1文献综述
1.1.1线切割液的定义
20世纪中期，苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法，线切割放电机也于1960年发明于苏联。当时以投影器观看轮廓面前后左右手动进给工作台面加工，加工速度虽慢，却可加工传统机械不易加工的微细形状。代表的实用例子是化织喷嘴的异形孔加工。当时使用的加工液是矿物质性油（灯油）。但其绝缘性高，极间距离小，加工速度低于现在，因此实用性受限[1]。 随着时代发展，线切割技术的完善，为了适应各种不同类型金属的切割，从而产生了各种不同种类的线切割液。
线切割液又称线切割冷却液、线切割工作液，是一种具有良好的冷却、润滑、清洗和防锈的功能，并且有一定的电介强度、去游离、灭弧、防止断丝和使用寿命长、安全无毒等性能的液体。
早期的线切线割液国内外第一类产品主要是以矿物油为主要成份的油性切割液，完全由矿物油和油溶性物质构成，使用时直接添加而不能兑水，例如：极压切割油、电火花液。此类产品对环境污染较大，易
燃，同时清洗工件需要非极性氯的烷烃溶剂，对人体有毒副作用，此类切割液已基本淘汰。
第二类产品是水性切割液或水乳型切割液，此类产品可以溶于水或被水分散形成乳化液。分为三小类：第一小类是乳化型，由矿物油、乳化剂、必要的添加剂构成，矿物油含量不少于60%，使用时兑水稀释为5%的悬浮液，先倒入乳化油，再一次性注入普通自来水搅拌均匀后使用，产品如：防锈乳化油、DX-线切割液、皂化液等；第二小类为半合成型，由乳化剂、矿物油、水溶性防锈剂等构成，矿物油含量约为15-30%，使用时兑水稀释为5%-8%的悬浮液，产品如：微乳切割液、某些“水基线切割液”等；第三小类为合成型，完全由水溶性物质构成，使用时兑水稀释为5%-25%的水溶液，产品如：合成切割液、水溶性线切割液、内圆切片液等[2]。
表1-1电火花线切割液分类
电火花线切割液分类油基切割液
水基切割液
乳化性溶型半合成型水合成型水
主要组成矿物油/油溶性添
加剂矿物油、乳化剂、
添加剂
乳化剂、矿物油、水
溶性防锈剂
水溶性
物质
稀释液矿物油水水水
特点切割效率高、绝缘
灭弧较好，防锈切割效率高、润滑
好、绝缘灭弧较好、
节约矿物油
切割效率较高、污染
较小、节约矿物油
切割效率较高、无污
染，节省矿物油
缺陷污染大、易引发火
灾污染大防锈效果差介电性能和防锈效果
较差
使用量已基本淘汰目前主流切割液目前切割液发展方向目前切割液发展方向1.1.2线切割液的性能要求及作用
(1)性能要求
线切割工作液必须具备如下几个基本功能才能维持正常的加工过程[3]。
①消电离作用
首先工作液必须具有一定的绝缘性能，并在火花放电后迅速消电离，使下一次火花放电能够正常进行。
②冷却作用
线切割加工时主要依靠火花放电蚀金属，加工时极间局部瞬时温度可达10000℃以上，故工作液必须有良好的冷却性能。
③洗涤作用
高速走丝线切割加工的切缝较窄，单边放电间隙约0.1mm左右，通常使用的电极直径在0.12-0.18mm之间，所其切缝宽度一般都在0.2mm以内。放电加工时产生的电蚀产物，若不能及时排出切缝，将会影响加工的正常进行，因而要求工作液具有良好的洗涤排屑功能。
④防锈作用
有的工作液虽然有较好的工艺性能，但对机床及工件产生锈蚀，所以要求所配制的工作液应具备良好的防锈性能，切削液略显弱碱性，pH值在10左右，在与机床、刀具接触时，切削液与机床、刀具表面的一层金属碱性氧化物不会发生反应，即不会发生腐蚀，又可在刀具上形成一层保护膜[4]。 (2)组份及性能特征
目前所用的工作液基本上还是由基础油、水和表面活性剂这3部分为主组成的，为改善各种性能还添加了防锈及缓蚀剂、油性剂、极压剂、防霉杀菌剂等各种功能性添加剂[5]。
