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佳潤工作液使用
電火花線切割加工工藝集錦
 
 
佳潤論壇  >  常見問答
佳潤超高速工作液系列將引領往復走絲線切割進入新時代
1) 電火花線切割效率發展簡史:
       “1”時代:在本世紀初前,往復走絲電火花線切割的加工效率一直徘徊在100mm2/min以內,其主要原因是受制于一直沿用乳化液為加工介質,導致大能量切割時極間放電狀況惡化,一旦切割能量上升即產生斷絲,因此切割電流長期止步于3-4A之間;
       “2”時代: 隨著本世紀初復合工作液概念的提出并逐步市場化后,復合工作液極大地改善了放電切割的極間狀態,可以采用4-6A的切割電流進行長期穩定切割,由此往復走絲的最高切割效率開始進入了200mm2/min時代,且隨著軟硬件技術的發展,俗稱“中走絲”的多次切割技術首先在浙江及江蘇地區興起,并逐漸完善,從而成為一種實用的改善表面加工質量及精度的工藝方法,但切割電流超過6A后,工件表面燒傷加重,斷絲幾率升高,因此往復走絲的最高切割效率又進入了一個新的瓶頸階段;
       “3”和“4”時代: 隨著對往復走絲極間放電機理的深入研究,研究者逐步認識到要突破往復走絲切割速度“2”時代的瓶頸,必須解決極間在大電流放電加工情況下,工作介質能繼續存在并進行正常排屑的問題,按該思路,研制出了新型的“佳潤系列”超高速工作液,使得往復走絲機床最高切割效率正式進入了“300mm2/min”時代,并且已經挺進“400mm2/min”時代,這必將帶來往復走絲電火花線切割加工的一個新紀元! 可以預見,隨著超高速工作液的研制成功,結合嶄新的高頻脈沖電源及相關配套技術,往復走絲的切割效率將在不遠的將來進入“5”時代!
2) “2”時代效率瓶頸產生的原因:
       自從本世紀初以“佳潤系列”為代表的復合工作液產業化后,電火花線切割的切割效率得到了飛速的提高,切割速度一躍進入了“2”時代,但切割效率超過200mm2/min后,由于在大能量加工條件下,極間介質汽化嚴重,最終導致極間沒有足夠的工作介質將蝕除產物帶出切縫,從而使得200mm2/min以上切割速度的提升遭遇到瓶頸。
(a)  極間有充足工作液的切割情況 (b)  極間無充足工作液產生燒傷的情況
圖1  復合工作液加工正常切割表面及有燒傷表面示意
       圖1(a)為切割電流6A以內,極間有充足復合工作液的切割示意及工件切割后表面情況,此時切割表面色澤基本均勻,極間可以進行正常的放電;但當切割電流超過6A后,即切割效率超過150-200mm2/min后,工件表面將因為往復走絲的緣故,逐漸產生嚴重的交叉燒傷痕跡,如圖1(b)所示,并且如繼續增加放電能量,切割效率上升將十分緩慢,甚至不再升高,而工件表面燒傷則更加嚴重,且電極絲斷絲幾率大大升高。其主要原因在于隨著放電能量的增加,電極絲帶入切縫(單邊放電間隙0.01-0.02mm)的有限工作介質將被放電產生的巨大熱量瞬間汽化,導致極間,尤其是在電極絲出口區域(圖1(b)紅色區域)處于工作介質很少甚至無工作介質狀態,使該區域的冷卻、洗滌、排屑及消電離狀態惡化。由于工件和電極絲在該區域得不到及時的冷卻,并且排屑困難,從而使得工件表面產生嚴重燒傷,而電極絲的斷絲幾率也會大大增加,這就是高速往復走絲切割速度提升目前面臨的瓶頸。
3) “3”和“4”時代的實現:
       要實現切割速度的繼續提升,就必須在很高放電能量加工的同時,仍然維持極間存在足夠的液體工作介質,以起到保持極間維持正常放電、冷卻及消電離狀態。因此,新研制的“佳潤系列”超高速“H系列”工作液脫離了原來復合工作液的模式,采用了全新的高溶點、高汽化點介質并溶于水中以保障在高放電能量條件下,盡可能減少極間介質的汽化量,維持極間放電仍然處于充滿工作介質的狀態,傳統復合工作液與超高速工作液極間放電攜帶蝕除產物示意如圖2所示;此外由于大能量放電加工中,電極絲會受到能量巨大的正離子轟擊,導致電極絲損耗加大甚至斷絲,因此工作介質還要能起到保護電極絲作用,由此工作介質中采用了陽離子膠團保護技術,包裹住電極絲,并利用膠團保護膜自身的氣化帶走部分正離子轟擊電極絲后產生的熱量,使電極絲盡可能少受損傷,這樣電極絲承受放電能量的能力將大大提高,電極絲損耗顯著降低,同時斷絲幾率也大大下降,如圖3所示。由于保護層物質一直由工作液產生,因此能在整個加工過程中始終保護住電極絲少受損傷。
