本文是為中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)、特種加工分會(huì)的“全國(guó)電火花、線切割加工技術(shù)與市場(chǎng)研討會(huì)”而寫，獲得多家專業(yè)刊物的發(fā)表，年會(huì)并收于交流文集中。

《線切割工作液應(yīng)用與發(fā)展》

線切割工作液發(fā)展至今，在我國(guó)已經(jīng)有五十多年的歷史了。在這漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，隨著電加工線切割機(jī)床加工性能提高和功能設(shè)計(jì)及技術(shù)進(jìn)步的演變，為適應(yīng)不同時(shí)期的需求，經(jīng)過(guò)幾代技術(shù)人員的艱辛努力，線切割機(jī)床專用工作液從早期單一油劑型產(chǎn)品發(fā)展到今天的多品種多種類。

目前，市場(chǎng)上主要有三大類產(chǎn)品供用戶選擇：即油劑型、水基型及水油混合型。

雖然眾多的產(chǎn)品使得用戶在選用中游刃有余。但是，我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)一部分使用者對(duì)線切割機(jī)床工作液的加工性能及操作工藝性能還不甚了解；對(duì)在相同條件下如何利用相應(yīng)的工作液，使加工件獲得更好的內(nèi)在質(zhì)量，還缺乏足夠地認(rèn)識(shí)；特別是對(duì)線切割機(jī)床電火花放電技術(shù)中作為液體介質(zhì)的工作液，在保障線切割加工穩(wěn)定，提高切割速度，加工精度及加工件的粗糙度，降低鉬絲損耗方面的功效認(rèn)識(shí)不足。故此，我們借助本文把多年在電加工線切割工作液使用方面的技術(shù)研究和積累的成熟工作經(jīng)驗(yàn)，用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言給予闡述。著重將各類具有代表性的產(chǎn)品及性能做一一介紹，以方便廣大使用者參考。

一． 油劑型線切割工作液（皂化油、乳化型、線切割乳化油）

油劑型電加工專用工作液作為產(chǎn)品問(wèn)世，已有近四十年的歷史。它是最早應(yīng)用于線切割機(jī)床的專用加工液，也是廣大用戶所熟悉的一個(gè)成熟產(chǎn)品。它在機(jī)床放電加工中，起到冷卻、洗滌、潤(rùn)滑、去游離、滅弧、防銹等功能，其代表性的產(chǎn)品為油酸鉀皂乳化液。

作為油酸鉀皂乳化液的油劑型專用工作液，常溫下外觀為棕褐色半透明體，兌水后成乳白色。因含油量比較高，加工中的潤(rùn)滑性及防銹性都比較好。其理化性能顯示：液體偏堿性（HP8~9.5），常溫下它的電導(dǎo)率為300~600，液體介質(zhì)在臨床狀態(tài)下，工作周期表現(xiàn)出：使用時(shí)間與加工速度具有正泰分布的加工軟特性，其產(chǎn)品為混合物。

根據(jù)它的理化性能和加工軟特性我們不難看出油酸鉀皂乳化液為新液時(shí)，加工初始階段其加工速度提升比較緩慢；到后期乳化液接近廢液時(shí)，加工速度也是緩慢下降的。又因?yàn)槠潆妼?dǎo)比較低，加工中放電火花半徑比較小，使得加工產(chǎn)生的火花間隙也比較小。因此，在加工高厚工件時(shí)，就顯得加工間隙過(guò)小，清洗通道狹窄，液體張力使得滲透性能比較低，清洗性能更顯弱化。所以，通常我們講優(yōu)質(zhì)的油酸鉀皂乳化液適用加工300mm厚度以下工件。在這個(gè)厚度范圍內(nèi)，其加工機(jī)械性能比較好。具有良好的潤(rùn)滑性、洗滌性及冷卻性，并且加工穩(wěn)定，加工精度比較高，適合于比較精細(xì)模具的生產(chǎn)加工。

