一种电火花絮状工作液及其制备方法

本发明涉及机械加工设备，尤其涉及电火花机工作液，特别涉及一种电火花絮状工作液及其制备方法。

背景技术：

1、电火花作为一种特殊加工方法，因其具有不需直接与工件接触，加工复杂表面时材料去除率高、加工效率高的优势，被广泛应用在难加工机械设备部件与金属模具的制造中。电火花机加工是利用浸在工作液中的两电极间脉冲放电时产生的等离子通道来蚀除被加工的导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工。由于传统的电火花加工方式受限于其依靠电极随机放电进行加工的机理，电极击穿介质的位置不定，且每次放电通道的宽度、释放的能量不同，导致传统电火花方式加工得到的工件表面粗糙度较其他机加工方式低。

2、在加工时，电火花机的电极与工件之间具有较高的电压，当电极与工件接近时，其间介质被击穿，随即发生火花放电，在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也会急剧变化。当金属处于再结晶温度以上时会产生塑性变形，这会极大地影响加工精度，造成零件表面缺陷。因此，需要一种电火花工作液来改善加工条件。电火花加工常用的工作液有煤油、去离子水和乳化液等，煤油工作液闪点高、耐用性好，但对人体具有刺激性，并且废弃的工作液容易造成环境问题；去离子水成本低、易于获得并且具有较大的比热容，但很难确保其洁净度；乳化液成本相对较低，性能良好，但其均匀性难以保证，并且不同的加工参数都对应不同的乳化液，乳化工作液种类的选取较为困难。

3、选择合适的电火花加工电流大小与工作液是保证产品质量的重要手段。现有的加工电流大小由电火花机本身根据电极直径、加工深度、被加工材料的参数决定，通常有4a、6a、8a、12a、16a共五种选择，无需再进行改进。电火花机的工作液通常从上述提到的煤油、去离子水和乳化液中进行选取。其中，煤油是生产加工中使用最为广泛的电火花工作液。然而，煤油工作液存在易被氧化、加工过程中会产生有毒有害的烟雾、长时间的接触会刺激皮肤和神经系统等不可避免的缺点。可见，目前尚未找到一种兼具环保、性能稳定和加工效果好等优点的电火花工作液。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适用于电火花机电蚀金属件的含有纳米颗粒的绿色絮状工作液及其制备方法，该工作液配置成本低、挥发性小、无刺激性气味、加工效果好且工作液进行加工的流程简单，不会对工人造成健康威胁，同时也能保护生态环境。

2、本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供的一种电火花絮状工作液，由质量比为35～45：12～20：125～175：4～6：6～10的二氧化硅颗粒、四氧化三铁纳米颗粒、基液、触变剂和抗沉淀剂组成。

4、优选地，所述二氧化硅颗粒的粒径为10μm。

5、优选地，所述的基液选用蓖麻油、植物菜籽油或亚麻籽油，也可以选用其它富含不饱和脂肪酸的植物油。

6、更优选地，所述的基液选用蓖麻油。

7、优选地，所述的触变剂选用石墨粉、聚乙烯醇或有机膨润土。

8、更优选地，所述的触变剂选用粒径为12nm的石墨粉，以提高加工过程中工作液对残渣的包覆力。

9、优选地，所述的抗沉淀剂选用硅藻土、柠檬酸钠或氟化钠。

10、更优选地，所述的抗沉淀剂选用硅藻土，可在被分散的四氧化三铁纳米颗粒表面形成合层，起屏蔽保护作用，防止四氧化三铁纳米颗粒出现团聚。

11、该电火花絮状工作液的制备方法，具体步骤如下：

12、步骤一：按质量配比称取平均粒度为10μm的二氧化硅颗粒和平均粒度为20nm的四氧化三铁纳米颗粒进行混合，称取过程注意做到呼吸保护、皮肤保护、眼脸防护；

13、步骤二：按质量配比称取触变剂，均分为五次加入到步骤一中的二氧化硅颗粒与四氧化三铁纳米颗粒混合物中，得到触变剂-粉末混合物；其中，每次添加触变剂后都手动搅拌均匀；

14、步骤三：按质量配比称取抗沉淀剂，均分为五次加入到步骤二中的触变剂-粉末混合物中，得到触变剂-抗沉淀剂粉末混合物；其中，每次添加沉淀剂后都手动搅拌均匀；

15、步骤四：称取质量占需添加基液总质量66％的基液，均分为五次加入步骤三所得的触变剂-抗沉淀剂粉末混合物中；其中，每次添加基液后都手动搅拌均匀；完全加入后，再用超声搅拌机进行搅拌均匀，得到初始絮状工作液。

16、步骤五：将初始絮状工作液均分为三份，依次注入超声波振动仪中，再称取质量占需添加基液总质量34％的基液，均分为五次注入超声波振动仪中；其中，每次添加基液后都手动搅拌3min；完全加入后，再用超声搅拌机进行搅拌均匀，得到最终均匀的絮状工作液。