①基础油或水溶液
常用的乳化油和乳化皂中基础油的比例达到60%-80%，油的存在不仅本身具有润滑和爆炸作用，实际上它还是许多油溶性添加剂的载体。水基工作液所面临的几个问题：如使用时间长会产生锈蚀；加工的电蚀产物易在工作台和导轮上沉积等问题均与无基础油或油溶性缓蚀剂有关，由于电加工放电通道的高温作业(T<10000℃)将导致各种物质的分解，如缓蚀成分原来减少，又得不到补充。时间长后工件的锈蚀则是必然的。
钼加工②表面活性剂
表面活性剂对切割速度的影响很大，目前在乳化型工作液中用的最多的还是油酸皂类，然后才考虑与其他表面活性剂如OP-10的协同作用。一般表面活性剂的用量为用油量的15%-20%，有些表面活性剂同时具有几种功能，如乳化油中的油酸钾皂对黑金属本身就是一种很好的防锈剂。
③爆炸剂
爆炸剂的加入时高速走丝电火花切割工作液有别于一般切削工作液的一个显著特征。爆炸剂的加入有
利于放电加工中爆炸能量的增加和排屑，并且可以用较小的电流切割较厚的工件，它是提高切割效率的重要手段之一，目前应用较多的爆炸剂是松香和各种糖类有机物。但加入量一般控制在工作液总量的10%以内，太多后会引起断丝频率增加和加工表面电蚀产物粘结等问题。
④电解质
电解质的增加有利于在放电加工的同时对加工表面的凸起点进行电解修平作用，同时电极丝的轻压接触作用对阳极产生的钝化膜有一定的电解机械抛光作用。因此适当增加电解作用，可以提高工作液的电导率。降低放电作用在介质中的能量损耗，为加工表面质量与切割速度提高创造条件。这也是一般水基工作液加工速度与表面质量较好的原因之一，但电解质通常是破乳剂，加多后会发生乳化油在温度低是电解质析出甚至破乳的情况，一般乳化油中电解质的加入量应控制在1%-2%范围内。
⑤分散剂
分散剂促使颗粒均匀分散于介质中，形成稳定悬浮体的药剂。早期的油性产品的分散剂主要有三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺等。现在水性切割液分散物质多为水溶性有机化物，如聚乙二醇、聚乙烯醇、聚羧酸类分散剂、聚丙烯酸钠、膦酰基羧酸共聚物等，而其中又以聚乙二醇、聚丙二醇、亲水性多元醇及衍生化合物使用居多。分散剂和其他助剂同时使用，可以起到协同作用，发挥多种性能[6]。
⑥防锈及缓蚀剂
对黑金属的防锈性和有金属的缓蚀性是对工作液的基本要求之一，乳化油中因为有油酸皂类物质存在，因此防锈性较好，但如其pH值调整不当，在切割工件的表面入口处会出现明显的暗红水迹，影响工件的外观。对于缓蚀剂的选择。一般推荐添加钼酸盐、钨酸盐等无机缓蚀剂，它有助于获得较好的防锈及缓蚀效果。
此外工作液中辅助添加剂还有增溶剂、消泡剂、耦合剂、pH值调整剂、防霉杀菌剂等组分。
(3)线切割液的切割机理及作用
线切割加工是一种非接触式、无显著机械切削力的特种加工方法。它是利用电极丝（钼丝或铜丝）与工件间脉冲性火花放电时产生的瞬时局部高温，将金属熔化、气化切割成形的。在线切割加工中，工作液充当放电介质，其作用是：形成火花击穿放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态；对放电通道产生压缩作用；帮助电蚀产物的抛出和排除；对电极丝和工件进行冷却。工作液性能的优劣是影响线切割加工工艺指标的重要因素之一，对于保证线切割工件的加工精度、提高表面质量和生产效率具有重要作用[7]。
(4)线切割液切割质量分析及提高方法
电火花线切割的加工质量主要表现在3个方面：表面粗糙度、加工精度和工件的变形程度。
①表面粗糙度
