基于金屬橡膠的DK7720型線切割機床過濾系統的改進設計及試驗

朱 巖 董秀萍 張凱

(①裝甲兵技術學院，吉林 長春 130031；②北京工商大學, 北京 100048)

切削液作為線切割加工的重要組成部分，除了完成冷卻、排屑等功能外，還作為放電介質直接參與加工[1]。在實際使用中，切削液由于工作雜質、粉屑和油污染等因素存在不同程度的污染，對切割速度、表面粗糙度、加工精度等加工工藝指標造成了很大影響[2]。為了減輕切削液中污染物對加工的影響，一般采用過濾系統對切削液進行過濾后使用。目前的過濾系統具有過濾面積大，滲透率大等優點，可以滿足切削液供應量上的需求，但是由于過濾介質使用限制和系統設計中存在的缺陷，普遍有著濾后線切割液污染度大的問題，不能滿足精加工的需求。

在對DK7720型線切割機床的使用過程中就發現有過濾系統存在以下缺陷。圖1是過濾系統示意圖，可以看出現有過濾系統主要存在著三大缺陷。(1)隔板1上開有5 mm的圓孔，幾乎對濾液的雜質粒子起不到過濾作用；(2)隔板2和箱體中間存在著縫隙，通過這個縫隙，線切割液可以直接進到出液室內；(3)隔板2是150目金屬絲網，理論上最多可以過濾100 μm以上的固體粒子，滿足不了精加工的需求。

1 過濾系統改進設計及金屬橡膠選擇

如圖2所示，過濾系統按照設計思路在原過濾箱體的改進下完成，箱體被分成3個室，分別是回液室、過濾室和出液室。回液室中上部裝有隔板1，板中安裝有60目金屬絲網。回液室與過濾室之間安裝有隔板2，隔板2上部是實體，下部開有長方形空槽，空槽內安裝有150目金屬絲網。在過濾室與出液室之間，焊接一個不銹鋼隔板3，不銹鋼板低于箱體上部少許，允許出液室的液體通過空隙流回過濾室，但不允許過濾室的液體通過空隙直接流到出液室。在精濾室和出液室之間安裝有金屬橡膠過濾系統，過濾系統主要是由水泵、壓力表、金屬橡膠過濾介質以及過濾器組成的，水泵用來給金屬橡膠提供滲透壓力，壓力表用來判斷金屬橡膠的實時滲透性能，金屬橡膠過濾介質需滿足過濾精度在50 μm以下，經過濾后的滲透流量應稍微大于系統的工作所需流量1.5 L/min。

金屬橡膠作為一種新型的過濾介質，它既具備像金屬絲網進行大面積過濾的表面積，又具備多孔介質深層過濾的特性[3]。通過研究得知[4]，金屬橡膠的水力直徑和它的絲徑以及孔隙度密切相關：

dp=d絲

(1)

式中：dp為水力直徑，d絲為金屬橡膠絲徑。

通過式(1)可以看出，絲徑≥0.10 mm，孔隙度≤0.5的金屬橡膠都滿足過濾系統精度的需求。根據滲透后的流量要滿足系統需求用量，通過試驗得知，孔隙度0.4的金屬橡膠滲透后的流量為1.69 L/min，孔隙度0.3的金屬橡膠滲透后的流量為1.23 L/min。所以根據過濾精度和滲透流量特選擇絲徑0.10 mm、孔隙度0.4的金屬橡膠作為系統過濾試件。

2 過濾系統實驗流程與實驗結果

過濾系統實驗流程見圖2所示，實驗結果見表1、表2所列。

表1 溶液污染度對比

利用美國PALL污染度檢測儀通過對污染度的分析對比(表1)可以得知，原過濾系統的粒子攔截能力小于基于金屬橡膠的過濾系統的攔截能力。改進后的金屬橡膠過濾系統水力直徑為67 μm，明顯優于150目金屬絲網的過濾效果。

表2 表面粗糙度值對比

從表2可以看出，用新過濾系統濾液切割的工件的表面粗糙度好于原過濾系統濾液下切割工件的表面粗糙度。一方面是因為當溶液污染度增高時，溶液的粘度增大，造成溶液對鉬絲和切割工件的冷卻性能變差，加大工件表面惡化的機率；另一方面，當溶液含有的固體粒子增多時，在切割過程中，固體粒子處于切割液和切割工件之間，在切割過程中，較多的固體粒子很可能碰到切割表面，增大切割工件的表面粗糙度值。

3 試驗結果討論

通過對比實驗結果可知，用金屬橡膠過濾后的濾液無論是在濾液污染度等級還是在表面粗糙度測定值上都優于原系統過濾后的濾液。這表明基于金屬橡膠的DK7720型線切割機床過濾系統過濾精度優于原廠自帶的過濾系統，實現了既定的提高濾液清澈度和改善加工件表面粗糙度的目的。

[1]吳娟.水基切削液對線切割加工的影響[J].工藝與裝備，2009(1)：70-72.

[2]張曉燕，魏引煥，任威.快走絲線切割加工中工作液性能對加工質量的影響[J].模具制造技術，2004(9)：63-64.

[3]侯軍芳，白鴻柏，劉英杰，等.新型金屬橡膠孔隙材料過濾機制與性能研究[J].潤滑與密封，2006(4):109-112.

[4]夏宇宏，姜洪源,李瑰賢，等.0Cr18Ni9Ti金屬橡膠多孔材料的氣體滲透性[J].功能材料，2004(2):267-269.