線切割絕緣介質(zhì)收納系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

袁根華，朱洪雷

（廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣州 510075）

0 引言

電脈沖線切割加工時(shí)除了需要穩(wěn)定的脈沖能源、穩(wěn)定的放電間隙外，在放電加工的區(qū)域中也必須具備持續(xù)不斷的電阻值穩(wěn)定、清潔度高的絕緣介質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)的放電加工，確保加工質(zhì)量與加工效率。由于絕緣介質(zhì)在機(jī)床中是不斷循環(huán)使用的，而放電加工后存在許多微粒狀的金屬粉塵脫離工件進(jìn)入絕緣介質(zhì)，如果含有金屬粉塵顆粒的不潔凈絕緣介質(zhì)再次進(jìn)入到放電區(qū)域，絕緣介質(zhì)擊穿放電的電阻值將不穩(wěn)定，影響放電效果和加工效率，另外，放電區(qū)域可能增加許多二次放電，影響加工質(zhì)量[1-5]。如果要求絕緣介質(zhì)系統(tǒng)提供的絕緣介質(zhì)再次進(jìn)入放電區(qū)域時(shí)保持電阻值穩(wěn)定、清潔度高（介質(zhì)中所含金屬等粉塵少），整個(gè)加工過(guò)程中提供的絕緣介質(zhì)量多且穩(wěn)定，則絕緣介質(zhì)的收納系統(tǒng)必須要順暢地收集來(lái)自于放電區(qū)域完成放電加工的絕緣介質(zhì)，并且快速有效地過(guò)濾、沉淀絕緣介質(zhì)中的微粒粉塵。

1 線切割絕緣介質(zhì)現(xiàn)有收納系統(tǒng)缺點(diǎn)的分析

線切割加工過(guò)程中，為了保障絕緣介質(zhì)的循環(huán)利用，絕緣介質(zhì)的收納系統(tǒng)必須滿足有效通暢收集與有效過(guò)濾這2個(gè)條件?，F(xiàn)有的快走絲線切割收納系統(tǒng)包括首先接受來(lái)自放電區(qū)域下方的工作臺(tái)介質(zhì)收納池、工作臺(tái)液池落水管、床身介質(zhì)收納池、床身液池落水管及具有沉淀與總收集雙重作用的絕緣介質(zhì)水箱，如圖1所示。

1.1 現(xiàn)有絕緣介質(zhì)收納系統(tǒng)存在收集絕緣介質(zhì)不通暢的問(wèn)題

上、下噴水裝置噴灑出的絕緣水基介質(zhì)通過(guò)電極及工件的放電加工區(qū)后，最后都灑落于工作臺(tái)上，通過(guò)工作臺(tái)介質(zhì)收納池的液槽匯集起來(lái)，因此加工時(shí)工作臺(tái)介質(zhì)收納池存在大量的絕緣介質(zhì)液體。如圖2所示，由于結(jié)構(gòu)限制，液槽深度較淺，液槽寬度也不大，液槽數(shù)量縱向有4條，其中1條被工作臺(tái)擋水板從中阻擋，橫向有2條，都在工作臺(tái)的一頭一尾，也被工作臺(tái)擋水板從中阻擋。1條下水管道開(kāi)在工作臺(tái)右側(cè)橫向液槽的中間，15 mm的直徑不大，且又被擋水板從中阻擋。為保證加工放電充分與加工質(zhì)量，絕緣介質(zhì)進(jìn)入加工放電區(qū)的數(shù)量越多越好，但工作臺(tái)現(xiàn)有的介質(zhì)收集與排送結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)明顯排液不通暢，介質(zhì)流動(dòng)不暢，絕緣介質(zhì)量一旦稍微增大，工作臺(tái)上的絕緣介質(zhì)除了注入機(jī)床床身介質(zhì)收納池外，也會(huì)溢出到地面，不僅浪費(fèi)絕緣介質(zhì)，還會(huì)污染地面環(huán)境。

