專利名稱：利用電火花線侵蝕對工件進(jìn)行加工的方法和裝置的制作方法
利用電火花線侵蝕對工件進(jìn)行加工的方法和裝置本發(fā)明涉及一種利用電火花線侵蝕(Drahtfunkenerosion)對工件進(jìn)行加工的方法，以及一種利用電火花線侵蝕對工件進(jìn)行加工的裝置。電侵蝕加工法尤其可用來進(jìn)行高精密材料加工。其可在一種不導(dǎo)電液體(電介質(zhì))中對一種待加工的導(dǎo)電工件進(jìn)行加工。將同樣也導(dǎo)電的工具置于工件附近，所述工具相對于工件具有通常反極性的電壓。從而在工具和工件之間形成若干微小的放電，也就是形成能夠?qū)⒉牧蠌墓ぜ先コ幕鸹?。已知的電侵蝕加工法尤其是-線侵蝕；這里，使用一根細(xì)金屬線作為工具。也可以利用線侵蝕對厚度大的難以或者無法切削的材料進(jìn)行非常精細(xì)切割。-埋頭孔侵蝕或穿孔侵蝕；這里，使用小管子或者陰模作為工具。既可以產(chǎn)生盲孔和通孔，也可以產(chǎn)生不同幾何外形的形狀。如果無法在工件的邊緣開始線侵蝕，則可以利用起始孔侵蝕打出起始孔。在其中加工工件的非導(dǎo)電液體通常大多是去離子水或者油。特別地，油和其它烴類并非始終非常適合作為線侵蝕的電介質(zhì)。盡管物理侵蝕過程能發(fā)揮作用，但是蝕除速度小，因此這種方法并不經(jīng)濟(jì)。原因估計是油或者其它烴類的熱導(dǎo)率小以及火花間隙很小，由于缺乏液體交換(尤其是因此而缺乏排熱)并且缺乏從加工間隙中排出蝕除產(chǎn)物的能力， 結(jié)果導(dǎo)致加工過程變差。迄今為止用于線侵蝕的含水電介質(zhì)也會帶來各種各樣的缺點，例如無法避免加工后的材料尤其是鋼材料腐蝕，因此在加工時要使用非離子侵蝕抑制劑。但只能在有限條件下防止腐蝕。使用去離子水作為電介質(zhì)對硬質(zhì)金屬進(jìn)行線侵蝕的另一個問題在于侵蝕過程中有鈷浸出(Cobalt-Leaching)，這對于加工零件的質(zhì)量有極其不利的影響，尤其當(dāng)涉及例如用于高性能切割工具的陰模和陽模時更是如此。此外當(dāng)加工含重金屬例如含鉻的工件時，不可避免還會形成毒性的有害物質(zhì)，這可能就需要采取很麻煩的蝕除產(chǎn)物的處置措施。本發(fā)明的目的在于，提供一種利用電火花侵蝕加工材料的新型替代方法，其不會出現(xiàn)或者僅在很小程度上出現(xiàn)上述問題。采用具有權(quán)利要求1所述特征的方法以及具有權(quán)利要求10所述特征的裝置，即可達(dá)到這一目的。權(quán)利要求2 9均為本發(fā)明所述方法的優(yōu)選實施方式。在此引用所有權(quán)利要求的字句作為本說明的內(nèi)容。按照一種本發(fā)明所述利用電火花線侵蝕對工件進(jìn)行加工的方法，與此類方法中常見的方式一樣，牽引作為工具的金屬線(Draht)穿過待加工的工件，這里，使用非水電介質(zhì)沖洗金屬線和工件之間的接觸區(qū)(在金屬線和工件之間引起放電的區(qū)域)。要么在工件邊緣上的某一個起始點、或者在起始孔之中開始侵蝕過程。預(yù)先通過鉆孔或者埋頭孔侵蝕方式在工件中打出起始孔，必要時必須通過該起始孔穿入金屬線。本發(fā)明所述方法的特征尤其在于，在金屬線進(jìn)入工件之前，也就是在金屬線與實際的電介質(zhì)接觸之前，首先用有機(jī)液體將其濕潤，所述液體的組成優(yōu)選有別于電介質(zhì)。令人驚奇的發(fā)現(xiàn)是，這樣尤其能夠有時明顯提高金屬線穿過工件進(jìn)行切割的速度。特別是與非水電介質(zhì)相結(jié)合、尤其是當(dāng)金屬線接著浸沒在烴基電介質(zhì)之中時觀察到了這種效應(yīng)。所使用的有機(jī)液體理想地應(yīng)當(dāng)可以與所使用的電介質(zhì)無限制地混合，而不會形成多相體系。