線切割絕緣介質收納系統的改進設計

袁根華，朱洪雷

（廣州工程技術職業學院機電工程學院，廣州 510075）

0 引言

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

1 線切割絕緣介質現有收納系統缺點的分析

線切割加工過程中，為了保障絕緣介質的循環利用，絕緣介質的收納系統必須滿足有效通暢收集與有效過濾這2個條件?，F有的快走絲線切割收納系統包括首先接受來自放電區域下方的工作臺介質收納池、工作臺液池落水管、床身介質收納池、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水箱，如圖1所示。

1.1 現有絕緣介質收納系統存在收集絕緣介質不通暢的問題

上、下噴水裝置噴灑出的絕緣水基介質通過電極及工件的放電加工區后，最后都灑落于工作臺上，通過工作臺介質收納池的液槽匯集起來，因此加工時工作臺介質收納池存在大量的絕緣介質液體。如圖2所示，由于結構限制，液槽深度較淺，液槽寬度也不大，液槽數量縱向有4條，其中1條被工作臺擋水板從中阻擋，橫向有2條，都在工作臺的一頭一尾，也被工作臺擋水板從中阻擋。1條下水管道開在工作臺右側橫向液槽的中間，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量，絕緣介質進入加工放電區的數量越多越好，但工作臺現有的介質收集與排送結構設計明顯排液不通暢，介質流動不暢，絕緣介質量一旦稍微增大，工作臺上的絕緣介質除了注入機床床身介質收納池外，也會溢出到地面，不僅浪費絕緣介質，還會污染地面環境。

圖2 快走絲線切割絕緣介質收納系統現有的工作臺收納池3D示意圖

此外，工件安裝于工作臺上的導軌平面上，加工時工作臺會隨著X、Y軸方向的動力拖把左右前后數控化運動，從而加工出上下為平面、四周為直紋的曲面。上、下絕緣介質的噴水裝置（噴水板與噴水嘴）位置相對工作臺來說盡管各時間點上位置不定，但總體是處于中間的概率大，因此從工作臺中點向四周流出的介質量基本相同，而1條下水管道卻只開在工作臺的右側，造成工作臺左右分液不均，左側溢出絕緣介質的概率比例大大高于右側的。

從圖1還可見，右側介質落水管直接將有殘渣的介質排入水箱，而水箱除了絕緣介質的收集作用外，同時也要通過水泵向線切割的上、下噴水裝置提供潔凈的絕緣介質，這就造成水泵提供的新鮮絕緣介質中可能包含較多剛剛注入且來不及沉淀的介質殘渣。

1.2 現有絕緣介質收納系統存在沉淀絕緣介質不徹底的問題

線切割加工過程中，鉬絲電極與被加工工件在脈沖腐蝕放電時，會不斷有微量金屬從工件和電極上經放電產生的高溫蝕除，而被絕緣介質冷卻，以粉末狀態進入絕緣介質液體中，最終匯入介質收納的水箱中?，F有的介質收納水箱對絕緣介質實際上起著2個作用：1）水基絕緣介質的收集終點與輸出傳送起點作用，將經過一次放電加工的絕緣水基介質收集存放在體積較大的水箱體內，再由泵送機構將沉淀好的絕緣介質輸送給機床噴水裝置再次進入放電加工區中；2）介質收納水箱將經過一次放電加工、包含有粉末殘渣的絕緣水基介質匯集起來，經過一定時間的沉淀，使從水箱中泵送出去的絕緣介質是潔凈的。

絕緣介質水箱同時承擔兩種功能會導致泵送出去的絕緣介質帶有較多的金屬粉末殘渣，原因是：1）剛剛進入水箱的絕緣介質還沒有來得及沉淀就可能再次被泵送到介質提供系統中；2）泵送機構的作用使得介質在箱體內有向上的吸附運動導致沉淀物再次被吸入而被泵送到放電區域使用。進入加工區的絕緣介質因含有能夠干涉放電的金屬粒子，不僅介質絕緣電阻降低且不穩定，還會使得放電區域增加大量的二次放電現象，使得放電效果差，加工質量差，加工效率低，甚至會引起短路斷絲等現象。

介質收納水箱承擔2種功能的第2個不利因素是不容易集中處理水箱中的沉淀殘渣，水箱里加滿絕緣水基介質后質量達到幾百公斤；另外，一般為了清除殘渣就必須全部倒掉絕緣介質，絕緣介質的充分再利用價值少，且易污染環境。