圖2 快走絲線切割絕緣介質(zhì)收納系統(tǒng)現(xiàn)有的工作臺(tái)收納池3D示意圖

此外，工件安裝于工作臺(tái)上的導(dǎo)軌平面上，加工時(shí)工作臺(tái)會(huì)隨著X、Y軸方向的動(dòng)力拖把左右前后數(shù)控化運(yùn)動(dòng)，從而加工出上下為平面、四周為直紋的曲面。上、下絕緣介質(zhì)的噴水裝置（噴水板與噴水嘴）位置相對(duì)工作臺(tái)來(lái)說(shuō)盡管各時(shí)間點(diǎn)上位置不定，但總體是處于中間的概率大，因此從工作臺(tái)中點(diǎn)向四周流出的介質(zhì)量基本相同，而1條下水管道卻只開(kāi)在工作臺(tái)的右側(cè)，造成工作臺(tái)左右分液不均，左側(cè)溢出絕緣介質(zhì)的概率比例大大高于右側(cè)的。

從圖1還可見(jiàn)，右側(cè)介質(zhì)落水管直接將有殘?jiān)慕橘|(zhì)排入水箱，而水箱除了絕緣介質(zhì)的收集作用外，同時(shí)也要通過(guò)水泵向線切割的上、下噴水裝置提供潔凈的絕緣介質(zhì)，這就造成水泵提供的新鮮絕緣介質(zhì)中可能包含較多剛剛注入且來(lái)不及沉淀的介質(zhì)殘?jiān)?/p>

1.2 現(xiàn)有絕緣介質(zhì)收納系統(tǒng)存在沉淀絕緣介質(zhì)不徹底的問(wèn)題

線切割加工過(guò)程中，鉬絲電極與被加工工件在脈沖腐蝕放電時(shí)，會(huì)不斷有微量金屬?gòu)墓ぜ碗姌O上經(jīng)放電產(chǎn)生的高溫蝕除，而被絕緣介質(zhì)冷卻，以粉末狀態(tài)進(jìn)入絕緣介質(zhì)液體中，最終匯入介質(zhì)收納的水箱中?，F(xiàn)有的介質(zhì)收納水箱對(duì)絕緣介質(zhì)實(shí)際上起著2個(gè)作用：1）水基絕緣介質(zhì)的收集終點(diǎn)與輸出傳送起點(diǎn)作用，將經(jīng)過(guò)一次放電加工的絕緣水基介質(zhì)收集存放在體積較大的水箱體內(nèi)，再由泵送機(jī)構(gòu)將沉淀好的絕緣介質(zhì)輸送給機(jī)床噴水裝置再次進(jìn)入放電加工區(qū)中；2）介質(zhì)收納水箱將經(jīng)過(guò)一次放電加工、包含有粉末殘?jiān)慕^緣水基介質(zhì)匯集起來(lái)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的沉淀，使從水箱中泵送出去的絕緣介質(zhì)是潔凈的。

絕緣介質(zhì)水箱同時(shí)承擔(dān)兩種功能會(huì)導(dǎo)致泵送出去的絕緣介質(zhì)帶有較多的金屬粉末殘?jiān)?，原因是?）剛剛進(jìn)入水箱的絕緣介質(zhì)還沒(méi)有來(lái)得及沉淀就可能再次被泵送到介質(zhì)提供系統(tǒng)中；2）泵送機(jī)構(gòu)的作用使得介質(zhì)在箱體內(nèi)有向上的吸附運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致沉淀物再次被吸入而被泵送到放電區(qū)域使用。進(jìn)入加工區(qū)的絕緣介質(zhì)因含有能夠干涉放電的金屬粒子，不僅介質(zhì)絕緣電阻降低且不穩(wěn)定，還會(huì)使得放電區(qū)域增加大量的二次放電現(xiàn)象，使得放電效果差，加工質(zhì)量差，加工效率低，甚至?xí)鸲搪窋嘟z等現(xiàn)象。