所述有機(jī)液體在優(yōu)選實施方式中是烴或者烴混合物。因此，例如它優(yōu)選由飽和的、 脂肪族的、無環(huán)烴類構(gòu)成。在一些優(yōu)選實施方式中，所述液體基本上不含芳族烴類，這尤其應(yīng)理解成芳族烴類的重量百分比含量低于1 %。在一些優(yōu)選實施方式中，也可以有針對性地將芳族烴類加入到烴混合物之中。這種情況下要注意所加入的烴類沒有致癌作用。已證明特別適宜使用二異丙基萘或者相應(yīng)的異構(gòu)體混合物。在其它優(yōu)選實施方式中，所述有機(jī)液體可以是酯或者酯混合物，尤其是一種或多種優(yōu)選飽和脂肪酸酯構(gòu)成的酯混合物。所述脂肪酸酯可以是三酸甘油酯 (Triglycerid-Ester)，但是脂肪酸也可以與一元醇進(jìn)行酯化反應(yīng)。這里，所述脂肪酸優(yōu)選具有5 81個碳原子，特別優(yōu)選具有16 33個碳原子。在其它優(yōu)選實施方式中，所述有機(jī)液體是醇，尤其是一元醇，特別是具有12 M 個碳原子的直鏈或者支化一元醇。另外也可以使用多元醇，使用乙二醇能得到特別好的結(jié)^ ο特別適宜使用含有導(dǎo)電性改進(jìn)的添加劑的有機(jī)液體，所述添加劑在有機(jī)液體中的重量百分比含量優(yōu)選在0. 00001 10%之間，特別地在0. 0001 5%之間。本發(fā)明所述的導(dǎo)電性改進(jìn)的添加劑是能夠提高所用非水電介質(zhì)的導(dǎo)電性的、成分。導(dǎo)電性改進(jìn)的添加劑可以包括一種化合物，或者優(yōu)選也可以包括多種化合物的混合物。尤其當(dāng)使用上述某一種烴類或者相應(yīng)的烴混合物或者上述某一種酯作為有機(jī)液體時，優(yōu)選這樣的添加劑。如果使用如乙二醇的醇，則也可以使用不含添加劑的醇。該醇通常本身就具有導(dǎo)電性改進(jìn)作用。所述導(dǎo)電性改進(jìn)的添加劑優(yōu)選是至少一種具有至少一個官能團(tuán)的化合物，所述官能團(tuán)選自-OH、-C00H、-NH2, -NHR、_SH、-SO2OH和-SO3H,或者其一種或多種衍生物，其中R 表示烷基、芳基、烷基芳基或者芳基烷基殘基，其中一個或多個碳原子也可以被雜原子所取代。這里，所述衍生物尤其是可用化合物的鹽，例如特別適合使用的是磺酸鈣。除了上述官能團(tuán)之外，至少一個化合物必要時也可以具有不含氫的其它官能團(tuán)， 例如-0R、-C00R、-S02R、-SiAR、-NRR'、-CHO和-C0-R，其中R和R'各自獨立表示燒基、芳基、烷基芳基或者芳基烷基殘基，并且其中一個或多個碳原子也可以被雜原子所取代。導(dǎo)電性改進(jìn)的添加劑尤其優(yōu)選可以包括多元醇及其酯，例如山梨醇、多元醇、多元醇醚、聚乙烯醇、聚乙二醇及其醚、羧酸、堿金屬或堿土金屬的脂肪酸皂、通式為ROSO3M(M = 堿金屬、堿土金屬；R=烷基、芳基、芳基烷基或者烷基芳基)或者(RR' )CH0S03M&高級伯醇或仲醇的烷基硫酸鹽、C12 C22磺酸、烷基芳基磺酸或者其鹽，例如十二烷基苯磺酸，或者由這些化合物中的某一種構(gòu)成。其它特別適合作為導(dǎo)電性改進(jìn)的添加劑的化合物是非揮發(fā)性含氮化合物，例如胺或酰胺或者其鹽，尤其是寡聚或多聚胺和酰胺。例如通式為R1Nt (R2O)mR] [(R3O)nH]或者 R' CON[(R2O)fflR] [(R3O)nH]的聚乙氧基烷基胺或聚乙氧基烷基酰胺，其中R1 R3是烷基殘基，R'優(yōu)選是具有至少8個碳原子、優(yōu)選具有至少12個碳原子的烷基殘基，且n、m等于或大于UnDE 31 088 43中所述。此外尤其也可使用聚胺或聚胺共聚物或者此類化合物與其它的、尤其是聚合物化合物的混合物。除了例如聚乙烯胺之類的簡單聚胺之外，還適宜用
