防電解脈沖電源加工波形原理圖。圖3是采用洗滌性好的復(fù)合工作液加工時(shí)極間狀況示意圖。圖4采用本發(fā)明的加工方法精修加工時(shí)采用煤油加工后所獲行的加工表層縱深顯微硬度分布圖。圖5采用復(fù)合工作液進(jìn)行三次切割的表面形貌照片。圖6前兩次采用復(fù)合工作液第三次采用煤油切割的表面形貌照片。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)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、采用高速走絲電火花線切割(HSWEDM)用脈沖電源作為工作電源；b、采用鉬絲、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(shí)向切縫中注入洗滌性好的復(fù)合工作液進(jìn)行冷卻，以保持切縫內(nèi)均勻的冷卻并將蝕除產(chǎn)物排出切縫，如圖3所示；控制走絲速度在雙向走絲時(shí)為610m/s，單向走絲時(shí)為110m/min;冷卻用的工作液可采用本發(fā)明的復(fù)合工作液，它主要由油酸、表面活性劑、氫氧化鉀、植物油、防銹劑和工業(yè)純凈水組成，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%，防銹劑6%8°/o，工業(yè)純凈水余量。d、采用上述a、b、c步驟中的參數(shù)一次或多次反復(fù)切割，直至切割完成；(2)精修切割在初步切割結(jié)束后，采用小能量參數(shù)(相對(duì)于初步切割而言)對(duì)工件進(jìn)行電火花精修切割，但切割時(shí)向切縫中注入的冷卻液應(yīng)改為礦物油或采用高壓噴射礦物油油霧。而非初步切割時(shí)的復(fù)合工作液，當(dāng)采用噴霧冷卻時(shí)，噴霧的油霧的壓力應(yīng)控制在O.lMPa以上。具體—實(shí)5抑寸，電'火花線切割機(jī)床上準(zhǔn)備兩套冷卻系統(tǒng)，在精修切割階段將冷卻系統(tǒng)從復(fù)合工作液冷卻系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到礦物油冷卻系統(tǒng)。在精修切割所使用的礦物油可采用粘度較低的煤油、專用火花機(jī)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(fā)明的方法以煤油作為冷卻液精修后的表面硬度分布示意圖，其基體材質(zhì)為模具鋼Crl2淬火。本發(fā)明在初步切割中以水溶性工作液為冷卻介質(zhì)，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(nèi)充當(dāng)放電介質(zhì)從而對(duì)放電表面進(jìn)行冷卻，達(dá)到最終提高切割表面完整性、消除電蝕(電解)問題所產(chǎn)生的表面"軟化層"。它不同于LSWEDM采用抗電解電源處理此問題的方法。使得只需通過工作介質(zhì)的變換，利用普通峰值電壓和電流的高頻脈沖電源即可完成表面完整性較高的線切割加工，有利于提高電火花加工質(zhì)量。表1是釆用本發(fā)明的方法精修前后表面硬度對(duì)照表，圖5，6是采用復(fù)合工作液三次切割的常規(guī)加工及本發(fā)明加工(前兩次用復(fù)合工作液切割最后一次用煤油切割)同樣參數(shù)條件下工件表面微觀形貌圖。表1常規(guī)加工及本發(fā)明加工后表面硬度及粗糙度對(duì)照表<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>以下是本發(fā)明的復(fù)合工作液的配方復(fù)合工作液1:油酸7kg，表面活性劑20kg，氫氧化鉀5kg，植物油4kg，防銹劑6kg(如三乙醇氨)，工業(yè)純凈水58kg。復(fù)合工作液2:油酸8kg,表面活性劑25kg，氫氧化鉀8kg，植物油6kg，防銹劑8kg(如三乙醇氨)，工業(yè)純凈水45kg。復(fù)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，防銹劑7kg(如三乙醇氨)，工亞純凈氷51.5kg。復(fù)合工作液4:油酸7kg，表面活性劑22kg，氫氧化鉀7kg，植物油4.5kg，防銹劑7.5kg(如三乙醇氨)，工業(yè)純凈水52kg。權(quán)利要求1、一種提高電火花線切割加工表面完整性的方法，其特征是它包括以下步驟(1)初步切割a、采用高速走絲電火花線切割(HSWEDM)用脈沖電源作為工作電源；b、采用鉬絲、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(shí)向切縫中注入洗滌性好的復(fù)合工作液進(jìn)行冷卻，以保持切縫內(nèi)均勻的冷卻并將蝕除產(chǎn)物排出切縫；控制走絲速度在雙向走絲時(shí)為6～10m/s，單向走絲時(shí)為1～10m/min；d、采用上述a、b、c步驟中的參數(shù)一次或多次切割，直至切割完成；(2)精修切割在初步切割結(jié)束后，再對(duì)工件進(jìn)行電火花精修切割，但切割時(shí)向切縫中注入的冷卻液應(yīng)改為礦物油或采用高壓噴射礦物油油霧。2、根據(jù)權(quán)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，其特征是所述的復(fù)合工作液主要由油酸、表面活性劑、氫氧化鉀、植物油、防銹劑和工業(yè)純凈水組成，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%，防銹劑6%8%，工業(yè)純凈水余量。3、根據(jù)權(quán)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，其特征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?qū)Ｓ秒娀鸹C(jī)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，其特征是它包括(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(zhì)，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(nèi)充當(dāng)放電介質(zhì)從而對(duì)放電表面進(jìn)行冷卻以達(dá)到最終提高切割表面完整性、消除電蝕(電解)問題所產(chǎn)生的表面軟化層的目的。本發(fā)明不同于LSWEDM采用抗電解電源處理此問題的方法。使得只需通過工作介質(zhì)的變換，利用普通峰值電壓和電流的高頻脈沖電源即可完成表面完整性較高的線切割加工，有利于提高電火花加工質(zhì)量。本發(fā)明還具有方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、投資少，見效快等特點(diǎn)。文檔編號(hào)B23H7/02GK101342624SQ20081002256公開日2009年1月14日申請(qǐng)日期2008年8月15日優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日發(fā)明者劉志東,煒汪,田宗軍,黃因慧申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)