CN109396581A - 一种导体材料的切割装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工件切割的技术领域，具体涉及一种导体材料的切割装置。本发明的目的是要克服现有电火花切割技术切割工件表面质量不高的问题。为达到本发明的目的，本发明提供了一种多线电极丝切割工件的装置，使用低电阻率的去离子水作为电解液，用多线电极丝作为刀具在同一位置切割工件。本发明将电解加工和电火花切割技术结合起来，能够去除电火花切割工件后工件表面的凹坑和重铸层，提高电火花切割工件的表面质量。本发明适用于所有导电材料的切割，适用范围广。

Description

一种导体材料的切割装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及工件切割的技术领域，具体涉及一种导体材料的切割装置及其工作方法。
背景技术
在导体材料的切割技术中，电火花切割技术是一种常见的切割技术，在工程中有着广泛的应用。由于在加工过程中，刀具（线电极）和工件并不需要接触，没有接触力的产生，在切割工件时可以忽略工件的硬度，因此电火花切割技术被越来越多的用来切割诸如硬度很高的合金等难加工材料。
电火花加工是基于电极和工件之间的热电能。加工中，工件和电极之间保证有一定的间隙从而使得工件和电极之间的脉冲电压能够将电解液电离，在间隙的电解液中，产生很短的脉冲放电，通过熔化和气化的方式蚀除工件的材料。由于电火花的这种加工特点，加工完成后的工件表面由无数的电火花蚀除材料后留下的小凹坑组成，因此电火花加工后的工件表面质量一般。在脉冲放电的间隙，熔化瞬间停止，所有熔化的材料又重新凝固在材料的表面，形成了很薄的一层，称之为重铸层。重铸层中有很多微小的加工缺陷，例如微小孔和微裂纹。因为重铸层可以影响工件的疲劳强度，所以在航空领域中，一些比较重要的零件不允许使用电火花加工。可见，在使用电火花加工工件时面临的问题之一，就是工件表面的凹坑和重铸层导致的工件表面质量不高的问题，即使使用了优化的加工参数。
发明内容
本发明为解决电火花切割工件后工件表面有凹坑和重铸层导致工件表面质量不高的问题，提供一种导体材料的切割装置及其工作方法。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种导体材料的切割装置，包括机床工作台，所述的机床工作台的一侧端设置有滚丝筒支架，滚筒支架上设置有滚丝筒；另一侧端上设置有相叠加的工件上工作台和工件下工作台；工件通过机床卡盘设置于工件上工作台上，并且工件上下工作台可以带动机床卡盘和工件沿着X和Y轴方向移动；其特征在于：所述的机床工作台的中间设置有导轮下支架，导轮下支架的一侧设置有立柱，所述的立柱的上端设置有导轮上支架，所述的导轮上支架和导轮下支架上分别设置有若干个导轮，导轮和滚筒丝上绕设有闭合的电极丝，使电极丝形成至少5条线；所述的电极丝与工件之间设置直流脉冲电源，工件连接直流脉冲电源的阳极，电极丝连接直流脉冲电源的阴极。
所述的电极丝的材料为钼丝。
一种导体材料的切割装置的工作方法，其特征在于：所述的工作方法为：
步骤1：调配电阻率为0.5MΩcm到 5MΩcm的去离子水作为电解液，电解液具有微弱的电化学作用，直流脉冲电源的脉冲电压能够击穿电解液产生火花放电，电解液喷嘴将去离子水喷射到工件和电极丝之间；