其次，實(shí)踐證明油酸鉀皂乳化液在實(shí)際使用中，其加工速度和效率與加工粗糙度是一個(gè)反比關(guān)系。也就是說(shuō)：工件如果想獲得一個(gè)好的加工粗糙度，則必然以降低其加工速度和效率為代價(jià)的。反之，如果需要較高的切割速度和效率，只能以降低加工粗糙度為必然條件。

目前，市場(chǎng)上型號(hào)相同的油劑型乳化液因生產(chǎn)廠家的不同，其特點(diǎn)也不徑相同。對(duì)外而言他們主要區(qū)別在兌水量比例和使用壽命上。它們的不同，產(chǎn)生的差異將直接影響使用者的使用效果和自身經(jīng)濟(jì)效益。

市場(chǎng)上常見的普通油酸鉀皂乳化液工作液兌水量比例一般在1:8左右；優(yōu)質(zhì)的在1:12左右。工程師們經(jīng)過(guò)科研實(shí)踐，通過(guò)調(diào)整配方，反復(fù)摸索及研制，五年前向市場(chǎng)推出高濃度油酸鉀皂乳化液，它的兌水量比例高達(dá)為1:25倍。就是說(shuō)在同樣的電加工機(jī)床加工條件下，在電導(dǎo)參數(shù)一致的情況下，該廠生產(chǎn)的專用油劑型乳化液兌水量比例與同類產(chǎn)品相比高達(dá)2~3倍。通過(guò)跟蹤調(diào)查反饋，使用者認(rèn)為該產(chǎn)品在獲得良好的加工性能的同時(shí)，使用壽命也比一般油劑型工作液長(zhǎng)一倍，現(xiàn)實(shí)中更能凸顯出它的高性價(jià)比。

需要指出的是：當(dāng)我們具體使用一款產(chǎn)品時(shí)，一定要注意看清每款產(chǎn)品的使用要求和操作工藝。特別是在當(dāng)前日新月異的新技術(shù)發(fā)展的時(shí)代，如果忽視新產(chǎn)品的特性，將會(huì)造成無(wú)謂的浪費(fèi)和損失。在這方面我們遇到過(guò)很多例因使用不當(dāng)，影響自己使用效果的實(shí)例。例如：過(guò)去在兌水沖解油劑型乳化油時(shí)，對(duì)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品我們都知道可用水直接沖兌到12倍左右。當(dāng)他拿到高濃度的產(chǎn)品時(shí)，仍然按習(xí)慣兌水至12倍方法去使用，在肉眼看似油液已經(jīng)沖開，外觀也呈乳白色，然而事實(shí)上乳化油并沒(méi)有完全打開。結(jié)果造成高濃度的乳化油因水量太少，形成水包油，介質(zhì)液體過(guò)于濃厚粘稠。粘稠的液體介質(zhì)在水箱中聚集成白色油脂，隨著放電切割而碳化發(fā)黑，再與加工廢棄物混合形成黑色油泥附著在加工間隙中，造成電蝕物不易排除，乳化失穩(wěn)，洗滌性能降低，嚴(yán)重影響放電過(guò)程的穩(wěn)定性，降低了加工速度，工件和鉬絲冷卻效果惡劣，易斷絲，同時(shí)也加大工件表面質(zhì)量惡化的機(jī)率，容易形成黑色的加工斷面，工件脫落不易或工件及機(jī)床銹蝕等現(xiàn)象，而且隨著使用的進(jìn)行，產(chǎn)生液體的酸敗，形成惡臭，嚴(yán)重縮短了工作液的使用壽命。