4脂肪族伯胺一元胺的反應(yīng)獲得適用的非揮發(fā)性聚胺，所述脂肪族伯一元胺例如有正辛胺或正十二胺，或者N-烷基取代的脂肪族二胺，例如N-n-十六基-1，3-丙二胺和環(huán)氧氯丙烷。 這些聚胺多元醇除了具有胺基團(tuán)之外，也具有羥基團(tuán)。在US 3，917，466中就有關(guān)于這類聚胺共聚物的介紹。特別適合與聚胺或聚胺共聚物共同使用的聚合物是聚砜共聚物。優(yōu)選是由1 1 摩爾比的烯烴與SA單元構(gòu)成的基本非支化的聚砜共聚物。在US 3，917，466中就有關(guān)于適用的聚砜共聚物的介紹。例如列舉了 1-癸烯聚砜。在US 5，(^6，795和US 4，182，810中描述了含有聚砜共聚物、聚胺和長鏈磺酸的混合物。有機(jī)液體中所含的導(dǎo)電性改進(jìn)的添加劑特別優(yōu)選是聚砜共聚物和/或者聚胺聚合物和/或者可溶于油的磺酸和/或者其衍生物，尤其是聚砜共聚物、聚胺聚合物和可溶于油的磺酸(或者其衍生物)的組合物。例如WO 00/68274或者WO 02/0405M就描述了這類混合物，在此引用其內(nèi)容作為參考。優(yōu)選的磺酸是一取代或者二取代苯基或萘基磺酸。利用這樣的組合物能夠獲得特別好的線侵蝕效果，以下還將舉例對此進(jìn)行進(jìn)一步探討。此外優(yōu)選還可以在有機(jī)液體中加入烷基多硫化物尤其作為導(dǎo)電性改進(jìn)添加劑。包含導(dǎo)電性改進(jìn)添加劑的有機(jī)液體優(yōu)選所具有的電導(dǎo)率在5pS/m 500000pS/m 之間，優(yōu)選在5pS/m 50000pS/m之間，更優(yōu)選在50pS/m 5000pS/m之間，特別優(yōu)選大約為 2000pS/m。在本發(fā)明所述的方法中，也可以在不添加導(dǎo)電性改進(jìn)成分的情況下使用烴類和烴混合物，但是在這種情況下這些烴優(yōu)選具有一定的最小粘度。尤其當(dāng)可用于本發(fā)明所述方法中的有機(jī)液體是烴類或者烴混合物時，特別優(yōu)選這種有機(jī)液體在40°C溫度下的運動粘度最好至少為1. Srnrn、-1。尤其當(dāng)可用于本發(fā)明所述方法中的有機(jī)液體是烴類或者烴混合物時，優(yōu)選這種有機(jī)液體的沸點> 160°C，尤其> 200°C。在進(jìn)一步的實施方式中，優(yōu)選有機(jī)液體的沸點低于 300°C。因此特別優(yōu)選在300°C 300°C之間。在一些實施方式中，導(dǎo)電性改進(jìn)添加劑可以具有金屬有機(jī)化合物。但不僅非水電介質(zhì)、而且有機(jī)液體均優(yōu)選基本上不含金屬有機(jī)化合物，尤其不含重金屬有機(jī)化合物。有機(jī)液體除了可以包含導(dǎo)電性改進(jìn)添加劑之外，必要時還可以包含一種或多種添加劑，以用來有針對性地調(diào)節(jié)某些特性，例如電介質(zhì)的粘度，或者改善其耐化學(xué)品性。尤其可以使用適于油基電介質(zhì)的添加劑，本領(lǐng)域技術(shù)人員均了解此類添加劑，因此在本發(fā)明中不必予以贅述。優(yōu)選在金屬線進(jìn)入工件之前立即將有機(jī)液體涂覆到金屬線上。例如可以將有機(jī)液體噴涂在金屬線上，或者將金屬線浸沒在有機(jī)液體之中。與金屬線的材料一樣，原則上可以自由選擇涂覆方式，但是應(yīng)注意將有機(jī)液體盡可能均勻地全面濕潤金屬線。適宜的是使得金屬線穿過充滿有機(jī)液體的儲液池，金屬線優(yōu)選完全浸沒在儲液池之中。例如可以通過直徑基本上等于金屬線外徑的孔從儲液池中重新抽出金屬線。