2 線切割絕緣介質收納系統的改進設計

根據上述對于絕緣介質收納系統在絕緣介質放電完畢后收集與沉淀功能兩個方面的不足的分析，本文進行了改進設計。

2.1 絕緣介質收納系統收集功能的改進設計

該改進設計是為實現絕緣介質收集的有效通暢性：1）在工作臺右側下水管道的左側對稱位置增開一條下水管道，使得絕緣介質流出工作臺介質收納池的通道增大了1倍；2）將工作臺擋水板左右兩側靠近液槽的下水管道處挖出方槽，避開下水管口；為防止擋水板放反方向，擋水板上下均開同樣的避水方槽。絕緣介質收納系統收集功能改進設計如圖3所示。

圖3 快走絲線切割絕緣介質收納系統收集功能的改進設計3D示意圖

工作臺左右對稱位置均開下水管道，可以讓放電區域中流下的絕緣介質快速離開工作臺收納池，且實現了工作臺介質池的左右均衡排放絕緣介質；工作臺擋水板在下水管道相應位置加開避水方槽，避免了擋水板對于下水管道的阻塞，有利于加大排液量。2處改進設計使得排液更加便利通暢，在保證不讓絕緣介質溢出到地面的情況下，加大了工件放電加工區絕緣介質的數量，從而提高效率與加工質量。此外，工作臺絕緣介質收納池兩端下水管道采用能夠伸長、收縮變形的波紋管，可以在工作臺左右、前后加工運動時不影響絕緣介質的排放。波紋管頭部設計了抓夾裝置，可保證排水口位置在工作臺數控化運動時，不至于離開床身介質收納池，再次確保絕緣介質不會因落水管原因而溢出到地面。

2.2 絕緣介質收納系統沉淀功能的改進設計

該改進設計是為了實現絕緣介質沉淀的有效性，保證從介質收納水箱中輸出的是潔凈的絕緣介質。工作臺絕緣介質收納池兩側的下水管道通過波紋管排入機床床身的介質收納池中（如圖3），介質不再從工作臺介質收納池一側下水管直通介質收納水箱。徹底分離開現有介質收納水箱的功能，現有的介質收納水箱只起著介質收納終點與輸出起點作用，絕緣介質的沉淀功能則需另外單獨設計。

單獨的沉淀裝置由過濾沉淀箱與過濾泡沫塑料組成（如圖4），設計的過濾沉淀箱安裝放置在機床床身原有的已經擴大的介質收納池沉淀槽中（如圖3），床身收納池沉淀槽的長和寬與過濾沉淀箱的長和寬相同，四周壁面的拔模角度與過濾沉淀箱的四周壁面拔模角度相同，因此彼此的貼合良好，殘渣不易進入兩者的接觸面之間；過濾沉淀箱的箱高（除兩側提耳外）低于床身收納液池面，因此絕緣介質會從床身液池各向自然注入過濾沉淀箱中。

圖4 快走絲線切割絕緣介質收納系統的介質沉淀裝置3D示意圖

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

圖5 快走絲線切割絕緣介質收納系統的介質沉淀裝置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°拔模角部分與過濾介質沉淀箱配合，底部設計了一個收集已經過濾沉淀后的干凈絕緣介質的匯集區域，以便讓其側面開出的2個落水管道將絕緣介質注入介質收納水箱中，如圖6所示。

圖6 快走絲線切割絕緣介質收納系統床身收納池沉淀槽高度方向設計2D示意圖

因為過濾沉淀裝置放置了一塊多微孔、有過濾功能的泡沫塑料，起到了過濾沉淀絕緣介質中粉塵殘渣的作用，經過此過濾沉淀裝置的過濾沉淀后，干凈的絕緣介質再進入介質收納水箱，使得介質收納水箱中泵送出去的絕緣介質潔凈程度得到大大提高，從而提高了加工效率、加工質量，減少了事故頻率，提高了絕緣介質重復利用率，減少了環境污染。

此外，該過濾沉淀裝置結構簡單，兩端有提耳設計，拆裝方便，便于每班及時清洗，進一步提高了絕緣介質的干凈程度，也提高了介質的利用率。

3 結語

脈沖放電線切割加工中，放電區域中充滿絕緣介質是加工的必要條件之一，要保證加工中絕緣介質提供系統向加工區域中提供大量充分潔凈的絕緣介質，這是提高加工質量與加工效率的關鍵，而絕緣介質收納系統中的收集與沉淀功能是否良好是前者實現的重要保障。通過改進工作臺絕緣介質收納池的結構，以及分離介質收納水箱收集、沉淀兩個功能，使得絕緣介質的收納系統的介質收集更加通暢，沉淀更加徹底。