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(南京發(fā)斯特工作液廠,江蘇南京 210001)

電火花線切割機(jī)床專用工作液伴隨著線切割機(jī)床的發(fā)展至今在我國(guó)已有近50年的歷史。在這漫長(zhǎng)的發(fā)展過程中,隨著電火花線切割機(jī)床加工性能的提高、功能設(shè)計(jì)及技術(shù)進(jìn)步的演變,為適應(yīng)不同時(shí)期的需求,經(jīng)過幾代技術(shù)人員的艱辛努力,線切割機(jī)床專用工作液從早期單一油劑型產(chǎn)品發(fā)展到今天的多品種多種類。目前,市場(chǎng)上主要有三大類產(chǎn)品供用戶選擇:油劑型、水基型及水油混合型。

雖然眾多的產(chǎn)品使用戶在選用中游刃有余,但有相當(dāng)一部分使用者對(duì)線切割機(jī)床工作液的加工性能及操作工藝性能還不甚了解;對(duì)在相同條件下如何利用相應(yīng)的工作液,使加工件獲得更好的內(nèi)在質(zhì)量,還缺乏足夠的認(rèn)識(shí);特別是對(duì)電火花線切割加工中,作為液體介質(zhì)的工作液,在保障加工穩(wěn)定、提高切割速度和加工精度、降低加工件表面粗糙度值、降低鉬絲損耗方面的功效認(rèn)識(shí)不足。為此,本文將各類具有代表性的線切割加工工作液產(chǎn)品及性能做一介紹,供廣大使用者參考。

1 油劑型

油劑型電火花線切割專用工作液作為產(chǎn)品問世,已有40多年的歷史。它是最早應(yīng)用于線切割機(jī)床的專用加工液,也是廣大用戶所熟悉的成熟產(chǎn)品。它在機(jī)床放電加工中,起到冷卻、洗滌、潤(rùn)滑、去游離、滅弧、防銹等功能,其代表性的產(chǎn)品為油酸鉀皂乳化液的DX-1型。

作為油酸鉀皂乳化液的油劑型專用工作液,常溫下外觀為棕褐色半透明體,兌水后成乳白色。因含油量較高,加工中的潤(rùn)滑性及防銹性都較好。其理化性能顯示:液體偏堿性(pH8～9.5),常溫下它的電導(dǎo)率為300～600μS/cm,液體介質(zhì)在臨床狀態(tài)下,工作周期表現(xiàn)出:使用時(shí)間與加工速度具有正泰分布的加工軟特性,其產(chǎn)品為混合物。

根據(jù)它的理化性能和加工軟特性,不難看出油酸鉀皂乳化液為新液時(shí),加工初始階段其加工速度提升較緩慢,到后期乳化液接近廢液時(shí),加工速度也是緩慢下降的。又因其電導(dǎo)率較低,加工中放電火花半徑較小,使加工中產(chǎn)生的火花間隙也較小。因此,在加工高厚工件時(shí),就顯得加工間隙過小,清洗通道狹窄,液體張力使?jié)B透性較低,清洗性能更顯弱化。所以,通常優(yōu)質(zhì)的油酸鉀皂乳化液適用加工厚度300 mm以下的工件。在這個(gè)厚度范圍內(nèi),其加工機(jī)械性能較好,具有良好的潤(rùn)滑性、洗滌性及冷卻性,且加工穩(wěn)定,加工精度較高,適合于較精細(xì)模具的生產(chǎn)加工。

實(shí)踐證明,油酸鉀皂乳化液在使用中,其切割速度和效率與加工表面質(zhì)量是一個(gè)反比關(guān)系。也就是說(shuō):工件如果想獲得較好的加工表面質(zhì)量,則必然以降低其切割速度和效率為代價(jià)的。反之,如果需要較高的切割速度和效率,只能以降低加工表面質(zhì)量為條件。

目前,市場(chǎng)上型號(hào)相同的油劑型乳化液因生產(chǎn)廠家的不同,其特點(diǎn)也不盡相同。其主要區(qū)別在兌水量比例和使用壽命上。它們的不同,產(chǎn)生的差異將直接影響使用者的使用效果和自身的經(jīng)濟(jì)效益。

市場(chǎng)上常見的普通油酸鉀皂乳化液DX-1型工作液兌水量比例一般在1∶8左右;優(yōu)質(zhì)的在1∶12左右。南京發(fā)斯特工作液廠技術(shù)人員經(jīng)過科研實(shí)踐,通過調(diào)整配方,反復(fù)摸索及研制,5年前向市場(chǎng)推出高濃度油酸鉀皂乳化液,它的兌水量比例高達(dá)為1∶25倍。就是說(shuō)在同樣的電加工機(jī)床加工條件下,在電導(dǎo)參數(shù)一致的情況下,該廠生產(chǎn)的專用油劑型乳化液兌水量比例與同類產(chǎn)品相比高達(dá)2～3倍。通過跟蹤調(diào)查反饋,使用者認(rèn)為該產(chǎn)品在獲得良好的加工性能的同時(shí),使用壽命也比一般油劑型工作液長(zhǎng)一倍,現(xiàn)實(shí)中更能凸顯出它的高性價(jià)比。