17、优选地，步骤二和步骤三中手动搅拌时间均为1min，步骤四和步骤五中每次手动搅拌时间均为5min，步骤四中超声搅拌机的搅拌功率为280w。

18、本发明的有益效果在于：

19、1、改善工作环境，安全可靠。本发明工作液无挥发性，无刺激性气味，在大量生产加工过程中，不会对工人造成健康威胁，同时也保护了生态环境。

20、2、提高加工精度，减少工件表面缺陷产生。本发明絮状工作液具有良好的介电特性，工作液的成分之一蓖麻油中含有大量不饱和脂肪酸，使絮状工作液微观结构分为亲水端与疏水端，其中的疏水端可吸附于金属工件表面上，形成一层极性膜，该极性膜可使电蚀所产生废屑与工件表面分隔并减少二者摩擦产生的热量，有效控制加工温度于再结晶温度之下，避免工件塑性变形，提高加工精度；絮状工作液成分之一的二氧化硅颗粒使得絮状工作液整体表现为絮状。

21、3、本发明絮状工作液含有二氧化硅颗粒，具有较大的相对介电系数提升了放电的稳定性，加工电蚀效果好。在磁场调控下，该絮状工作液中分布大量由四氧化三铁磁性颗粒形成的链状结构、由石墨、硅藻土等成分形成的多孔隙粉末结构，以上两者组成的絮状工作液整体上表现为一种链状多空隙粉末结构，其链式结构由四氧化三铁磁性颗粒聚集而形成絮状物，该絮状物于工作液中流动，疏水端吸附于金属工件表面时，亲水端向另一端的放电电极延伸，絮状物的存在会增大电介质的相对介电系数，增大电极击穿工作液的难度，从而提升了放电的稳定性。相较于传统的电火花工作液，使用本发明絮状工作液可利用电容效应以减少于工件表面的随机不正常放电，电蚀稳定性好。

22、4、本发明可以实现定向精准加工。由于絮状工作液含有二氧化硅颗粒，使得本发明絮状工作液相较常规电火花工作液的击穿难度大，故使用环形阵列电磁铁控制工作液中的四氧化三铁纳米颗粒以诱导超声空化在工件表面定点发生，利用空化泡溃灭时产生的真空与四氧化三铁纳米颗粒于工件表面的定向聚集来降低待加工表面位置电火花击穿的难度，实现定向加工。其中，各电磁铁的磁场叠加后在工件待加工表面区域呈现最强的磁场强度，使工作液中的四氧化三铁纳米颗粒最集中聚集于工件待加工表面，增加了待加工表面的不均匀度，从而增加待加工表面的表面能，让四氧化三铁纳米颗粒充当空化核，诱导超声空化现象发生。

技术特征：

1.一种电火花絮状工作液，其特征在于：由质量比为35～45：12～20：125～175：4～6：6～10的二氧化硅颗粒、四氧化三铁纳米颗粒、基液、触变剂和抗沉淀剂组成。

2.根据权利要求1所述一种电火花絮状工作液，其特征在于：所述二氧化硅颗粒的粒径为10μm。

3.根据权利要求1所述一种电火花絮状工作液，其特征在于：所述的基液选用蓖麻油、植物菜籽油或亚麻籽油。

4.根据权利要求3所述一种电火花絮状工作液，其特征在于：所述的基液选用蓖麻油。

5.根据权利要求1所述一种电火花絮状工作液，其特征在于：所述的触变剂选用石墨粉、聚乙烯醇或有机膨润土。

6.根据权利要求5所述一种电火花絮状工作液，其特征在于：所述的触变剂选用粒径为12nm的石墨粉。

7.根据权利要求1所述一种电火花絮状工作液，其特征在于：所述的抗沉淀剂选用硅藻土、柠檬酸钠或氟化钠。

8.根据权利要求7所述一种电火花絮状工作液，其特征在于：所述的抗沉淀剂选用硅藻土。

9.权利要求1-8中任一项所述一种电火花絮状工作液的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

10.权利要求9所述一种电火花絮状工作液的制备方法，其特征在于：步骤二和步骤三中手动搅拌时间均为1min，步骤四和步骤五中每次手动搅拌时间均为5min，步骤四中超声搅拌机的搅拌功率为280w。

技术总结本发明公开了一种电火花絮状工作液及其制备方法。该絮状工作液由质量比为35～45：12～20：125～175：4～6：6～10的二氧化硅颗粒、四氧化三铁纳米颗粒、基液、触变剂和抗沉淀剂组成。制备方法为：触变剂加入到二氧化硅颗粒与四氧化三铁纳米颗粒混合物中搅拌，得到触变剂‑粉末混合物；再加入抗沉淀剂进行搅拌，得到触变剂‑抗沉淀剂粉末混合物；接着加入66％的基液进行超声搅拌，得到初始絮状工作液；初始絮状工作液与剩余基液注入超声波振动仪中搅拌，得到最终絮状工作液。本发明在金属工件表面形成极性膜，且四氧化三铁纳米颗粒能在磁场作用下向工件待加工表面定向聚集，电蚀稳定性好，加工精度高。技术研发人员：何利华,王昱晨,陆渲博,周浩铭,盛李城受保护的技术使用者：杭州电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/4/24