分析上述情況，我們可以指出問(wèn)題發(fā)生的根本原因就在于操作者沒(méi)有很好地了解高濃度乳化油的操作工藝。

（使用方法）在使用前，應(yīng)該首先看清包裝物上的注意事項(xiàng)及操作說(shuō)明：

先取一份原液，加入三倍左右普通自來(lái)水進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁鶆蚝?，再二次沖水至所需要的25倍的濃度。這樣操作將油液與水充分混合溶解，形成強(qiáng)烈的親合力后，才能使其優(yōu)良的加工理化性能得到展示。我們?cè)诩庸がF(xiàn)場(chǎng)看到有經(jīng)驗(yàn)的操作者，他們嚴(yán)格按照工藝操作稀釋產(chǎn)品，用高濃度乳化液來(lái)加工高度超過(guò)500~800mm以上的加工件，并獲得成功。而違反操作工藝引來(lái)的麻煩，往往還被指責(zé)工作液質(zhì)量不好，使產(chǎn)品蒙受不白之冤。所以，嚴(yán)格按照產(chǎn)品的操作要求來(lái)配置濃度比，是可以提高改善加工表面質(zhì)量及切割速度，增強(qiáng)防銹能力，延長(zhǎng)使用壽命。也就是說(shuō)合適的比例將直接影響到加工制件的各項(xiàng)工藝指標(biāo)，而且能夠獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

還須指出的是：作為油酸鉀皂的乳化液都是以機(jī)械油為基礎(chǔ)原料的工作液。在當(dāng)前能源日益緊張，其使用成本也日益在加大。同樣，也因?yàn)槭鞘a(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)環(huán)保呼聲越來(lái)越高的形勢(shì)下，廢液排放，防止環(huán)境污染也被提到國(guó)家議事日程上來(lái)，今后使用必將逐漸受到限制。再者，由于電火花線切割機(jī)床加工過(guò)程是以電極放電的形式實(shí)施加工的。加工放電瞬間產(chǎn)生極高高溫（10000℃以上），不僅汽化了金屬，同時(shí)也電離汽化了乳化液。汽化產(chǎn)生的廢棄物充滿操作現(xiàn)場(chǎng)，必將多多少少對(duì)人體有一定的影響。所以，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的空氣流動(dòng)，適當(dāng)?shù)慕】捣雷o(hù)。

二． 水基型線切割工作液（合成水溶性）

上個(gè)世紀(jì)八十年代末，在體驗(yàn)到油劑工作液在加工中存在的不足之處后，開始研發(fā)了水基工作液。率先由南京大學(xué)董教授等人經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐，歷經(jīng)3年共同探索研制出水基工作液，水基工作液在電加工線切割機(jī)床中同樣具備著：清洗、滲透、冷卻、滅弧、防銹、潤(rùn)滑等功能。原液為黃綠色至墨綠色半透明體，兌水20倍后，兌水液體微黃透明。其理化性能顯示：液體呈堿性（PH值10~12），常溫下初始電導(dǎo)率為1200~1800，液體介質(zhì)在臨床加工周期中，使用時(shí)間與加工速度之關(guān)系具有加工硬特性，產(chǎn)品為穩(wěn)定的化合物。

我們通過(guò)水基型介質(zhì)的加工硬特性可以知道：水基型線切割工作液新液在加工初始，其加工速度在短時(shí)間就迅速提起，到了失效階段加工速度也會(huì)迅速下降。純水基型工作液不含有丁點(diǎn)礦物油的，它的清洗、冷卻效果都優(yōu)于油劑型工作液，并且滲透性特強(qiáng)。再者，由于它的電導(dǎo)率是油劑型工作液的兩倍以上，就預(yù)示著它的放電間隙比較大，更便于冷卻液在加工件的間隙中清洗排削。因此，在加工高厚工件時(shí)，我們通常首選水基型工作液的原因所在。它常被使用在加工100mm以上的高厚工件。在高厚切割中顯示其特有的加工性能，即1.加工的高厚度、2.加工的高表面粗糙度、3.加工的高速度（切割效率）。