原則上可以使用所有已知的侵蝕線來實施所述的方法，特別優(yōu)選用黃銅絲以及具有涂層表面的金屬線。一種本發(fā)明所述的利用電火花線侵蝕對工件進(jìn)行加工來實施這種方法的裝置包括用于待加工工件的支架；用于引導(dǎo)并且牽引金屬線穿過工件的構(gòu)件；用于可用來沖洗金屬線和工件之間接觸區(qū)的電介質(zhì)的?。灰约翱捎脕碓诮饘倬€進(jìn)入工件之前將所述有機(jī)液體涂覆在金屬線上的計量裝置。優(yōu)選給浴加入非水電介質(zhì)。計量裝置優(yōu)選包含一種上述有機(jī)液體。所述金屬線引導(dǎo)和牽引構(gòu)件尤其是現(xiàn)有技術(shù)已知的適合的線卷_、傳動-和轉(zhuǎn)向-滾輪。優(yōu)選地，將金屬線引導(dǎo)裝置布置尤其在工件支架上方和下方，金屬線引導(dǎo)裝置可以支撐金屬線、抑制振動，從而保證直線切割。優(yōu)選在本發(fā)明所述裝置的上部將金屬線卷繞在線卷上，可以從這里通過多個轉(zhuǎn)向滾輪將金屬線引向上方的金屬線引導(dǎo)裝置。從這里可以用一定的張力牽引金屬線穿過工件和下方的金屬線引導(dǎo)裝置。牽引方向優(yōu)選垂直，這樣非常有助于將所產(chǎn)生的侵蝕屑從切割間隙中沖洗出來。如上所述，優(yōu)選在金屬線進(jìn)入工件之前立即涂覆導(dǎo)電性改進(jìn)成分。按照優(yōu)選實施方式適當(dāng)布置計量裝置，從而可以在金屬線進(jìn)入工件之前立即將其濕潤。若為垂直的金屬線引導(dǎo)裝置，則優(yōu)選在浴上方或者上方的金屬線引導(dǎo)裝置上方立即濕潤。所述計量裝置可以是例如以上所述具有開口的儲液池，也可以采用多種不同的技術(shù)解決方案，例如用來將有機(jī)液體涂覆在金屬線上的噴涂裝置或構(gòu)件。與上述傳統(tǒng)的方法相比，本發(fā)明所述的方法在不同的方面均具有優(yōu)勢-對工件和機(jī)器的腐蝕比較小-優(yōu)越的切割速度-蝕除量穩(wěn)定，可以實現(xiàn)微切割-加工硬質(zhì)金屬和PKD時幾乎沒有鈷浸出-導(dǎo)熱率較小(與水電介質(zhì)相比)，不會因為熱沖擊而產(chǎn)生微裂紋-表面質(zhì)量更好關(guān)于本發(fā)明的其它特征，可參閱以下實施例以及相關(guān)從屬權(quán)利要求。這里可以單獨實現(xiàn)各項特征，或者在本發(fā)明的某一種實施方式中將多個特征其相互組合。本實施例僅用來進(jìn)行解釋，以利于理解本發(fā)明，本發(fā)明并不僅限于此。
實施例從侵蝕機(jī)上部的線卷開始將一根0. 25mm厚、鍍層黃銅絲經(jīng)過多個轉(zhuǎn)向滾輪引向上方和下方的金屬線引導(dǎo)裝置，在此之間放置待加工的鋼質(zhì)工件。通過傳動滾輪以一定的金屬線張力牽引金屬線穿過工件，然后將其清除。在一種液體電介質(zhì)中切割工件，該電介質(zhì)基本上由合成脂肪族烴類構(gòu)成。通過電介質(zhì)的連續(xù)沖洗，從切割間隙中清除所產(chǎn)生的侵蝕屑。緊接著在金屬線進(jìn)入待加工工件上方的上方金屬線引導(dǎo)裝置之前，首先使其經(jīng)過計量裝置中含有一種導(dǎo)電性改進(jìn)添加劑的烴混合物，金屬線完全浸沒在其中。使用一個漏斗形儲液池作為計量裝置，浸潤了烴混合物的金屬線在儲液池下端通過一個孔出來，該孔的直徑基本上等于金屬線的外徑。所述含有導(dǎo)電性改進(jìn)添加劑的烴混合物是市面上可以買到的抗靜電劑 Costelan AS 100 (公司 H. Costenoble GmbH & Co. KG, Eschborn，德國)，即含高分子氮化合物和硫化合物構(gòu)成的一種組合物(就說以上所述的導(dǎo)電性改進(jìn)添加劑)， 將其溶解于煤油之中成為烴混合物。浸潤了抗靜電劑的金屬線接著進(jìn)入工件之中，以很高的再現(xiàn)精度切割工件。既沒有觀察到以上所述的鈷浸出，也沒有觀察到工件腐蝕。 與無適于含導(dǎo)電性改進(jìn)劑的有機(jī)液體的計量裝置的同類侵蝕機(jī)相比，加工速度提高大約20%。