需要指出的是:具體使用一款產(chǎn)品時(shí),一定要注意看清每款產(chǎn)品的使用要求和操作工藝。特別是在當(dāng)前日新月異的新技術(shù)發(fā)展的時(shí)代,如果忽視新產(chǎn)品的特性,將會(huì)造成無(wú)謂的浪費(fèi)和損失。在這方面我們遇到過很多例因使用不當(dāng)而影響使用效果的實(shí)例。例如:過去在兌水沖解油劑型乳化油時(shí),對(duì)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品都知道可用水直接沖兌到12倍左右。當(dāng)拿到高濃度的產(chǎn)品時(shí),仍按習(xí)慣兌水至12倍方法去使用,在肉眼看似油液已經(jīng)沖開,外觀也呈乳白色,然而事實(shí)上乳化油并沒有完全打開。結(jié)果造成高濃度的乳化油因水量太少,形成水包油,介質(zhì)液體過于濃厚粘稠。粘稠的液體介質(zhì)在水箱中聚集成白色油脂,隨著放電切割而碳化發(fā)黑,再與加工廢棄物混合形成黑色油泥附著在加工間隙中,造成電蝕物不易排除,乳化失穩(wěn),洗滌性能降低,嚴(yán)重影響放電過程的穩(wěn)定性,降低了加工速度,工件和鉬絲冷卻效果惡劣,易斷絲,同時(shí)也加大工件表面質(zhì)量惡化的幾率,易形成黑色的加工斷面,工件不易脫落或工件及機(jī)床銹蝕等現(xiàn)象,且隨著使用的進(jìn)行,產(chǎn)生液體的酸敗,形成惡臭,嚴(yán)重縮短了工作液的使用壽命。分析上述情況可發(fā)現(xiàn),問題發(fā)生的根本原因就在于操作者沒有很好地了解高濃度乳化油的操作工藝。在使用前,應(yīng)首先看清包裝物上的注意事項(xiàng)及操作說(shuō)明:先取一份原液,加入3倍左右普通自來(lái)水進(jìn)行充分?jǐn)嚢?待均勻后,再二次沖水至所需要的25倍的濃度。這樣操作將油液與水充分混合溶解,形成強(qiáng)烈的親合力后,才能使其優(yōu)良的加工理化性能得到展示。我們?cè)诩庸がF(xiàn)場(chǎng)看到有經(jīng)驗(yàn)的操作者,他們嚴(yán)格按照工藝操作稀釋產(chǎn)品,用高濃度乳化液來(lái)加工高度500～800 mm的工件,并獲得成功。而違反操作工藝引來(lái)的麻煩,往往還被指責(zé)工作液質(zhì)量不好,使產(chǎn)品蒙受不白之冤。所以,嚴(yán)格按產(chǎn)品的操作要求來(lái)配置濃度比,是能提高加工表面質(zhì)量及切割速度,增強(qiáng)防銹能力,延長(zhǎng)使用壽命。也就是說(shuō),合適的比例將直接影響到加工制件的各項(xiàng)工藝指標(biāo),且能獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

還須指出的是:作為油酸鉀皂的乳化液都是以機(jī)械油為基礎(chǔ)原料的工作液。在當(dāng)前能源日益緊張,其使用成本也日益在加大。同樣,也因?yàn)槭鞘a(chǎn)品,在國(guó)內(nèi)環(huán)保呼聲越來(lái)越高的形勢(shì)下,廢液排放、防止環(huán)境污染也被提到國(guó)家議事日程上來(lái),今后使用必將逐漸受到限制。再者,由于電火花線切割機(jī)床加工過程是以電極放電的形式實(shí)施加工的,加工放電瞬間產(chǎn)生極高高溫(10 000℃以上),不僅汽化了金屬,同時(shí)也電離汽化了乳化液。汽化產(chǎn)生的廢棄物充滿操作現(xiàn)場(chǎng),必將對(duì)人體產(chǎn)生一定的影響。故而,我們也特別強(qiáng)調(diào)提出:應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的空氣流動(dòng),適當(dāng)?shù)慕】捣雷o(hù)非常之重要。

