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

《線切割工作液應(yīng)用與發(fā)展》

線切割工作液發(fā)展至今，在我國已經(jīng)有五十多年的歷史了。在這漫長的發(fā)展過程中，隨著電加工線切割機床加工性能提高和功能設(shè)計及技術(shù)進步的演變，為適應(yīng)不同時期的需求，經(jīng)過幾代技術(shù)人員的艱辛努力，線切割機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)一部分使用者對線切割機床工作液的加工性能及操作工藝性能還不甚了解；對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；特別是對線切割機床電火花放電技術(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，用簡單的語言給予闡述。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)品問世，已有近四十年的歷史。它是最早應(yīng)用于線切割機床的專用加工液，也是廣大用戶所熟悉的一個成熟產(chǎn)品。它在機床放電加工中，起到冷卻、洗滌、潤滑、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，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，加工速度也是緩慢下降的。又因為其電導(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，就顯得加工間隙過小，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。在這個厚度范圍內(nèi)，其加工機械性能比較好。具有良好的潤滑性、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，實踐證明油酸鉀皂乳化液在實際使用中，其加工速度和效率與加工粗糙度是一個反比關(guān)系。也就是說：工件如果想獲得一個好的加工粗糙度，則必然以降低其加工速度和效率為代價的。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，市場上型號相同的油劑型乳化液因生產(chǎn)廠家的不同，其特點也不徑相同。對外而言他們主要區(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)濟效益。

市場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)過科研實踐，通過調(diào)整配方，反復(fù)摸索及研制，五年前向市場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。就是說在同樣的電加工機床加工條件下，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，使用壽命也比一般油劑型工作液長一倍，現(xiàn)實中更能凸顯出它的高性價比。

需要指出的是：當(dāng)我們具體使用一款產(chǎn)品時，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)展的時代，如果忽視新產(chǎn)品的特性，將會造成無謂的浪費和損失。在這方面我們遇到過很多例因使用不當(dāng)，影響自己使用效果的實例。例如：過去在兌水沖解油劑型乳化油時，對優(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，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，然而事實上乳化油并沒有完全打開。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，同時也加大工件表面質(zhì)量惡化的機率，容易形成黑色的加工斷面，工件脫落不易或工件及機床銹蝕等現(xiàn)象，而且隨著使用的進行，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，我們可以指出問題發(fā)生的根本原因就在于操作者沒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及操作說明：

先取一份原液，加入三倍左右普通自來水進行充分?jǐn)嚢瑁鶆蚝螅俣螞_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。我們曾在加工現(xiàn)場看到有經(jīng)驗的操作者，他們嚴(yán)格按照工藝操作稀釋產(chǎn)品，用高濃度乳化液來加工高度超過500~800mm以上的加工件，并獲得成功。而違反操作工藝引來的麻煩，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，增強防銹能力，延長使用壽命。也就是說合適的比例將直接影響到加工制件的各項工藝指標(biāo)，而且能夠獲得可觀的經(jīng)濟效益。

還須指出的是：作為油酸鉀皂的乳化液都是以機械油為基礎(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，也因為是石化產(chǎn)品，在國內(nèi)環(huán)保呼聲越來越高的形勢下，廢液排放，防止環(huán)境污染也被提到國家議事日程上來，今后使用必將逐漸受到限制。再者，由于電火花線切割機床加工過程是以電極放電的形式實施加工的。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，必將多多少少對人體有一定的影響。所以，應(yīng)加強現(xiàn)場的空氣流動，適當(dāng)?shù)慕】捣雷o。

二． 水基型線切割工作液（合成水溶性）

上個世紀(jì)八十年代末，在體驗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)過反復(fù)實踐，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床中同樣具備著：清洗、滲透、冷卻、滅弧、防銹、潤滑等功能。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，其加工速度在短時間就迅速提起，到了失效階段加工速度也會迅速下降。純水基型工作液不含有丁點礦物油的，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。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，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)說過。加工的高表面粗糙度也是水基型工作液一個重要特點，實踐表明：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。其工作機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，更顯其優(yōu)越性。還要指出的是水基型工作液的另一個重要特點，就是它在加工中取得加工高速度的同時，也可以獲得加工好的表面粗糙度。通過實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，似乎有一個合適的交叉點。這個特點克服了油劑型乳化油切割效率與粗糙度對立的矛盾，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問世后，人們在使用中得到證明，并逐漸被廣泛推廣使用的一個重要因素之一。

一提起水基型工作液，人們第一個擔(dān)心的就是會問“會不會生銹”？

事實上作為一個成熟的商品，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)場中發(fā)現(xiàn)有機床或工件銹蝕，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。

實際使用中，我們往往會發(fā)現(xiàn)：一個事物都具有兩面性。比如說：放電間隙大，形成的加工間隙大，這對工作液的滲透、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，因缺乏一定的摩擦阻力，割好的工件就會迅速的自然脫落，造成碰傷工件，砸壞機床臺面，折斷電極鉬絲等。因此，在使用水基工作液時，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)場環(huán)境清潔，無異味，不燃燒，安全可靠，加工中對人體基本無害。廢液的處理比油劑型的來的簡單，大大減少了環(huán)境污染，并且存放保質(zhì)期長。因此，歐盟地區(qū)來采購的都是選擇 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，市場上還沒有看到一個穩(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：

對生產(chǎn)廠家來說就是如何將產(chǎn)品中的電導(dǎo)率進一步提高的同時，能夠降低絲損，保證加工精度的要求，保持工作液長期靜置時電導(dǎo)率不會衰變，確保工作液加工品質(zhì)的穩(wěn)定性。對用戶而言：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)帶來的不必要的煩惱。

因此，的這條經(jīng)驗當(dāng)時為，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，工作液的PH值就偏酸性了，而且是不可逆地成為廢液。這時你繼續(xù)使用，將嚴(yán)重影響加工效率，甚至發(fā)生對機床及工件產(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，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，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)場操作時，大多數(shù)人在工作液衰變時，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床電源的發(fā)展，電腦數(shù)控的全面應(yīng)用和機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，電極絲的損耗也會發(fā)生增大，對加工精度要求較高的工件而言，選用時建議使用者應(yīng)適當(dāng)注意其特點。

當(dāng)水油混合型產(chǎn)品出現(xiàn)后，雖然有它理想一面（它既有乳化液的潤滑性 ,同時又具備水基液的冷卻效果好、清洗力強的特點）。但是多年來一直沒有解決的是產(chǎn)品靜置存放問題，存放時間一長，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)都是各個企業(yè)廠家的標(biāo)準(zhǔn)，還沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，因標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，講述和表達(dá)也不一致，難免會有相差不齊現(xiàn)象，華青潤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。