浅谈电火花线切割机床工作液发展现状

于

(南京发斯特工作液厂,江苏南京 210001)

电火花线切割机床专用工作液伴随着线切割机床的发展至今在我国已有近50年的历史。在这漫长的发展过程中,随着电火花线切割机床加工性能的提高、功能设计及技术进步的演变,为适应不同时期的需求,经过几代技术人员的艰辛努力,线切割机床专用工作液从早期单一油剂型产品发展到今天的多品种多种类。目前,市场上主要有三大类产品供用户选择:油剂型、水基型及水油混合型。

虽然众多的产品使用户在选用中游刃有余,但有相当一部分使用者对线切割机床工作液的加工性能及操作工艺性能还不甚了解;对在相同条件下如何利用相应的工作液,使加工件获得更好的内在质量,还缺乏足够的认识;特别是对电火花线切割加工中,作为液体介质的工作液,在保障加工稳定、提高切割速度和加工精度、降低加工件表面粗糙度值、降低钼丝损耗方面的功效认识不足。为此,本文将各类具有代表性的线切割加工工作液产品及性能做一介绍,供广大使用者参考。

1 油剂型

油剂型电火花线切割专用工作液作为产品问世,已有40多年的历史。它是最早应用于线切割机床的专用加工液,也是广大用户所熟悉的成熟产品。它在机床放电加工中,起到冷却、洗涤、润滑、去游离、灭弧、防锈等功能,其代表性的产品为油酸钾皂乳化液的DX-1型。

作为油酸钾皂乳化液的油剂型专用工作液,常温下外观为棕褐色半透明体,兑水后成乳白色。因含油量较高,加工中的润滑性及防锈性都较好。其理化性能显示:液体偏碱性(pH8～9.5),常温下它的电导率为300～600μS/cm,液体介质在临床状态下,工作周期表现出:使用时间与加工速度具有正泰分布的加工软特性,其产品为混合物。

根据它的理化性能和加工软特性,不难看出油酸钾皂乳化液为新液时,加工初始阶段其加工速度提升较缓慢,到后期乳化液接近废液时,加工速度也是缓慢下降的。又因其电导率较低,加工中放电火花半径较小,使加工中产生的火花间隙也较小。因此,在加工高厚工件时,就显得加工间隙过小,清洗通道狭窄,液体张力使渗透性较低,清洗性能更显弱化。所以,通常优质的油酸钾皂乳化液适用加工厚度300 mm以下的工件。在这个厚度范围内,其加工机械性能较好,具有良好的润滑性、洗涤性及冷却性,且加工稳定,加工精度较高,适合于较精细模具的生产加工。

实践证明,油酸钾皂乳化液在使用中,其切割速度和效率与加工表面质量是一个反比关系。也就是说:工件如果想获得较好的加工表面质量,则必然以降低其切割速度和效率为代价的。反之,如果需要较高的切割速度和效率,只能以降低加工表面质量为条件。

目前,市场上型号相同的油剂型乳化液因生产厂家的不同,其特点也不尽相同。其主要区别在兑水量比例和使用寿命上。它们的不同,产生的差异将直接影响使用者的使用效果和自身的经济效益。

市场上常见的普通油酸钾皂乳化液DX-1型工作液兑水量比例一般在1∶8左右;优质的在1∶12左右。南京发斯特工作液厂技术人员经过科研实践,通过调整配方,反复摸索及研制,5年前向市场推出高浓度油酸钾皂乳化液,它的兑水量比例高达为1∶25倍。就是说在同样的电加工机床加工条件下,在电导参数一致的情况下,该厂生产的专用油剂型乳化液兑水量比例与同类产品相比高达2～3倍。通过跟踪调查反馈,使用者认为该产品在获得良好的加工性能的同时,使用寿命也比一般油剂型工作液长一倍,现实中更能凸显出它的高性价比。