權(quán)利要求
1.利用電火花線侵蝕對工件進(jìn)行加工的方法，其中牽引作為工具的金屬線穿過待加工的工件，并且用非水電介質(zhì)沖洗金屬線和工件之間的接觸區(qū)，其中在金屬線進(jìn)入工件之前已用有機(jī)液體將其濕潤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)液體是烴類或者烴混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)液體是醇，尤其是多元醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)液體包含導(dǎo)電性改進(jìn)的添加劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電性改進(jìn)的添加劑的重量百分比含量在0. 00001 10%之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電性改進(jìn)的添加劑是至少一種具有至少一個官能團(tuán)的化合物，所述官能團(tuán)選自-OH、-C00H、-NH2, -NHR、-SH 和-SO3H或者其衍生物，其中R表示烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基殘基，其中一個或多個碳原子也可以被雜原子所取代。
7.根據(jù)權(quán)利要求4 6中任一項所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電性改進(jìn)成分包含聚砜共聚物和/或者聚胺聚合物和/或者可溶于油的磺酸和/或者其衍生物。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項、尤其根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)液體在40°C溫度下的粘度至少為1. Smrn2sA
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)液體基本上不含金屬有機(jī)化合物。
10.利用電火花線侵蝕對工件進(jìn)行加工的裝置，尤其根據(jù)上述權(quán)利要求之一的所述方法利用電火花線侵蝕對工件進(jìn)行加工的裝置，包括用于待加工工件的支架；用于引導(dǎo)并且牽引金屬線穿過工件的構(gòu)件；用于可用來沖洗金屬線和工件之間接觸區(qū)的電介質(zhì)的?。?以及可用來在金屬線進(jìn)入工件之前將有機(jī)液體涂覆在金屬線上的計量裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用電火花線侵蝕對工件進(jìn)行加工的方法，即牽引一根作為工具的金屬線穿過待加工的工件，并且用一種非水電介質(zhì)沖洗金屬線和工件之間的接觸區(qū)，在金屬線進(jìn)入工件之前用一種有機(jī)液體將其濕潤。本發(fā)明還涉及一種用來執(zhí)行所述方法的裝置。
文檔編號B23H7/10GK102202826SQ200980135187
公開日2011年9月28日 申請日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
發(fā)明者J·施佩特, M·斯托爾, W·雷貝因 申請人:歐海有限責(zé)任公司