加工的高厚度我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)。加工的高表面粗糙度也是水基型工作液一個(gè)重要特點(diǎn)，實(shí)踐表明：它相比油劑型工作液在加工中，至少能夠提高表面粗糙度0.5~1級(jí)。其工作機(jī)理目前還不十分清楚。加工的高速度并存在加工的高厚度之中的，經(jīng)測(cè)試，它的切割效率比油劑型工作液提高15~35%左右。特別是加工硬質(zhì)合金材料時(shí)，更顯其優(yōu)越性。還要指出的是水基型工作液的另一個(gè)重要特點(diǎn)，就是它在加工中取得加工高速度的同時(shí)，也可以獲得加工好的表面粗糙度。通過(guò)實(shí)際加工獲得的工件表面質(zhì)量分析，表明兩者之間并不相沖突，似乎有一個(gè)合適的交叉點(diǎn)。這個(gè)特點(diǎn)克服了油劑型乳化油切割效率與粗糙度對(duì)立的矛盾，充分顯露它優(yōu)于油劑型工作液的加工效果，這也是在水基型工作液?jiǎn)柺篮?，人們?cè)谑褂弥械玫阶C明，并逐漸被廣泛推廣使用的一個(gè)重要因素之一。

一提起水基型工作液，人們第一個(gè)擔(dān)心的就是會(huì)問(wèn)“會(huì)不會(huì)生銹”？

事實(shí)上作為一個(gè)成熟的商品，人們的顧慮都是多余的。優(yōu)質(zhì)品牌的產(chǎn)品在出廠前的檢測(cè)中，就已經(jīng)為你把好關(guān)了。它的防銹能力是使用值的一倍。如果在現(xiàn)場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)有機(jī)床或工件銹蝕，你必須仔細(xì)檢查你的操作工藝是否符合規(guī)范，你的工作環(huán)境（天氣、濕度、加工垃圾的處理、機(jī)床衛(wèi)生保養(yǎng)等影響）是否正常，你的加工液使用是否已經(jīng)失效。從中你可以找出發(fā)生事故的原因。

實(shí)際使用中，我們往往會(huì)發(fā)現(xiàn)：一個(gè)事物都具有兩面性。比如說(shuō)：放電間隙大，形成的加工間隙大，這對(duì)工作液的滲透、冷卻清洗都有很大的幫助。但是，由于間隙大，工件加工完成時(shí)，因缺乏一定的摩擦阻力，割好的工件就會(huì)迅速的自然脫落，造成碰傷工件，砸壞機(jī)床臺(tái)面，折斷電極鉬絲等。因此，在使用水基工作液時(shí)，防范這樣的事故也應(yīng)得到重視。

水基型工作液的工作性能上面都做了介紹。但是還有一點(diǎn)我們還要讓使用者了解到：它的低碳特征。由于不含礦物油，在使用中不存在有油污的影響，工件清洗方便，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境清潔，無(wú)異味，不燃燒，安全可靠，加工中對(duì)人體基本無(wú)害。廢液的處理比油劑型的來(lái)的簡(jiǎn)單，大大減少了環(huán)境污染，并且存放保質(zhì)期長(zhǎng)。因此，歐盟地區(qū)來(lái)采購(gòu)的都是選擇 水基型線切割加工液。

三.水油混合型(復(fù)合型工作液)

問(wèn)題的存在也影響產(chǎn)品在某種程度上推廣使用。到目前為止，市場(chǎng)上還沒(méi)有看到一個(gè)穩(wěn)定的電加工線切割油水混合性工作液產(chǎn)品的出現(xiàn)。這還有待于同行科技工作者必須繼續(xù)努力探索，為廣大使用者提供更快捷的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

對(duì)生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)就是如何將產(chǎn)品中的電導(dǎo)率進(jìn)一步提高的同時(shí)，能夠降低絲損，保證加工精度的要求，保持工作液長(zhǎng)期靜置時(shí)電導(dǎo)率不會(huì)衰變，確保工作液加工品質(zhì)的穩(wěn)定性。對(duì)用戶而言：在您使用任何一款產(chǎn)品前，務(wù)必認(rèn)真了解它的性質(zhì)和操作工藝，確保使用順利，盡量避免因操作不當(dāng)帶來(lái)的不必要的煩惱。

