电火花线切割加工工作液电解质对伏安特性与丝损的影响.pdf

电加工与模具 2 0 1 0 年第3 期 设 计 研 究 电火花线切割加工工作液 电解质对 伏安特性与丝损的影 响 林穗 贤 于兆勤 郭钟 宁 潘湛 昌 广 东工业 大学 机 电工 程学 院 广东广 州 5 1 0 0 0 6 摘要 研究 了电火花线切割加工工作液成分和性质对加工的影响 通过改变电解质添加量 研 究电 火花线 切割加 工工作 液性质 对放 电间 隙伏 安特 性和 电极 丝损 耗 的 影响 并 对其 作 用机 理进 行 探 索 实验证 明 电解质 的添加 改变 了工作 液 的 电导 率 从 而引起 放 电 间 隙伏安 特性 变化 提 高 了 加 工效 率 同时增加 了电解作 用 大大 降低 了电极 丝损耗 关键 词 电火 花线 切割加 工 工作 液 电解 质 伏 安特性 丝损 中图分类号 TG 6 6 1 文 献标识 码 B 文章 编号 1 0 0 9 2 7 9 X 2 0 1 0 0 3 0 0 2 2 0 3 Ef f e ct o f W EDM Co o lin g F lu id Ele ct r o ly t e o n Cu r r e nt Vo lt a g e Ch a r a ct e r is t ic a n d W ir e W e a r Lin Su ix ia n Yu Zh a o q in Gu o Zh o n gn in g Pa n Zha nch a n g Gu a n g d o n g Un i v e r s it y o f Te ch n o l o g y Gu a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 C h in a Ab s t r a ct Th e i mp a ct o f wir e cu t co o li n g f lu id co mp o s it i o n a n d n a t u r e o n p r o ce s s i n g h a s b e e n s t u d ie d By cha n gi n g t h e a d d e d a mo u nt o f e le ct r o ly t e t h e e f f e ct o f wir e cu t co o lin g f l ui d o n d is ch a r g e g a p cu r r e n t v o l t a g e ch a r a ct e r is t ics a nd e le ct r o de wi r e we a r h a s b e e n d is cu sse d a nd it s me ch a n is m h a s be e n e x p l o r e d Re s u l t s s h o w wit h t h e i ncr e a s e in e l e ct r o ly t e t h e co n d u ct iv i t y o f wir e cu t co o li ng f l ui d in cr e a s e whi ch le d t o ch a n g e s i n d is ch a r g e g a p v o lt a ge cha r a ct e r i s t i cs i mpr o v e pr o ce s s in g e ffi ci e ncy whil e in cr e a s in g t h e e le ct r o ly s is t o s ig ni f i ca n t l y r e d uce t h e e l e ct r o d e wi r e we a r Ke y wo r d s W EDM co o li n g li q ui d e l e ct r o ly t e cu r r e nt v o lt a g e ch a r a ct e r is t ic wi r e we a r 高速走丝 电火花 线切割 加工工 作液 除了完成 冷 却 排屑等功能外 还作 为放电介质直接参与加工 其本身对 加工 工 艺 指标 影 响很 大 长 期 以来 人 们对高速走丝电火花线切割加工工作液成分配方研 究较 多 而对 工 作 液 成 分 的 作 用 机 理 则 研 究 较 少 电火花加工工作液与其他金属加工液的主要区别是 其 中含 有 电解 质 电解 质 是 在 固体 状 态 下 不 能 导 电 但溶于水溶液中或在熔融状态下就能导电并产 生化 学变化 的化合物 本 文通过对 工作 液 中电解质 收稿 