2 水基型

20世紀(jì)80年代末,人們?cè)隗w驗(yàn)到油劑工作液在加工中存在的不足之處后,開始研發(fā)水基工作液。南京大學(xué)董家樂教授和王秀蘭老師經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐,共同探索研制出DX-4型水基工作液。產(chǎn)品的研發(fā)成功,奠定了電火花線切割機(jī)床水基工作液的發(fā)展方向。該產(chǎn)品在1990年榮獲江蘇省新產(chǎn)品“金牛獎(jiǎng)”。

水基工作液在電火花線切割機(jī)床中同樣具備著清洗、滲透、冷卻、滅弧、防銹、潤(rùn)滑等功能。原液為黃綠色至墨綠色半透明體,兌水20倍后,兌水液體微黃透明。其理化性能顯示:液體呈堿性(pH值10～12),常溫下初始電導(dǎo)率為1 200～1 800μS/cm,液體介質(zhì)在臨床加工周期中,使用時(shí)間與加工速度之關(guān)系具有加工硬特性,產(chǎn)品為穩(wěn)定的化合物。

通過水基型介質(zhì)的加工硬特性可知:水基型工作液新液在加工初始,其加工速度在短時(shí)間就迅速提起,到了失效階段加工速度也會(huì)迅速下降。純水基型工作液不含有丁點(diǎn)礦物油的,它的清洗、冷卻效果都優(yōu)于油劑型工作液,且滲透性特強(qiáng)。再者,由于它的電導(dǎo)率是油劑型工作液的兩倍以上,就預(yù)示著它的放電間隙較大,更便于冷卻液在加工件的間隙中清洗排削。因此,在加工高厚工件時(shí),通常首選水基型工作液,它常被用在加工100 mm以上的高厚工件。在高厚切割中顯示其特有的加工性能,即加工的高厚度、高速度(切割效率)和低表面粗糙度值。

加工的低表面粗糙度也是水基型工作液一個(gè)重要特點(diǎn)。實(shí)踐表明:與油劑型工作液相比,它在加工中能降低表面粗糙度值。其工作機(jī)理目前還不十分清楚。加工的高速度并存在加工的高厚度之中,經(jīng)測(cè)試,它的切割效率比油劑型工作液提高 15%～35%。特別是加工硬質(zhì)合金材料時(shí),更顯其優(yōu)越性。水基型工作液的另一個(gè)重要特點(diǎn),就是它在加工中取得高速度的同時(shí),可獲得低表面粗糙度值。通過實(shí)際加工獲得的工件表面質(zhì)量分析,表明兩者之間并不沖突,似乎有一個(gè)合適的交叉點(diǎn)。這個(gè)特點(diǎn)克服了油劑型乳化油切割效率與表面粗糙度對(duì)立的矛盾,充分顯露出它優(yōu)于油劑型工作液的加工效果,這也是在DX-4水基型工作液?jiǎn)柺篮笾饾u被推廣使用的一個(gè)重要因素。

一提起水基型工作液,人們首先擔(dān)心的就是“會(huì)不會(huì)生銹”?事實(shí)上作為一個(gè)成熟的商品,人們的顧慮都是多余的。優(yōu)質(zhì)品牌的產(chǎn)品在出廠前的檢測(cè)中,就已為你把好關(guān)了。它的防銹能力是使用值的一倍。如果在現(xiàn)場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)有機(jī)床或工件銹蝕,你必須仔細(xì)檢查操作工藝是否符合規(guī)范,工作環(huán)境(天氣、濕度、加工垃圾的處理、機(jī)床衛(wèi)生保養(yǎng)等影響)是否正常,加工液使用是否已經(jīng)失效。從中就可以找出發(fā)生事故的原因。

實(shí)際使用中往往會(huì)發(fā)現(xiàn):事物都具有兩面性。比如說(shuō):放電間隙大,形成的加工間隙大,這對(duì)工作液的滲透、冷卻清洗都有很大的幫助。但由于間隙大,工件加工完成時(shí),因缺乏一定的摩擦阻力,割好的工件就會(huì)迅速地自然脫落,造成碰傷工件、砸壞機(jī)床臺(tái)面、折斷電極鉬絲等。因此,在使用水基工作液時(shí),防范這樣的事故也應(yīng)得到重視。

DX-4水基型工作液的工作性能前面都做了介紹。但還有一點(diǎn)要讓使用者了解到:它的低碳特征。由于不含礦物油,在使用中不存在油污的影響,工件清洗方便,現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境清潔,無(wú)異味,不燃燒,安全可靠,加工中對(duì)人體基本無(wú)害。廢液的處理比油劑型簡(jiǎn)單,大大減少了環(huán)境污染,且存放保質(zhì)期長(zhǎng)。因此,歐盟地區(qū)來(lái)采購(gòu)的都是選擇DX-4水基型線切割加工液。