需要指出的是:具体使用一款产品时,一定要注意看清每款产品的使用要求和操作工艺。特别是在当前日新月异的新技术发展的时代,如果忽视新产品的特性,将会造成无谓的浪费和损失。在这方面我们遇到过很多例因使用不当而影响使用效果的实例。例如:过去在兑水冲解油剂型乳化油时,对优质的产品都知道可用水直接冲兑到12倍左右。当拿到高浓度的产品时,仍按习惯兑水至12倍方法去使用,在肉眼看似油液已经冲开,外观也呈乳白色,然而事实上乳化油并没有完全打开。结果造成高浓度的乳化油因水量太少,形成水包油,介质液体过于浓厚粘稠。粘稠的液体介质在水箱中聚集成白色油脂,随着放电切割而碳化发黑,再与加工废弃物混合形成黑色油泥附着在加工间隙中,造成电蚀物不易排除,乳化失稳,洗涤性能降低,严重影响放电过程的稳定性,降低了加工速度,工件和钼丝冷却效果恶劣,易断丝,同时也加大工件表面质量恶化的几率,易形成黑色的加工断面,工件不易脱落或工件及机床锈蚀等现象,且随着使用的进行,产生液体的酸败,形成恶臭,严重缩短了工作液的使用寿命。分析上述情况可发现,问题发生的根本原因就在于操作者没有很好地了解高浓度乳化油的操作工艺。在使用前,应首先看清包装物上的注意事项及操作说明:先取一份原液,加入3倍左右普通自来水进行充分搅拌,待均匀后,再二次冲水至所需要的25倍的浓度。这样操作将油液与水充分混合溶解,形成强烈的亲合力后,才能使其优良的加工理化性能得到展示。我们曾在加工现场看到有经验的操作者,他们严格按照工艺操作稀释产品,用高浓度乳化液来加工高度500～800 mm的工件,并获得成功。而违反操作工艺引来的麻烦,往往还被指责工作液质量不好,使产品蒙受不白之冤。所以,严格按产品的操作要求来配置浓度比,是能提高加工表面质量及切割速度,增强防锈能力,延长使用寿命。也就是说,合适的比例将直接影响到加工制件的各项工艺指标,且能获得可观的经济效益。

还须指出的是:作为油酸钾皂的乳化液都是以机械油为基础原料的工作液。在当前能源日益紧张,其使用成本也日益在加大。同样,也因为是石化产品,在国内环保呼声越来越高的形势下,废液排放、防止环境污染也被提到国家议事日程上来,今后使用必将逐渐受到限制。再者,由于电火花线切割机床加工过程是以电极放电的形式实施加工的,加工放电瞬间产生极高高温(10 000℃以上),不仅汽化了金属,同时也电离汽化了乳化液。汽化产生的废弃物充满操作现场,必将对人体产生一定的影响。故而,我们也特别强调提出:应加强现场的空气流动,适当的健康防护非常之重要。

2 水基型

20世纪80年代末,人们在体验到油剂工作液在加工中存在的不足之处后,开始研发水基工作液。南京大学董家乐教授和王秀兰老师经过反复实践,共同探索研制出DX-4型水基工作液。产品的研发成功,奠定了电火花线切割机床水基工作液的发展方向。该产品在1990年荣获江苏省新产品“金牛奖”。

水基工作液在电火花线切割机床中同样具备着清洗、渗透、冷却、灭弧、防锈、润滑等功能。原液为黄绿色至墨绿色半透明体,兑水20倍后,兑水液体微黄透明。其理化性能显示:液体呈碱性(pH值10～12),常温下初始电导率为1 200～1 800μS/cm,液体介质在临床加工周期中,使用时间与加工速度之关系具有加工硬特性,产品为稳定的化合物。

通过水基型介质的加工硬特性可知:水基型工作液新液在加工初始,其加工速度在短时间就迅速提起,到了失效阶段加工速度也会迅速下降。纯水基型工作液不含有丁点矿物油的,它的清洗、冷却效果都优于油剂型工作液,且渗透性特强。再者,由于它的电导率是油剂型工作液的两倍以上,就预示着它的放电间隙较大,更便于冷却液在加工件的间隙中清洗排削。因此,在加工高厚工件时,通常首选水基型工作液,它常被用在加工100 mm以上的高厚工件。在高厚切割中显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个重要特点。实践表明:与油剂型工作液相比,它在加工中能降低表面粗糙度值。其工作机理目前还不十分清楚。加工的高速度并存在加工的高厚度之中,经测试,它的切割效率比油剂型工作液提高 15%～35%。特别是加工硬质合金材料时,更显其优越性。水基型工作液的另一个重要特点,就是它在加工中取得高速度的同时,可获得低表面粗糙度值。通过实际加工获得的工件表面质量分析,表明两者之间并不冲突,似乎有一个合适的交叉点。这个特点克服了油剂型乳化油切割效率与表面粗糙度对立的矛盾,充分显露出它优于油剂型工作液的加工效果,这也是在DX-4水基型工作液问世后逐渐被推广使用的一个重要因素。

一提起水基型工作液,人们首先担心的就是“会不会生锈”?事实上作为一个成熟的商品,人们的顾虑都是多余的。优质品牌的产品在出厂前的检测中,就已为你把好关了。它的防锈能力是使用值的一倍。如果在现场中发现有机床或工件锈蚀,你必须仔细检查操作工艺是否符合规范,工作环境(天气、湿度、加工垃圾的处理、机床卫生保养等影响)是否正常,加工液使用是否已经失效。从中就可以找出发生事故的原因。