日期 2 0 1 0 0 1 1 8 基金项 目 国家 自然科学青年基金 资助项 目 5 0 8 0 5 0 2 6 中国博 士 后科学基金资助项 目 2 O O 9 0 4 5 0 8 5 1 广 东省 自然科 学博 士启动基金资助项 目 8 4 5 1 O O 9 O 0 1 O O 1 4 1 6 第一作者简介 林穗贤 男 1 9 8 4年生 硕士研究生 一 2 2一 的研究 探讨 了其 对 电火 花 线切 割 加 工 中放 电 间隙 的伏安 特性 以及丝 损 的影 响和机 理 1 实验 条 件 实验用的机床为 D K 7 7 3 2 E中走丝线切割机床 电导率测量采用雷磁 D D S J 一 3 0 8 A电导率仪 表面粗 糙度测量采用 T R 1 0 0表面粗糙度测量仪 测量丝径 的工具为申韩数显千分尺 工作液为自来水加人防锈 剂 表面活性剂及少量络合剂 机床具体参数见表 1 2 电解质与放 电间隙伏安特性的关系 电解质的添加主要是改变线切割加工工作液的 电导率 从而对 加工 中电火 花放 电产生影 响 主要 体 现 在 放 电间 隙伏 安 特 性 的 改变 上 在 加工 状 态 中 设 计 研 究 电加工与模具 2 0 1 0 年第3 期 表 1 机床相关参数 放 电间 隙的伏 安特 性一 般 分 为 4种 情况 图 1 放 电间隙过小 易 引 起 电弧 放 电 如 波 形 a 会 造 成 烧 伤性损 伤 波 形 b 波 形 C是 正 常 放 电 波 形 电火 花 加工主要是靠它们完成 其 中波形 b是最佳的放电 波形 波形 C 的击穿延 时较长 加工效率稍低 由于 放 电间隙较 大 等原 因没 有 形 成 电 火 花 放 电 就会 产 生波形 d 波 形 a d都 会 影 响 电 火 花 正 常 加 工 降 低脉冲利用率 导致加工效率降低 A l l r n a 波形 a 一一一 I 1 一 一 一 一 b 波形 b 电解 质质 量分数 图 2电导率与加工 时间随电解质质量分数变化 为 了分 析不 同 电导率 下 放 电间隙 电流 电压波 形 的分 布规 律 在 保持 其他 加工 参数 不变 的条件 下 进 行添 加 电解质 试验 当加 工状 态稳 定后 用记 忆示 波 器和 电流 测量 器记 录 每次 随机存 取 1 0组数 据 每 组数 据包 括 l5个 放 电波 形 对 其 进 行 分类 统 计 结果 见表 2 经 统 计 发 现 随 着 电 导率 增 加 波形 a 个 数逐 渐减 少 直 至趋 于稳 定 波形 b个 数呈现 先增 后 降趋 势 波 形 C和 波形 d出现 频率 在 波 形 中 占的 比重逐 步增 大 图 3 表 2波 形 统 计 数 据 电 量 电 导 专 竺 一采 样 个 数 分数 s cm a b c d l20 l0 0 8 0 g 6 0 羹4 o 2 O O 0 48 1 2 5 1 7 2 2 35 2 7 8 3 2 5 3 9 工 作液 电导液 ms cm 图 3 波形统计柱状 图 结果分析 当工作液电导率较低时 工作液阻抗 较 大 电火花 放 电发生 在 电极 之 间距 离较 小 的地 方 对工 作液进 入 切 缝会 产 生 不 良影 响 不 利 于工 作 液 的 消 电离 和排 屑 易 产 生 电弧 放 电 随 着 电导 率 逐 步增加 放电击穿变得容易 放 电间隙逐渐增大 具 有击 穿形 态 的 波 形 b和 波 形 c 为 加 工 中 的 主 要 波 形 这时放电加工的效率较高 当电导率过高后 易 使击穿延时过长 减少放电稳态工作的时间 反而降 低 了加工 效 率 J 因此 只有根 据不 同电导率 调节 变频跟 踪速 度 一 2 3一 如如如如如 3 3 4 7 O 0 O 0 0 0 矧 挑 6 2 8 4 6 O 3 电 加工与 模具 2 o lo 年第3 期 设计 研 究 使脉冲利用率保持在最佳值 能得到最佳加工效率 在电导率低的情况下 为了避免跟踪过紧导致的电 弧放 电 只能用 较慢 的跟 踪速 度 加 工效 率 较低 在 电导率高的情况下 为防止产生击穿延时过长的放 电波形 需较快的跟踪速度 加工效率较高 3 电解质 与电极丝损耗 的关 系 人们对电极丝受加工参数影响的研究较多 但 就工 作液对 电极丝损 耗 的影 响 尚提及 不 多 作 为电 极丝 的钼丝具有 较 高 的强 度 和 弹性 模 数 它 的损 耗 速度 和寿命 将影 响加工 精度和 加工效 率 影 响 电 极 丝损耗 的原 因主要有 3个方 面 电火花放 电时 工作液 中的正离 子在 电场的作 用下对 阴极 的电极丝 产生轰击效果 阳极工件腐蚀氧化产生的铁离子 进入 工作液 放 电加 工 过 程 中铁 离 子在 外 加 电场 作 用下 发生 