步骤2：调整加工参数，使得脉冲电压90V-150V，电压脉宽为5μs-20μs、电源频率为10KHz -100KHz，多线电极丝在电机的带动下旋转，工件向电极丝的方向进给进行切割，在进给到第一电极丝和第二电极丝的时候进行电火花切割，在进给到第三电极丝、第四电极丝和第五电极丝处进行电解加工，溶解掉电火花切割工件后工件表面留下的凹坑和重铸层,提高工件表面质量。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本发明通过选用去离子水为电解液，同时使用多线电极丝作为阴极刀具，将电火花切割和电解阳极溶解结合在一起，能够在一次切割过程中去除电火花切割后工件表面的凹坑和重铸层，提高电火花切割工件的表面质量；
2、本发明中，电极丝只需要进行一次进给即可完成切割，因此在提高表面质量的同时，并没有降低切割效率；同时，本发明只需将普通电火花切割设备中使用的电极丝改造为本发明设计的至少5条电极丝，并没有显著增加切割的成本；
3、本发明操作简单，除了使用低电阻率的去离子水和使用本发明提出的多线电极丝之外，加工参数仍然使用普通的电火花切割参数即可，工业化推广前景广阔；
4、本发明适用于所有导电材料的切割，适用范围广。
附图说明
图1 本发明切割机床示意图；
图2本发明多条电极丝切割装置示意图；
图3加工表面对比：（a）普通电火花切割工件表面；（b）多线电极丝切割工件表面；
图4多条电极丝在同一位置切割工件示意图：（a）多条电极丝在同一位置切割工件三维示意图；（b）多条电极丝在同一位置切割工件二维示意图；
图5多条电极丝切割工件原理图：
（a）切缝宽度（d）小于火花放电最大距离（Dmax），加工方式为电火花加工；
（b）切缝宽度（d）等于火花放电最大距离（Dmax），加工方式主要为电火花加工；
（c）切缝宽度（d）大于火花放电最大距离（Dmax），加工方式为电解加工；
（d）第三、第四、第五电极丝采用电解加工方式溶解重铸层。
图中：1：机床工作台；2：滚丝筒支架；3：滚丝筒；4：电极丝（阴极）；5：导轮上支架；6：导轮；7：立柱；8：喷嘴；9：电解液；10：机床卡盘；11：工件（阳极）；12：工件上工作台；13：直流脉冲电源；14：工件下工作台；15：导轮下支架。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明采用多线电极丝装置代替普通电火花电极丝切割装置进行工件切割，只需要进给一次，就可以同时结合电火花切割和电解加工，达到提高电火花切割工件表面质量的目的。
本实施例提供一种导体材料的切割装置（参见图1和图2），包括机床工作台1，所述的机床工作台1的一侧端设置有滚丝筒支架2，滚筒支架2上设置有滚丝筒3；另一侧端上设置有相叠加的工件上工作台12和工件下工作台14；工件11通过机床卡盘10设置于工件上工作台12上，并且工件上下工作台可以带动机床卡盘10和工件11沿着X和Y轴方向移动；所述的机床工作台1的中间设置有导轮下支架15，导轮下支架15的一侧设置有立柱7，所述的立柱7的上端设置有导轮上支架5，所述的导轮上支架5和导轮下支架15上分别设置有相对称的5对导轮，导轮和滚筒丝3上绕设有闭合的电极丝4，使电极丝4形成5条平行线；所述的工件与电机丝4之间的斜上角有机床喷嘴8，所述的电极丝4与工件11之间设置直流脉冲电源13，工件13连接直流脉冲电源13的阳极，电极丝连接直流脉冲电源13的阴极。
所述的电极丝4的材料为钼丝，直径为0.18mm。
一种导体材料的切割装置的工作方法为：
步骤1：调配电阻率为0.5MΩcm到 5MΩcm的去离子水作为电解液，电解液具有微弱的电化学作用，直流脉冲电源13的脉冲电压能够击穿电解液产生火花放电，电解液喷嘴8将去离子水9喷射到工件11和电极丝4之间；
步骤2：调整加工参数，使得脉冲电压90V-150V，电压脉宽为5μs-20μs、电源频率为10KHz -100KHz，电机通过带动滚丝筒旋转，使电极丝旋转，工件11向电极丝的方向进给进行切割，在进给到第一电极丝和第二电极丝的时候进行电火花切割，在进给到第三电极丝、第四电极丝和第五电极丝处进行电解加工，溶解掉电火花切割工件后工件表面留下的凹坑和重铸层。