电火花线切割加工的表面粗糙度主要取决于切割速度、脉冲电源参数及加工工作液性能等。切割速度越快，则切割表面越粗糙。因为切割加工面是重复放电形成的凹坑重叠而成的，而表面粗糙度决定于单个脉冲能量和放电分散程度。单个脉冲能量越大，放电凹坑就越大，表面也就越粗糙[8]。
进给速度对切割速度和表面粗糙度的影响较大。进给速度过快，超过工件的蚀除速度，会频繁地出现偏短路，即过进给，造成加工不稳定，使实际切割速度反而降低，加工表面发焦呈褐，工件上下端面处有过烧现象[9]。
进给速度太慢，大大落后于工件的蚀除速度，极间偏开路，即欠进给，使脉冲利用率过低，切割速度大大降低，加工表面发焦呈淡褐，工件上下端面处有过烧现象。
无论是过进给还是欠进给，都可能引起进给速度忽快忽慢加工不稳定，且易断丝，加工表面出现不稳定条纹，或出现烧蚀现象，其切割表面粗糙度较差。当进给速度调得适宜时，加工稳定，切割速度高，加工表面细而亮，丝纹均匀，可获得较好的表面粗糙度和较高的精度。
实践证明，用矩形波脉冲电源进行线切割加工时，不管工件材料、厚度、大小，只
要调节变频进给旋钮把加工电流(即电流表上指示出的平均电流) 调节到大约等于短路电流(即脉冲电源短路时表上指示的电流) 的70%～80%，基本上即为最佳工作状态，此时变频进给速度最合理。
脉冲宽度和短路峰值电流过大，单个脉冲能量大，放电量大，切割速度高，但电极丝损耗变大，表面粗糙度差。当短路峰值电流选定后，脉冲宽度要根据具体的加工要求来选定，精加工时，脉冲宽度可在20μs内选择，粗加工和半精加工时，可在20～60μs 内选择[10]。
脉冲间隔对表面粗糙度有明显的影响，即在其余脉冲参数不变的情况下，脉冲间隔越小，切割表面粗糙度值越小。因为电极丝很小，放电在很窄的切缝进行，脉冲间隔的减小使切割电流和平均电流密度增大，导致表面变粗。但脉冲间隔不能太小，放电产物来不及排除，放电间隙来不及充分消电离，使加工不稳定，易造成烧伤工件，影响表面粗糙度和精度。一般脉冲间隔在10～250μs范围内基本能适应各种加工条件。
开路电压峰值过高，使加工电流增大，加工间隙变大，影响表面粗糙度，一般开路电压峰值在60～150V范围内，也有的用到300V左右。
工作液质量差。工作液的粘度、密度、导电性能、冷却性能和氧化稳定性能不合适，造成切割质量差。对于加工表面粗糙度和加工精度要求比较高的工件，工作液浓度可适当大些，一般在10%～20% ，这可使加工表面洁白均匀；对于加工速度要求高或大厚度工件，浓度可适当小些(5%～8%)，这样加
工比较稳定，且不易断丝；对材料为Cr12 的工件，工作液要用蒸馏水配制，浓度稍小些，这样可减轻工件表面的黑白交叉条纹，提高加工表面质量。另外，切割加工时供液量一定要充足，尤其在加工厚件时，要使工作液包住电极丝，这样才能使工作液顺利进入加工区，以防断丝，达到稳定的加工效果。
导丝轮磨损、工件材质差也会影响切割表面粗糙度。目前提高切割表面粗糙度的主要方法是采用多次切割法。特别是在切割凹模时，预先留出加工余量，以高速进行粗切割，然后把电源脉冲宽度减小，进行精切割。多次切割法与只靠一次切割比较，在得到相同的表面粗糙度的情况下，不仅平均切割速度快，且由于逐步释放工件内部的残余应力，因而工件变形小，尺寸精度明显提高[11]。
②加工精度
电火花线切割的加工精度主要包括工件加工尺寸精度，工件定位尺寸精度和尖角、窄缝、拐角形状精度等。
加工尺寸精度
加工尺寸精度主要分为形状精度和切缝精度。形状精度主要取决于机床精度和偏置量(即电极丝半径与放电间隙之和)，高速电火花线切割机床进给精度可达0.002 mm，加工精度可达±5μm。
切缝精度由切缝误差的大小决定。开路电压和脉冲峰值电流越高，脉冲宽度越宽，
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议