介質(zhì)收納水箱承擔(dān)2種功能的第2個(gè)不利因素是不容易集中處理水箱中的沉淀殘?jiān)?，水箱里加滿絕緣水基介質(zhì)后質(zhì)量達(dá)到幾百公斤；另外，一般為了清除殘?jiān)捅仨毴康沟艚^緣介質(zhì)，絕緣介質(zhì)的充分再利用價(jià)值少，且易污染環(huán)境。

2 線切割絕緣介質(zhì)收納系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述對(duì)于絕緣介質(zhì)收納系統(tǒng)在絕緣介質(zhì)放電完畢后收集與沉淀功能兩個(gè)方面的不足的分析，本文進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。

2.1 絕緣介質(zhì)收納系統(tǒng)收集功能的改進(jìn)設(shè)計(jì)

該改進(jìn)設(shè)計(jì)是為實(shí)現(xiàn)絕緣介質(zhì)收集的有效通暢性：1）在工作臺(tái)右側(cè)下水管道的左側(cè)對(duì)稱位置增開(kāi)一條下水管道，使得絕緣介質(zhì)流出工作臺(tái)介質(zhì)收納池的通道增大了1倍；2）將工作臺(tái)擋水板左右兩側(cè)靠近液槽的下水管道處挖出方槽，避開(kāi)下水管口；為防止擋水板放反方向，擋水板上下均開(kāi)同樣的避水方槽。絕緣介質(zhì)收納系統(tǒng)收集功能改進(jìn)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 快走絲線切割絕緣介質(zhì)收納系統(tǒng)收集功能的改進(jìn)設(shè)計(jì)3D示意圖

工作臺(tái)左右對(duì)稱位置均開(kāi)下水管道，可以讓放電區(qū)域中流下的絕緣介質(zhì)快速離開(kāi)工作臺(tái)收納池，且實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)介質(zhì)池的左右均衡排放絕緣介質(zhì)；工作臺(tái)擋水板在下水管道相應(yīng)位置加開(kāi)避水方槽，避免了擋水板對(duì)于下水管道的阻塞，有利于加大排液量。2處改進(jìn)設(shè)計(jì)使得排液更加便利通暢，在保證不讓絕緣介質(zhì)溢出到地面的情況下，加大了工件放電加工區(qū)絕緣介質(zhì)的數(shù)量，從而提高效率與加工質(zhì)量。此外，工作臺(tái)絕緣介質(zhì)收納池兩端下水管道采用能夠伸長(zhǎng)、收縮變形的波紋管，可以在工作臺(tái)左右、前后加工運(yùn)動(dòng)時(shí)不影響絕緣介質(zhì)的排放。波紋管頭部設(shè)計(jì)了抓夾裝置，可保證排水口位置在工作臺(tái)數(shù)控化運(yùn)動(dòng)時(shí)，不至于離開(kāi)床身介質(zhì)收納池，再次確保絕緣介質(zhì)不會(huì)因落水管原因而溢出到地面。

2.2 絕緣介質(zhì)收納系統(tǒng)沉淀功能的改進(jìn)設(shè)計(jì)

該改進(jìn)設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)絕緣介質(zhì)沉淀的有效性，保證從介質(zhì)收納水箱中輸出的是潔凈的絕緣介質(zhì)。工作臺(tái)絕緣介質(zhì)收納池兩側(cè)的下水管道通過(guò)波紋管排入機(jī)床床身的介質(zhì)收納池中（如圖3），介質(zhì)不再?gòu)墓ぷ髋_(tái)介質(zhì)收納池一側(cè)下水管直通介質(zhì)收納水箱。徹底分離開(kāi)現(xiàn)有介質(zhì)收納水箱的功能，現(xiàn)有的介質(zhì)收納水箱只起著介質(zhì)收納終點(diǎn)與輸出起點(diǎn)作用，絕緣介質(zhì)的沉淀功能則需另外單獨(dú)設(shè)計(jì)。