3 水油混合型

水油混合型工作液又被稱之為復(fù)合型工作液。最早出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代中期。由于油劑型和水基型工作液的相繼使用,人們無(wú)意中發(fā)現(xiàn)兩種工作液混合使用時(shí),意外地獲得了理想的表面粗糙度,工件表面質(zhì)量很好,切割斷面的顏色十分悅目,切割效率也比單一的油劑型高,很好地融合了兩種產(chǎn)品的加工品質(zhì)。在加工高厚工件時(shí),工作液的冷卻滲透性能及洗滌性能也令人滿意,易獲得較好的加工精度,并解決了單一使用某種工作液的一些弊端。這為廣大使用者提供了一條介質(zhì)使用方法的新路,也為后續(xù)產(chǎn)品的產(chǎn)生提供了寶貴的思路。

由于DX-1油劑型和DX-4水基型工作液是隸屬不同性質(zhì)的產(chǎn)品,在使用中不能直接相互摻兌,必須分別按各自的稀釋比例稀釋好后才能合并使用,這樣給使用者造成了不便。生產(chǎn)廠家為此進(jìn)行了一系列探索研制。像南京發(fā)斯特工作液廠出品的DX-7、南京特種油廠出品的DX-5型產(chǎn)品均是水油混合型產(chǎn)品。

水油混合型產(chǎn)品出現(xiàn)后,雖然有它理想的一面(既有乳化液的潤(rùn)滑性,同時(shí)又具備水基液的冷卻效果好、清洗力強(qiáng)的特點(diǎn)),但多年來(lái)一直沒有解決產(chǎn)品靜置存放的問題(存放時(shí)間一長(zhǎng),易產(chǎn)生分層現(xiàn)象)。

問題的存在也影響了產(chǎn)品的推廣使用。到目前為止,市場(chǎng)上還沒有一個(gè)穩(wěn)定的電火花線切割油水混合性工作液產(chǎn)品出現(xiàn)。這有待于我們科技工作者繼續(xù)努力探索,為廣大使用者提供更快捷的產(chǎn)品。有關(guān)資料表明,南京航空航天大學(xué)劉志東教授等為該類產(chǎn)品做了大量的科研工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,我們大致了解了各種電火花線切割工作液的基本特性。在這里還要特別提醒的是,所有工作液初始新液都是偏堿性的(理化性能)。一旦使用至工作性能衰退時(shí),工作液的pH值就偏酸性了,且不可逆地成為廢液。這時(shí)如繼續(xù)使用,將嚴(yán)重影響加工效率,甚至對(duì)機(jī)床及工件產(chǎn)生腐蝕(特別是加工有色金屬)。因此,要求使用者在工作中能及時(shí)地更換新液。

現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí),有人在工作液衰變時(shí),不是徹底去更換新液,而是不斷地添加新液,這樣做是可行的。但它是以犧牲一定的工作液使用價(jià)值為代價(jià)的,其是否經(jīng)濟(jì)是仁者見仁智者見智。

相關(guān)資料表明,隨著電火花線切割機(jī)床電源的發(fā)展,電腦數(shù)控的全面應(yīng)用和機(jī)床加工性能的整體提高,為電火花線切割加工提供了更廣闊的空間,也為加工介質(zhì)的提升開拓了廣闊前景。目前,已知的變化就是在工作液中添加電解質(zhì),增加爆破劑,改變工作液的電導(dǎo)率,從而引起放電間隙伏安特性變化,提高加工效率。有的工作液在添加介質(zhì)后,可使電導(dǎo)率提高到3 000μS/cm以上,極大地豐富了工作液的內(nèi)涵。但我們也注意到,隨著電導(dǎo)率的上升,電極絲的損耗也會(huì)發(fā)生增大,對(duì)加工精度要求較高的工件而言,選用時(shí)建議使用者應(yīng)適當(dāng)注意其特點(diǎn)。對(duì)生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō),就是如何將產(chǎn)品中的電導(dǎo)率進(jìn)一步提高的同時(shí),能降低絲損,保證加工精度的要求,保持工作液長(zhǎng)期靜置時(shí)電導(dǎo)率不會(huì)衰變,確保工作液加工品質(zhì)的穩(wěn)定性。對(duì)用戶而言,在使用任何一款產(chǎn)品前,務(wù)必認(rèn)真了解它的性質(zhì)和操作工藝,確保使用順利,盡量避免因操作不當(dāng)帶來(lái)不必要的煩惱。

隨著國(guó)內(nèi)電加工行業(yè)的快速發(fā)展,電火花線切割工作液的產(chǎn)品種類越來(lái)越多,品種越來(lái)越豐富。但到目前為止,專用工作液的標(biāo)準(zhǔn)都只有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),還沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一,講述和表達(dá)也不一致,難免會(huì)有參差不齊的現(xiàn)象。建議有關(guān)部門能盡快制定出電火花線切割工作液的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn),使電加工工作液產(chǎn)品更加規(guī)范化。

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