阴极沉淀 电极 丝高速 运行 时 由于放 电 间隙较小 电极 丝 和工 件 产生 摩 擦 由此 引 起 损耗 本文通过 添加爆 炸剂 与 电解质 探 索 电解 质 添 加量 与电极丝损耗之间的关系 图 4 实验条件 加工 电流 3 5 A 其余参数不变 每次加工 5 0 0 0 mm 后 用 千分尺测 量钼丝 直径 图 4 a 是没有 加 入 爆 炸剂 的情 况 随 着 电解 质 的增 加 电极 丝损耗 不断减 小 这 主要有 3个原 因 加工 过程 中 电解 作 用 存 在 实验 证 明 随着 电解 质增加 工件 表面毛 刺逐渐 减少 表 面趋 于光滑 这 是 由于电解作用的增加 空载波对工件突起的地方 进行削平 降低 了表面粗糙度值 电解作用的增 加对电极丝来说 意味着更多的金属沉积产生 覆盖 原 电极丝 对 电极 丝起 保 护作 用 由于 没加 入 爆 炸剂导致 加工 间 隙较 小 电极 丝 与工 件 问 的摩 擦 损 耗成 为其损耗 的主要 原 因 随着 电解质添 加量 的加 大 放电间隙逐渐增加 摩擦损耗逐渐减少 电解 质增加所 产 生 的正 离 子 只是 普 通 Na 或 K 离 子 较小 在 放 电的时候不会 增加 正离子对 阴极 的轰击 对电极丝没有产生不良影响 图 4 b是没 有 电解质 的情 况 随着 工作 液 中爆 炸剂 添加量增 加 电极丝损 耗呈现 先 由大 变小 再 由 小变大 的趋势 一 方 面 开 始 阶段 电极 丝受 到 的摩 擦较大引起损耗量大 而随着爆炸剂增加 磨损损耗 在电极丝损耗中占的比例逐渐降低 另一方面 爆 炸剂增加引起放电能量的提高 造成了更多正离子 以更快的速度轰击 电极丝 从 而造成 电极丝损耗 由 小 变大 一 2 4一 O 0 6 1 2 1 8 2 4 3 电解质质量分数 a 无爆炸剂情况 下 电解质与丝损关系 O 7 1 4 2 1 2 8 3 5 4 2 电解质质量分数 b 无电解质情况下 爆炸剂与丝损关系 0 4 0 8 1 2 1 6 2 电解质质量分数 c 有 爆 炸 剂 F 电解 质 与 丝 损关 系 x为加工运动方 向 y为垂直运 动方向 图 4 工作液添加剂与丝损 的关系 图 4 c 的实验 是 在 添加 爆 炸 剂 后继 续 添 加 电解 质 的实验情 况 可发 现 随 着 电解 质 的增 加 电极丝 损耗 大幅度 下降 当 电解 质加 至 l 左右 时 损耗 已 非常小 因此 少量的电解质可 消除爆炸剂对电极 丝所增 加 的损耗 4 结论 本文通过实验和理论说明了电火花线切割加工 工作液中电解质对加工的影响 首先 利用放电波 形 分 类统 计 的方 法 研 究 电解 质 添加量 引起 的 电导 下转第 3 2页 6 5 4 3 2 l 0 啷 0 O O O O O O g s 8 7 6 5 4 3 2 l O 懈咖 o O O O O O 0 O g g 6 5 4 3 2 1 O o 0 O O O O g 电加工与模具 2 0 1 0 年第3 期 设 计 研 究 窨 吕 q 避 盖 恩 g 吕 司 聪 显 恩 暑 鲁 司 越 避 疑 总 昌 甚 d 殛 裹 恩 电解液 压力 MP a a 电解液压力 进 给速度 H I mil l b 进给速度 初始 间隙 n m d 初始间隙 图 5 各因素对切削深度影响 曲线 R2 0 图 6圆弧面加工模型与实物对比图 一 3 2一 同时 过高的阴极进 给速度易导致极间打火现象发 生 因此 在 实际加 工 中不 宜采用 过高 的进 给速度 2 降低 工 作 电压 可 得 到较 小 的表 面 粗糙 度 值及切削深度 在其他工艺参数一定 的情况下 可 通过减小工作电压达到提高加工精度以及获得较高 表 面质量 的 目的 3 当电解液压力较小时 可获得较高的加工精 度和表 面质量 但随 电解 液压力 的增 大 表 面粗 糙度 值及切削深度 的变化 规律有待于进一步试验研究 4 相 比其 他 3个 参数 极 间初 始 间 隙对 表 面 粗糙度值 及 切 削 深 度 影 响较 小 且 规 律 较 为 复 杂 在 今后 的试验 中 需进 一 步研 究 影响电解加工的因素除上述分析的 4种外还有 很 多 在 今后 的试验 中 有 必 要对 电解 液性 能 工件 材料 电场 分布 等做进 一步试验 研究 参 考文献 1 康敏 赵建 社 徐 家文 数控 展成 电解 加工技 术 的研究 进展 J 电加工与模具 2 0 0 4 3 1 7 1 9 2 徐家文 云乃彰 王建业 等 电化学加 工技术 原理 工艺 及应用 M 北京 国防工业出版社 2 0 0 8 3 Ka n g Mi n Ya n g Y o n g F u X i u q i n g S t u d y o n n