因此，的這條經(jīng)驗(yàn)當(dāng)時(shí)為，大陸廣大使用者提供了一條介質(zhì)使用方法的新路，為行業(yè)后續(xù)產(chǎn)品的產(chǎn)生提供了寶貴的思路。

綜上所述，我們大致了解各類產(chǎn)品的面貌，也了解到各種工作液的基本特性。不過(guò)在這里我們還要特別提醒的是，所有電加工工作液初始新液都是偏堿性的（它們的理化性能）。一旦使用至工作性能衰退時(shí)，工作液的PH值就偏酸性了，而且是不可逆地成為廢液。這時(shí)你繼續(xù)使用，將嚴(yán)重影響加工效率，甚至發(fā)生對(duì)機(jī)床及工件產(chǎn)生腐蝕等侵害（特別是加工有色金屬）。故此，我們要求使用者在工作中能夠及時(shí)更換新液。

水油混合型工作液又被稱之為復(fù)合型工作液。最早出現(xiàn)于上世紀(jì)九十年代中期。由于油劑型和水基型工作液的相繼使用，開始提出：兩種工作液混合用時(shí)，可以獲得了理想的表面粗糙度，工件表面質(zhì)量很好，切割斷面的顏色十分銳目，切割效率也比單一的油劑型來(lái)的高，很好的融合了前兩種產(chǎn)品的加工品質(zhì)。在用于高厚件加工時(shí)，工作液的冷卻滲透性能及洗滌性能也令人滿意，也容易獲得較好的加工精度，并且解決單一使用某種工作液的相應(yīng)弊端。

由于油劑型和水基型工作液是隸屬不同性質(zhì)的產(chǎn)品，在使用中不能直接相互摻兌，必須分別按各自的稀釋比例稀釋好后才能合并使用，這樣給使用者造成應(yīng)用極大的不便。

現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，大多數(shù)人在工作液衰變時(shí)，不是徹底去更換新液，而是不斷的添加新液，這樣做是可行的。但是它是以犧牲一定的工作液使用價(jià)值而為之的。

根據(jù)近幾年相關(guān)資料表明，隨著電加工線切割機(jī)床電源的發(fā)展，電腦數(shù)控的全面應(yīng)用和機(jī)床加工性能的整體提高，為電加工切割提供了更多的空間，也為加工介質(zhì)的提升開拓了廣闊前景。目前，科技人員開始在工作液中添加電解質(zhì)，增加爆破劑，改變工作液的電導(dǎo)率，從而引起放電間隙伏安特性變化，提高加工效率。工作液在添加介質(zhì)后，可使電導(dǎo)率高達(dá)3000以上。這極大的豐富了工作液的內(nèi)涵。但是，工程師也注意到隨著電導(dǎo)率的上升，電極絲的損耗也會(huì)發(fā)生增大，對(duì)加工精度要求較高的工件而言，選用時(shí)建議使用者應(yīng)適當(dāng)注意其特點(diǎn)。

當(dāng)水油混合型產(chǎn)品出現(xiàn)后，雖然有它理想一面（它既有乳化液的潤(rùn)滑性 ,同時(shí)又具備水基液的冷卻效果好、清洗力強(qiáng)的特點(diǎn)）。但是多年來(lái)一直沒(méi)有解決的是產(chǎn)品靜置存放問(wèn)題，存放時(shí)間一長(zhǎng)，容易產(chǎn)生分層現(xiàn)象。所以，用戶最好用乳化油和水基型自己配制。節(jié)約成本，用多少、配制多少。

隨著國(guó)內(nèi)電加工行業(yè)的快速發(fā)展，專用工作液的標(biāo)準(zhǔn)都是各個(gè)企業(yè)廠家的標(biāo)準(zhǔn)，還沒(méi)有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，講述和表達(dá)也不一致，難免會(huì)有相差不齊現(xiàn)象，華青潤(rùn)滑材料科技有限公司希望有關(guān)部門能夠盡快制定出一款本專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，華青人員也積極參與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的起草、建議、修改，完善空缺，使電加工工作液產(chǎn)品更加規(guī)范化。