(a)   傳統復合工作液攜帶蝕除產物 (b)   超高速工作液攜帶蝕除產物
圖2  兩種工作液極間攜帶蝕除產物示意
圖3  電極絲表面保護原理示意圖
4) “3”和“4”時代實現的其他關鍵條件
圖4  大電流切割進電導絲示意圖
       進電在大能量加工條件下是一個十分關鍵的問題,首先,由于鉬絲不是良導體,自身存在比較大的電阻,這個電阻在加工電流比較小的情況下,對加工效率和穩定性影響不大,但一旦電流升高后,從進電點到加工區域段的電阻就會消耗較大的脈沖電源能量,而這個能量消耗還會導致電極絲發熱,加工效率降低;其次,進電的接觸點也會有接觸電阻,因此如果接觸面積過小,則此點接觸電阻將升高,在加工過程中發熱更加嚴重,必將大大增加鉬絲在進電點的損傷幾率;第三,鉬絲在走絲過程中,不可避免會有微弱的跳動,這種跳動一般肉眼不易察覺,但實際是存在的,一旦在進電點產生微弱的跳動,在小能量加工時對鉬絲危害不大,但在大能量加工時,一旦有微小的跳動,就會導致進電點接觸不穩定,且會因為跳火(往往人眼不易察覺)而導致斷絲。因此針對上述情況,對于切割電流超過10A的高效切割,建議按如圖4所示改進進電方式。
       首先,進電點前移,靠近加工區,以減少脈沖電源能量在鉬絲上的損耗;
       其次,為較少接觸電阻,需要盡可能大地增加進電的接觸面積,建議用大圓弧狀進電接觸方式進電,此外,為保持鉬絲與進電塊良好的接觸,應該定期檢查和更換接觸線段,一般建議加工50小時需要更換一次位置
       第三,為減少進電點發熱的情況,在進電處最好增加工作液冷卻
       第四,也是最關鍵一點,就是要維持進電點的穩定,不允許進電點產生跳動,因此建議采用圖4所示的進電塊壓在鉬絲上,而不是鉬絲掛在進電塊上的方式,以增加接觸點的可靠性,當然進電的方式是多種多樣的,但是一個原則就是必須可靠進電
5) 超高速工作液產品及使用建議
圖5  JR1H超高速復合工作液
       目前已經推出“佳潤系列”JR1H超高速工作液(圖5),近期還將推出性能更佳的JR3H超高速乳化膏以適應更廣泛的市場需求。
       兩種產品可以根據不同的加工需求,調節不同的配比濃度以適應不同的加工要求。
       JR1H超高速工作液一般推薦的配比濃度是1:10,如果切割電流超過10A,可以適當增加濃度,切割電流小于5A可以降低濃度;
       JR3H超高速乳化膏一般推薦的配比濃度是1:20,如果切割電流超過10A,可以適當增加濃度,切割電流小于5A可以降低濃度;
       配制上述產品時采用自來水即可,當然用純凈水更好,使用過程中沒有其他特殊要求,如果希望獲得更好的工藝效果及通過“中走絲”修刀獲得更高的表面質量,使用者還可以不斷摸索總結加工的工藝規律。
       超高速工作液切割效率的一般規律如圖6所示。
圖6  超高速工作液加工規律
超高速工作液無論是液體或膏體都遵循上述加工規律,因此建議線切割機床的加工電流選擇區域為:
  1. 快走絲:線臂進電塊進電方式,按液體1:10,膏體1:20,工作電流至少>5A(該類機床一般最大加工電流在6-8A);
  2. 中走絲:線臂進電塊進電方式,按液體1:10,膏體1:20,工作電流>6-8A (該類機床一般最大加工電流在10A以內);
  3. 改進型中走絲:進電點前移且冷卻,按液體1:5-10,膏體1:10-20,工作電流>10-15A;
  4. 特殊機型:進電點前移且冷卻,按液體1:5,膏體1:10,工作電流>15-20A。
6) “佳潤”超高速產品切割示例
表1  杭州華方“快走絲”6.5A切割情況(JR1H)
           注:傳統線臂上進電塊進電方式
表2  杭州華方“中走絲” 8.5A切割情況(JR1H)
           注:傳統線臂上進電塊進電方式
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