本發(fā)明涉及絕緣硬脆材料的加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種絕緣硬脆材料的擊穿油膜放電輔助金剛石線鋸切割裝置及方法。

技術(shù)背景

絕緣硬脆材料如石英、工程陶瓷是繼金屬和塑料之后的“第三代結(jié)構(gòu)材料”，具有優(yōu)良的綜合性能，有很高的硬度和強度，尤其具有很好的耐腐蝕、耐熱性，耐磨損、低的熱傳導(dǎo)性，抗氧化能力以及很高的耐磨性，在汽車、飛機、汽輪機、發(fā)動機、能源、機械電子、航空、航天、化工、生物工程等多個領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。而這些絕緣硬脆材料的高強度、高硬度和高脆性會給精加工帶來極大困難。

目前，國內(nèi)外絕緣硬脆材料的切割方法可分為非機械切割方法和機械切割方法。非機械切割方法主要包括激光切割、等離子體切割、磨料水射流切割、輔助電極電火花線切割和電解電火花復(fù)合線切割等。激光切割難以保證較高的重復(fù)精度和表面粗糙度,而且只能加工很薄的工件。等離子體加工切縫熱影響區(qū)大，難以進行精密切割，切口表質(zhì)量較差。磨料水射流加工加工精度和切面質(zhì)量較低。輔助電極法電火花線切割加工難以穩(wěn)定地在工件表面形成導(dǎo)電薄膜，加工不穩(wěn)定容易斷絲。電解電火花放電復(fù)合線切割方法放電能量小，加工效率低，甚至無法實現(xiàn)高溫高硬度材料的切割加工。機械切割方法主要包括圓盤鋸切割和線鋸切割。圓盤鋸切割噪音大、切割精度差。金剛石線鋸切割與其它切割方法相比具有切割質(zhì)量更好、切縫更窄、污染更小等優(yōu)勢，但在切割高硬度材料是效率依然有待提高。砂漿線切割結(jié)合電解電火花放電的方法在近些年被提出，但該方法難以在電極絲表面形成穩(wěn)定放電。因為若要在電極絲表面產(chǎn)生穩(wěn)定放電，就必須保證電解過程能在電極絲表面形成有效氣膜，從而使電極絲與電解液之間發(fā)生擊穿氣膜放電。然而，電解過程產(chǎn)生的氣泡極不穩(wěn)定，很難形成穩(wěn)定的氣膜，放電效果差，甚至在切割厚度稍大時就無法產(chǎn)生放電。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的提供一種擊穿油膜放電輔助金剛石線鋸切割的方法及裝置，不但能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的火花放電，而且金剛石線鋸切割工藝本身的切割效率也明顯高于砂漿線切割，因此該方法能夠顯著提高絕緣硬脆材料的切割效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：絕緣硬脆材料的擊穿油膜放電輔助金剛石線鋸切割裝置，該裝置包括金剛石鋸絲、輔助電極、導(dǎo)輪、電解液噴嘴、直流電源、供油裝置、銅片和絲筒；

其中，所述金剛石鋸絲套接在所述絲筒和若干導(dǎo)輪上，所述金剛石鋸絲在絲筒的帶動下做往復(fù)運動，所述絲筒的一端固定有一圈銅片，所述銅片通過電刷與直流電源的負(fù)極相連，所述輔助電極對稱設(shè)置在所述絲筒的另一端，所述輔助電極通過導(dǎo)線與所述直流電源的正極連接，所述供油裝置設(shè)置在所述絲筒的一側(cè)，所述電解液噴嘴設(shè)置在所述輔助電極的一端。

進一步，所述金剛石鋸絲直徑為0.2mm。

進一步，所述絲筒為金屬材料制成。

本發(fā)明的另一目的是提供使用上述的裝置的切割方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟1：先將金剛石鋸絲通過絲筒、銅片與直流電源負(fù)極連接，將輔助電極與直流電源正極相連，在絲筒的帶動下金剛石鋸絲做往復(fù)運動；

步驟2：通過供油裝置定量向金剛石鋸絲供油，此時，在金剛石鋸絲進入工件的切割區(qū)域（切縫）前，其表面便已形成一層絕緣油膜，通過電解液噴嘴5向切割區(qū)域噴射電解液，使電解液與輔助電極和帶有絕緣油膜的金剛石鋸絲充分接觸；

步驟3：開啟直流電源，當(dāng)電源輸出電壓大于閾值，金剛石鋸絲表面的油膜被擊穿，產(chǎn)生火花放電，從而在金剛石鋸絲表面形成均勻的電火花。電火花會將切割區(qū)域的工件材料熔化或軟化，完成切割。