实际使用中往往会发现:事物都具有两面性。比如说:放电间隙大,形成的加工间隙大,这对工作液的渗透、冷却清洗都有很大的帮助。但由于间隙大,工件加工完成时,因缺乏一定的摩擦阻力,割好的工件就会迅速地自然脱落,造成碰伤工件、砸坏机床台面、折断电极钼丝等。因此,在使用水基工作液时,防范这样的事故也应得到重视。

DX-4水基型工作液的工作性能前面都做了介绍。但还有一点要让使用者了解到:它的低碳特征。由于不含矿物油,在使用中不存在油污的影响,工件清洗方便,现场环境清洁,无异味,不燃烧,安全可靠,加工中对人体基本无害。废液的处理比油剂型简单,大大减少了环境污染,且存放保质期长。因此,欧盟地区来采购的都是选择DX-4水基型线切割加工液。

3 水油混合型

水油混合型工作液又被称之为复合型工作液。最早出现于20世纪90年代中期。由于油剂型和水基型工作液的相继使用,人们无意中发现两种工作液混合使用时,意外地获得了理想的表面粗糙度,工件表面质量很好,切割断面的颜色十分悦目,切割效率也比单一的油剂型高,很好地融合了两种产品的加工品质。在加工高厚工件时,工作液的冷却渗透性能及洗涤性能也令人满意,易获得较好的加工精度,并解决了单一使用某种工作液的一些弊端。这为广大使用者提供了一条介质使用方法的新路,也为后续产品的产生提供了宝贵的思路。

由于DX-1油剂型和DX-4水基型工作液是隶属不同性质的产品,在使用中不能直接相互掺兑,必须分别按各自的稀释比例稀释好后才能合并使用,这样给使用者造成了不便。生产厂家为此进行了一系列探索研制。像南京发斯特工作液厂出品的DX-7、南京特种油厂出品的DX-5型产品均是水油混合型产品。

水油混合型产品出现后,虽然有它理想的一面(既有乳化液的润滑性,同时又具备水基液的冷却效果好、清洗力强的特点),但多年来一直没有解决产品静置存放的问题(存放时间一长,易产生分层现象)。

问题的存在也影响了产品的推广使用。到目前为止,市场上还没有一个稳定的电火花线切割油水混合性工作液产品出现。这有待于我们科技工作者继续努力探索,为广大使用者提供更快捷的产品。有关资料表明,南京航空航天大学刘志东教授等为该类产品做了大量的科研工作。

4 结束语

综上所述,我们大致了解了各种电火花线切割工作液的基本特性。在这里还要特别提醒的是,所有工作液初始新液都是偏碱性的(理化性能)。一旦使用至工作性能衰退时,工作液的pH值就偏酸性了,且不可逆地成为废液。这时如继续使用,将严重影响加工效率,甚至对机床及工件产生腐蚀(特别是加工有色金属)。因此,要求使用者在工作中能及时地更换新液。

现场操作时,有人在工作液衰变时,不是彻底去更换新液,而是不断地添加新液,这样做是可行的。但它是以牺牲一定的工作液使用价值为代价的,其是否经济是仁者见仁智者见智。

相关资料表明,随着电火花线切割机床电源的发展,电脑数控的全面应用和机床加工性能的整体提高,为电火花线切割加工提供了更广阔的空间,也为加工介质的提升开拓了广阔前景。目前,已知的变化就是在工作液中添加电解质,增加爆破剂,改变工作液的电导率,从而引起放电间隙伏安特性变化,提高加工效率。有的工作液在添加介质后,可使电导率提高到3 000μS/cm以上,极大地丰富了工作液的内涵。但我们也注意到,随着电导率的上升,电极丝的损耗也会发生增大,对加工精度要求较高的工件而言,选用时建议使用者应适当注意其特点。对生产厂家来说,就是如何将产品中的电导率进一步提高的同时,能降低丝损,保证加工精度的要求,保持工作液长期静置时电导率不会衰变,确保工作液加工品质的稳定性。对用户而言,在使用任何一款产品前,务必认真了解它的性质和操作工艺,确保使用顺利,尽量避免因操作不当带来不必要的烦恼。

随着国内电加工行业的快速发展,电火花线切割工作液的产品种类越来越多,品种越来越丰富。但到目前为止,专用工作液的标准都只有企业标准,还没有统一的行业标准或国家标准。因为标准的不统一,讲述和表达也不一致,难免会有参差不齐的现象。建议有关部门能尽快制定出电火花线切割工作液的专业标准,使电加工工作液产品更加规范化。

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