單獨(dú)的沉淀裝置由過(guò)濾沉淀箱與過(guò)濾泡沫塑料組成（如圖4），設(shè)計(jì)的過(guò)濾沉淀箱安裝放置在機(jī)床床身原有的已經(jīng)擴(kuò)大的介質(zhì)收納池沉淀槽中（如圖3），床身收納池沉淀槽的長(zhǎng)和寬與過(guò)濾沉淀箱的長(zhǎng)和寬相同，四周壁面的拔模角度與過(guò)濾沉淀箱的四周壁面拔模角度相同，因此彼此的貼合良好，殘?jiān)灰走M(jìn)入兩者的接觸面之間；過(guò)濾沉淀箱的箱高（除兩側(cè)提耳外）低于床身收納液池面，因此絕緣介質(zhì)會(huì)從床身液池各向自然注入過(guò)濾沉淀箱中。

圖4 快走絲線切割絕緣介質(zhì)收納系統(tǒng)的介質(zhì)沉淀裝置3D示意圖

該過(guò)濾沉淀裝置底部開(kāi)有直徑為5 mm的密集排孔，過(guò)濾沉淀裝置底面上放置一塊多微孔的有過(guò)濾功能的泡沫塑料，高度低于過(guò)濾沉淀箱的壁高，如圖5所示。

圖5 快走絲線切割絕緣介質(zhì)收納系統(tǒng)的介質(zhì)沉淀裝置2D示意圖

床身收納池沉淀槽在高度上分為2段，其中上段1.5°拔模角部分與過(guò)濾介質(zhì)沉淀箱配合，底部設(shè)計(jì)了一個(gè)收集已經(jīng)過(guò)濾沉淀后的干凈絕緣介質(zhì)的匯集區(qū)域，以便讓其側(cè)面開(kāi)出的2個(gè)落水管道將絕緣介質(zhì)注入介質(zhì)收納水箱中，如圖6所示。

圖6 快走絲線切割絕緣介質(zhì)收納系統(tǒng)床身收納池沉淀槽高度方向設(shè)計(jì)2D示意圖

因?yàn)檫^(guò)濾沉淀裝置放置了一塊多微孔、有過(guò)濾功能的泡沫塑料，起到了過(guò)濾沉淀絕緣介質(zhì)中粉塵殘?jiān)淖饔?，?jīng)過(guò)此過(guò)濾沉淀裝置的過(guò)濾沉淀后，干凈的絕緣介質(zhì)再進(jìn)入介質(zhì)收納水箱，使得介質(zhì)收納水箱中泵送出去的絕緣介質(zhì)潔凈程度得到大大提高，從而提高了加工效率、加工質(zhì)量，減少了事故頻率，提高了絕緣介質(zhì)重復(fù)利用率，減少了環(huán)境污染。

此外，該過(guò)濾沉淀裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，兩端有提耳設(shè)計(jì)，拆裝方便，便于每班及時(shí)清洗，進(jìn)一步提高了絕緣介質(zhì)的干凈程度，也提高了介質(zhì)的利用率。

3 結(jié)語(yǔ)

脈沖放電線切割加工中，放電區(qū)域中充滿絕緣介質(zhì)是加工的必要條件之一，要保證加工中絕緣介質(zhì)提供系統(tǒng)向加工區(qū)域中提供大量充分潔凈的絕緣介質(zhì)，這是提高加工質(zhì)量與加工效率的關(guān)鍵，而絕緣介質(zhì)收納系統(tǒng)中的收集與沉淀功能是否良好是前者實(shí)現(xiàn)的重要保障。通過(guò)改進(jìn)工作臺(tái)絕緣介質(zhì)收納池的結(jié)構(gòu)，以及分離介質(zhì)收納水箱收集、沉淀兩個(gè)功能，使得絕緣介質(zhì)的收納系統(tǒng)的介質(zhì)收集更加通暢，沉淀更加徹底。