本发明的具体工作过程（参见图4）：
开始切割后，工件11缓慢进给靠近第一电极丝时，当第一电极丝和阳极工件11两级间的距离小于火花放电的最大距离后，脉冲电压将电解液击穿，电火花开始放电，此时切割方式是电火花切割。第一电极丝开始将工件切割开，如图5（a）所示。
由于电极丝在切割过程中持续放电去除材料，工件的切缝逐渐增大，但此时工件切缝并没有增大到电火花放电的最大距离（Dmax），因此，当第二电极丝进给时，第二电极丝和工件之间仍然有火花的产生，切割方式仍然采用的是电火花切割，如图5（b）所示。
随着工件的切缝继续增大，当切缝增大到超过电火花放电的最大距离（Dmax）时，阴阳两级之间停止放电，火花消失，由于电解液是低电阻率的去离子水，具有微弱的电解作用，此时，当第三、第四、第五电极丝开始进给时，此时的加工方式为电解加工，如图5（c）和（d）所示。三条电极丝依据电解的阳极溶解原理，溶解掉电火花切割工件后工件表面留下的凹坑和重铸层，提高表面质量。选择三条电极丝进行阳极溶解，是因为阳极溶解的溶解效率并不高，如果只采用一条电极丝则不能将重铸层完全溶解掉，采用三条电极丝分别按顺序进给，依次对重铸层进行溶解，可以将大部分重铸层溶解掉，极大的提高表面质量。
图3（a）为采用普通的电火花切割技术，使用一条电极丝切割后的工件表面，可以看出，表面布满着再结晶的材料，表面质量一般。图3（b）为采用本发明的多线电极丝装置后，其它加工参数不做任何改变，工件被切割完后的表面，可以看到工件表面上再结晶的物质已经被溶解去除，表面质量得到了大幅提高。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种导体材料的切割装置，包括机床工作台（1），所述的机床工作台（1）的一侧端设置有滚丝筒支架（2），滚筒支架（2）上设置有滚丝筒（3）；另一侧端上设置有相叠加的工件上工作台（12）和工件下工作台（14）；工件（11）通过机床卡盘（10）设置于工件上工作台（12）上，并且工件上下工作台可以带动机床卡盘（10）和工件（11）沿着X和Y轴方向移动；其特征在于：所述的机床工作台（1）的中间设置有导轮下支架（15），导轮下支架（15）的一侧设置有立柱（7），所述的立柱（7）的上端设置有导轮上支架（5），所述的导轮上支架（5）和导轮下支架（15）上分别设置有若干个导轮，导轮和滚筒丝（3）上绕设有闭合的电极丝（4），使电极丝（4）形成至少5条线；所述的电极丝（4）与工件（11）之间设置直流脉冲电源（13），工件（13）连接直流脉冲电源（13）的阳极，电极丝连接直流脉冲电源（13）的阴极。
2.根据权利要求1所述的一种导体材料的切割装置，其特征在于：所述的电极丝（4）的材料为钼丝。
3.根据权利要求1所述的一种导体材料的切割装置的工作方法，其特征在于：所述的工作方法为：
步骤1：调配电阻率为0.5MΩcm到 5MΩcm的去离子水作为电解液，电解液具有微弱的电化学作用，直流脉冲电源（13）的脉冲电压能够击穿电解液产生火花放电，电解液喷嘴（8）将去离子水（9）喷射到工件（11）和电极丝（4）之间；
步骤2：调整加工参数，使得脉冲电压90V-150V，电压脉宽为5μs-20μs、电源频率为10KHz -100KHz，多线电极丝在电机的带动下旋转，工件（11）向电极丝的方向进给进行切割，在进给到第一电极丝和第二电极丝的时候进行电火花切割，在进给到第三电极丝、第四电极丝和第五电极丝处进行电解加工，溶解掉电火花切割工件后工件表面留下的凹坑和重铸层,提高工件表面质量。
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