進一步，所述絲筒的轉(zhuǎn)速為300mm/s~2200mm/s。

進一步，所述直流電源電壓為：0~120v。

進一步，所述電解液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%~25%的nacl溶液。

進一步，所述電解液流速0.7m/s~3m/s。

進一步，所述擊穿油膜放電閾值：42v。

本發(fā)明的有益效果是：由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1、可以在金剛石鋸絲表面在線生成絕緣油膜，即使在切割厚度較大工件時，依然能在金剛石鋸絲表面形成穩(wěn)定的火花放電。2、由于油膜能緊密地粘附在金剛石鋸絲表面，所以在電解液噴射速度較大時依然不會破壞油膜。因此能夠提高電解液噴射速度，使足夠的電解液進入切割區(qū)域（切縫），為火花放電提供良好的電解液環(huán)境，而且有助于排出加工碎屑，有利于提高切割效率。3、傳統(tǒng)的電解電火花放電，當(dāng)電壓大于某一值后，氣泡劇烈膨脹而在浮力作用下迅速離開鋸絲，反而無法形成氣膜。由于無法繼續(xù)提高電壓，所以放電能量也受到限制。而本發(fā)明提出的方法，油膜穩(wěn)定，因此可以大幅提高電壓，從而提高加工效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明絕緣硬脆材料的擊穿油膜放電輔助金剛石線鋸切割裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1.金剛石鋸絲、2.工件、3.輔助電極、4.導(dǎo)輪、5.電解液噴嘴、6.直流電源、7.供油裝置、8.銅片、9.絲筒。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明絕緣硬脆材料的擊穿油膜放電輔助金剛石線鋸切割裝置，該裝置包括金剛石鋸絲1、輔助電極3、導(dǎo)輪4、電解液噴嘴5、直流電源6、供油裝置7、銅片8和絲筒9；

其中，所述金剛石鋸絲1套接在所述絲筒9和若干導(dǎo)輪4上，所述金剛石鋸絲1在絲筒9的帶動下做往復(fù)運動，所述絲筒9的一端固定有一圈銅片8，所述銅片8通過電刷與直流電源6的負(fù)極相連，所述輔助電極3對稱設(shè)置在所述絲筒9的另一端，所述輔助電極3通過導(dǎo)線與所述直流電源6的正極連接，所述供油裝置7設(shè)置在所述絲筒9的一側(cè)，所述電解液噴嘴5設(shè)置在所述輔助電極3的一端。

所述金剛石鋸絲1直徑為0.2mm，所述絲筒9為金屬材料制成

一種使用上述的裝置的切割方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟1：先將金剛石鋸絲1通過絲筒9、銅片8與直流電源6負(fù)極連接，將輔助電極3與直流電源6正極相連，在絲筒9的帶動下金剛石鋸絲1做往復(fù)運動，所述絲筒的轉(zhuǎn)速為300mm/s~2200mm/s；

步驟2：通過供油裝置7定量向金剛石鋸絲1供油，此時，在金剛石鋸絲1進入工件2的切割區(qū)域（切縫）前，其表面便已形成一層絕緣油膜，通過電解液噴嘴5向切割區(qū)域噴射電解液，使電解液與輔助電極和帶有絕緣油膜的金剛石鋸絲充分接觸，直流電源3電壓為：0~120v；

步驟3：開啟直流電源3，當(dāng)電源輸出電壓大于閾值，金剛石鋸絲表面的油膜被擊穿，產(chǎn)生火花放電，從而在金剛石鋸絲表面形成均勻的電火花。電火花會將切割區(qū)域的工件材料熔化或軟化，完成切割，從而大幅降低金剛石鋸絲的切割難度，提高切割效率。所述電解液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%~25%的nacl溶液。所述電解液流速0.7m/s~3m/s。所述擊穿油膜放電閾值：42v。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1、可以在金剛石鋸絲表面在線生成絕緣油膜，即使在切割厚度較大工件時，依然能在金剛石鋸絲表面形成穩(wěn)定的火花放電。2、由于油膜能緊密地粘附在金剛石鋸絲表面，所以在電解液噴射速度較大時依然不會破壞油膜。因此能夠提高電解液噴射速度，使足夠的電解液進入切割區(qū)域（切縫），為火花放電提供良好的電解液環(huán)境，而且有助于排出加工碎屑，有利于提高切割效率。3、傳統(tǒng)的電解電火花放電，當(dāng)電壓大于某一值后，氣泡劇烈膨脹而在浮力作用下迅速離開鋸絲，反而無法形成氣膜。由于無法繼續(xù)提高電壓，所以放電能量也受到限制。而本發(fā)明提出的方法，油膜穩(wěn)定，因此可以大幅提高電壓，從而提高加工效率。