阳极机械切割原理是根据短电弧放电腐蚀金属的作用(电的热效应和电化学效应,而在切割上以热效应为主),所以能够用普通环形钢一口咬定圆形薄板切割导电硬质金属。而且切割速度与被加工件的力学性能无关。
阳极机械切割时,工件接在电压为20~30V的直流电源的正极上,而钢带或圆铁盘接电源的负极(或称工具电极),在旋转的钢带或圆铁盘与工件接触处加入水玻璃溶液作为工作液。当电流通过导电的水玻璃通过导电的水玻璃工作时,便发生电化学溶解,形成阳极薄膜,金属被短电弧放电熔化、汽化,加工旋转的钢带或圆铁盘的机械作用,从而实现了金属的切割。
(1)阳极薄膜的形成及其本质 水玻璃是各种硅酸钠的黏性溶液(其化学分子式以Na2O·nSiO2表示)。当电流从阴极经过水玻璃溶液时,即发生电解作用。由于离子的移动,在阳极表面形成一层钝化了的薄膜,,称为阳极薄膜。其具有很高的电阻与一定的机械强度。当电流通过工具电极(即旋转的钢带或旋转的铁圆盘)——水玻璃溶液——阳极薄膜——工件的串联电路时,由于所发出的热量与线路中的电阻成正比,故阳极薄膜处产生极大的热量,而阳极薄膜具有良好的绝热性能,使工作时产生的热量绝大部分传递到阳极上来,加速了工件的熔化、汽化,而工具电极发热却很小。因此,这种切割方法称为阳极机械切割。
(2)脉冲熔化 当直流电流通过工具电极(钢带或铁圆盘)时,切割时沿被加工表面以不大的摩擦力滑动。工具电极与工件瞬时接触的不是整个平面,而是极微小的“接触桥”。由于工具的机械作用,将“接触桥”处的薄膜去除,而不损伤其他部分的薄膜,使电流大部分从“接触桥”处流过。电流在极小的接触表面上的高度集中,引起“接触桥”的剧烈加热而熔化,这些“接触桥”熔化使电流中断。在接触表面又产生新的“接触桥”,然后又被熔化。这样连续不断地发生脉冲的熔化现象,熔融的金属蚀除物被旋转的工具电极从加工间隙中排出。
在金属熔化的情况下,其切割速度是由电源输出能量及旋转的工具电极沿工件移动的速度(即工具电极的进给量)决定的,如果加工电压过高或工具切割速度过低,在“接触桥”熔化后电流不中断而发生电弧放电,加工过程的脉冲性就被破坏。在放电加工中遇到电弧放电,常常会引起电极和工件的烧伤。