袁根华，朱洪雷

（广州工程技术职业学院机电工程学院，广州 510075）

0 引言

电脉冲线切割加工时除了需要稳定的脉冲能源、稳定的放电间隙外，在放电加工的区域中也必须具备持续不断的电阻值稳定、清洁度高的绝缘介质，从而实现稳定持续的放电加工，确保加工质量与加工效率。由于绝缘介质在机床中是不断循环使用的，而放电加工后存在许多微粒状的金属粉尘脱离工件进入绝缘介质，如果含有金属粉尘颗粒的不洁净绝缘介质再次进入到放电区域，绝缘介质击穿放电的电阻值将不稳定，影响放电效果和加工效率，另外，放电区域可能增加许多二次放电，影响加工质量[1-5]。如果要求绝缘介质系统提供的绝缘介质再次进入放电区域时保持电阻值稳定、清洁度高（介质中所含金属等粉尘少），整个加工过程中提供的绝缘介质量多且稳定，则绝缘介质的收纳系统必须要顺畅地收集来自于放电区域完成放电加工的绝缘介质，并且快速有效地过滤、沉淀绝缘介质中的微粒粉尘。

1 线切割绝缘介质现有收纳系统缺点的分析

线切割加工过程中，为了保障绝缘介质的循环利用，绝缘介质的收纳系统必须满足有效通畅收集与有效过滤这2个条件。现有的快走丝线切割收纳系统包括首先接受来自放电区域下方的工作台介质收纳池、工作台液池落水管、床身介质收纳池、床身液池落水管及具有沉淀与总收集双重作用的绝缘介质水箱，如图1所示。

1.1 现有绝缘介质收纳系统存在收集绝缘介质不通畅的问题

上、下喷水装置喷洒出的绝缘水基介质通过电极及工件的放电加工区后，最后都洒落于工作台上，通过工作台介质收纳池的液槽汇集起来，因此加工时工作台介质收纳池存在大量的绝缘介质液体。如图2所示，由于结构限制，液槽深度较浅，液槽宽度也不大，液槽数量纵向有4条，其中1条被工作台挡水板从中阻挡，横向有2条，都在工作台的一头一尾，也被工作台挡水板从中阻挡。1条下水管道开在工作台右侧横向液槽的中间，15 mm的直径不大，且又被挡水板从中阻挡。为保证加工放电充分与加工质量，绝缘介质进入加工放电区的数量越多越好，但工作台现有的介质收集与排送结构设计明显排液不通畅，介质流动不畅，绝缘介质量一旦稍微增大，工作台上的绝缘介质除了注入机床床身介质收纳池外，也会溢出到地面，不仅浪费绝缘介质，还会污染地面环境。

图2 快走丝线切割绝缘介质收纳系统现有的工作台收纳池3D示意图

此外，工件安装于工作台上的导轨平面上，加工时工作台会随着X、Y轴方向的动力拖把左右前后数控化运动，从而加工出上下为平面、四周为直纹的曲面。上、下绝缘介质的喷水装置（喷水板与喷水嘴）位置相对工作台来说尽管各时间点上位置不定，但总体是处于中间的概率大，因此从工作台中点向四周流出的介质量基本相同，而1条下水管道却只开在工作台的右侧，造成工作台左右分液不均，左侧溢出绝缘介质的概率比例大大高于右侧的。

从图1还可见，右侧介质落水管直接将有残渣的介质排入水箱，而水箱除了绝缘介质的收集作用外，同时也要通过水泵向线切割的上、下喷水装置提供洁净的绝缘介质，这就造成水泵提供的新鲜绝缘介质中可能包含较多刚刚注入且来不及沉淀的介质残渣。

1.2 现有绝缘介质收纳系统存在沉淀绝缘介质不彻底的问题

线切割加工过程中，钼丝电极与被加工工件在脉冲腐蚀放电时，会不断有微量金属从工件和电极上经放电产生的高温蚀除，而被绝缘介质冷却，以粉末状态进入绝缘介质液体中，最终汇入介质收纳的水箱中。现有的介质收纳水箱对绝缘介质实际上起着2个作用：1）水基绝缘介质的收集终点与输出传送起点作用，将经过一次放电加工的绝缘水基介质收集存放在体积较大的水箱体内，再由泵送机构将沉淀好的绝缘介质输送给机床喷水装置再次进入放电加工区中；2）介质收纳水箱将经过一次放电加工、包含有粉末残渣的绝缘水基介质汇集起来，经过一定时间的沉淀，使从水箱中泵送出去的绝缘介质是洁净的。

绝缘介质水箱同时承担两种功能会导致泵送出去的绝缘介质带有较多的金属粉末残渣，原因是：1）刚刚进入水箱的绝缘介质还没有来得及沉淀就可能再次被泵送到介质提供系统中；2）泵送机构的作用使得介质在箱体内有向上的吸附运动导致沉淀物再次被吸入而被泵送到放电区域使用。进入加工区的绝缘介质因含有能够干涉放电的金属粒子，不仅介质绝缘电阻降低且不稳定，还会使得放电区域增加大量的二次放电现象，使得放电效果差，加工质量差，加工效率低，甚至会引起短路断丝等现象。

介质收纳水箱承担2种功能的第2个不利因素是不容易集中处理水箱中的沉淀残渣，水箱里加满绝缘水基介质后质量达到几百公斤；另外，一般为了清除残渣就必须全部倒掉绝缘介质，绝缘介质的充分再利用价值少，且易污染环境。

2 线切割绝缘介质收纳系统的改进设计

根据上述对于绝缘介质收纳系统在绝缘介质放电完毕后收集与沉淀功能两个方面的不足的分析，本文进行了改进设计。

2.1 绝缘介质收纳系统收集功能的改进设计

该改进设计是为实现绝缘介质收集的有效通畅性：1）在工作台右侧下水管道的左侧对称位置增开一条下水管道，使得绝缘介质流出工作台介质收纳池的通道增大了1倍；2）将工作台挡水板左右两侧靠近液槽的下水管道处挖出方槽，避开下水管口；为防止挡水板放反方向，挡水板上下均开同样的避水方槽。绝缘介质收纳系统收集功能改进设计如图3所示。

图3 快走丝线切割绝缘介质收纳系统收集功能的改进设计3D示意图

工作台左右对称位置均开下水管道，可以让放电区域中流下的绝缘介质快速离开工作台收纳池，且实现了工作台介质池的左右均衡排放绝缘介质；工作台挡水板在下水管道相应位置加开避水方槽，避免了挡水板对于下水管道的阻塞，有利于加大排液量。2处改进设计使得排液更加便利通畅，在保证不让绝缘介质溢出到地面的情况下，加大了工件放电加工区绝缘介质的数量，从而提高效率与加工质量。此外，工作台绝缘介质收纳池两端下水管道采用能够伸长、收缩变形的波纹管，可以在工作台左右、前后加工运动时不影响绝缘介质的排放。波纹管头部设计了抓夹装置，可保证排水口位置在工作台数控化运动时，不至于离开床身介质收纳池，再次确保绝缘介质不会因落水管原因而溢出到地面。

2.2 绝缘介质收纳系统沉淀功能的改进设计

该改进设计是为了实现绝缘介质沉淀的有效性，保证从介质收纳水箱中输出的是洁净的绝缘介质。工作台绝缘介质收纳池两侧的下水管道通过波纹管排入机床床身的介质收纳池中（如图3），介质不再从工作台介质收纳池一侧下水管直通介质收纳水箱。彻底分离开现有介质收纳水箱的功能，现有的介质收纳水箱只起着介质收纳终点与输出起点作用，绝缘介质的沉淀功能则需另外单独设计。

单独的沉淀装置由过滤沉淀箱与过滤泡沫塑料组成（如图4），设计的过滤沉淀箱安装放置在机床床身原有的已经扩大的介质收纳池沉淀槽中（如图3），床身收纳池沉淀槽的长和宽与过滤沉淀箱的长和宽相同，四周壁面的拔模角度与过滤沉淀箱的四周壁面拔模角度相同，因此彼此的贴合良好，残渣不易进入两者的接触面之间；过滤沉淀箱的箱高（除两侧提耳外）低于床身收纳液池面，因此绝缘介质会从床身液池各向自然注入过滤沉淀箱中。

图4 快走丝线切割绝缘介质收纳系统的介质沉淀装置3D示意图

该过滤沉淀装置底部开有直径为5 mm的密集排孔，过滤沉淀装置底面上放置一块多微孔的有过滤功能的泡沫塑料，高度低于过滤沉淀箱的壁高，如图5所示。

图5 快走丝线切割绝缘介质收纳系统的介质沉淀装置2D示意图

床身收纳池沉淀槽在高度上分为2段，其中上段1.5°拔模角部分与过滤介质沉淀箱配合，底部设计了一个收集已经过滤沉淀后的干净绝缘介质的汇集区域，以便让其侧面开出的2个落水管道将绝缘介质注入介质收纳水箱中，如图6所示。

图6 快走丝线切割绝缘介质收纳系统床身收纳池沉淀槽高度方向设计2D示意图

因为过滤沉淀装置放置了一块多微孔、有过滤功能的泡沫塑料，起到了过滤沉淀绝缘介质中粉尘残渣的作用，经过此过滤沉淀装置的过滤沉淀后，干净的绝缘介质再进入介质收纳水箱，使得介质收纳水箱中泵送出去的绝缘介质洁净程度得到大大提高，从而提高了加工效率、加工质量，减少了事故频率，提高了绝缘介质重复利用率，减少了环境污染。

此外，该过滤沉淀装置结构简单，两端有提耳设计，拆装方便，便于每班及时清洗，进一步提高了绝缘介质的干净程度，也提高了介质的利用率。

3 结语

脉冲放电线切割加工中，放电区域中充满绝缘介质是加工的必要条件之一，要保证加工中绝缘介质提供系统向加工区域中提供大量充分洁净的绝缘介质，这是提高加工质量与加工效率的关键，而绝缘介质收纳系统中的收集与沉淀功能是否良好是前者实现的重要保障。通过改进工作台绝缘介质收纳池的结构，以及分离介质收纳水箱收集、沉淀两个功能，使得绝缘介质的收纳系统的介质收集更加通畅，沉淀更加彻底。