CN101168204A - 液中喷气电火花加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种特种加工技术的液中喷气电火花加工方法，采用空心管状工具电极，在进行电火花加工时，从空心管状工具电极喷出高压气体，工具电极和工件浸没在工作液中。本发明在气体电火花加工方法的基础上融入液体工作介质的优点，气体为工作介质，水基工作液不直接参与放电，但对加工产生有益的辅助作用。本发明的优点是：加工短路率低，稳定性好，材料去除率高，工件表面质量好，符合绿色制造潮流。
Description
技术领域
本发明涉及一种特种加工技术领域的加工方法，具体是一种液中喷气电火花加工方法。
背景技术
电火花加工通过工具电极与工件间的脉冲性火花放电来蚀除工件表面的材料，并最终将电极形状反向拷贝到工件上。这种加工方法具有不受工件材料强度、硬度等机械性能的限制及无宏观切削力等优点，特别适合于难加工材料及复杂形状工件加工，在航空、航天、汽车、电子、模具等行业有广泛的应用。电火花加工通常是在碳氢化合物等绝缘性工作液中进行。电火花加工工作液在电火花加工中所起的主要作用有：保持工具电极和工件间具有一定的绝缘性，从而使工具电极和工件间能够建立一定的击穿电压；工具电极和工件间一旦发生击穿放电时，压缩放电通道，使放电能量集中作用在工件局部表面上；对击穿放电在工件表面形成的溶化、汽化材料进行冷却，使其形成电蚀产物；通过工作液的流动，将电蚀产物从工件与电极间的间隙中带走。在电火花加工过程中，放电产生的高温使工作液分解产生对人体和环境有害的气体并存在火灾的隐患，加工后废弃的工作液也会污染环境，需要进行无害化处理；此外，工作液的供给和管理费用较高，大大增加了生产成本。
经对现有技术的检索发现，从电火花加工发明以来人们一直认为工作液是电火花加工所必需的，东京农工大学的国枝正典打破了禁锢人们半个多世纪的这一传统观念，提出了气中电火花加工的概念(M.Kunieda，M.Yoshida.ElectricalDischarge Machining in gas(气中电火花加工或干式电火花加工)。Annals ofthe CIRP，1997，46(1)：143-146)。气中电火花加工采用薄壁的管状电极，以高压气体作为工作介质。在任何脉宽下，气中电火花加工的电极损耗都近乎为零，这一点明显区别于传统的工作液中加工。与工作液中的电火花加工相比，气中电火花加工在电极损耗、加工柔性、环境保护和生产安全等方面有突出的优势。气中电火花加工的不足在于：加工效率低，使用空气为电介质时的加工效率平均只有工作液中的1/6；短路率比液中放电的高许多，要有高精度的工具电极进给伺服系统和电源系统，增加了设备的成本，降低了市场竞争力；气体对于电极和工件的冷却效果远不如液体，因此很难采用较高的峰值电流以提高加工效率；放电过程中产生的熔融金属在飞溅过程中不易及时冷却固化，有一部分会粘结在工件表面影响加工质量。如何在保持气中电火花加工的优点，同时吸收液中电火花加工的长处，目前尚无好的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种液中喷气电火花加工方法，使其继承气中电火花加工电极损耗小、环境友好的优点，同时具有液中电火花加工材料去除率高、加工稳定性好、冷却和排屑效果好的长处。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用空心管状工具电极，在进行电火花加工时，从空心管状工具电极喷出高压气体，工具电极和工件浸没在工作液中。高压气体是火花放电的工作介质，工作液起到改善放电区域附近的冷却条件、压缩放电通道和协助排屑的作用，但并不直接参与放电过程。
本发明包括以下步骤：
第一步，安装工具电极
工具电极采用小尺寸的空心薄壁管。工具电极的一端通过中间密封装置与高压气源相连，另一端进行电火花加工。工具电极的材料为紫铜或其它金属、石墨。工具电极一般为圆管，管的外径不大于10mm。
第二步，工具电极液中喷气
进行电火花加工，高压气源开始供气，气体压强为0.15MPa-8MPa。工具电极喷气的一端和工件一起浸没在水基工作液中，工具电极浸入水基工作液的深度不小于20mm。
工具电极可以固定加工，也可以在电机的带动下高速旋转进行加工，这样有利于相对放电位置的不断改变，改善放电条件，使加工过程稳定，从而有效避免电弧放电和短路现象的产生；工具电极旋转时，转速为150rpm以上。
所述电火花加工的放电参数如下：脉宽在5μs-500μs，开路电压在20V-500V，电流在100mA-80A之间。
第三步，逐层扫描加工
工具电极采用逐层扫描电火花铣削方式去除工件表面的材料，以获得工件需要的尺寸和形状，逐层铣削厚度为5μm-200μm。
本发明的有益效果是：1.在气中电火花加工的基础上增加水基工作液作为辅助工作介质，水基工作液可增加放电通道压力，从而可采用比气中电火花加工更大的放电间隙，加工短路率低，稳定性好；2.作为辅助介质的水基工作液有助于增加放电爆炸力，从而提高材料去除率；3水基工作液有利改善放电区域的冷却条件，加速放电产物的凝结，减少放电产物粘结在工件表面，提高了工件表面质量；4.水基工作液的冷却效果可以加速放电通道的消电离过程，可以采用比气中电火花加工小的脉冲间隔，从而提高加工效率；5.加工过程只使用气体和水基工作液，不会产生对人体和环境不利的有害气体，也无须对工作液进行无害化处理，符合绿色制造潮流。结果表明，在脉冲宽度为210μs，脉冲间隔90μs，峰值电流为26.9A，气体压力为0.6MPa，电极为紫铜管(外径1.5mm，内径0.5mm)，工件为45号钢，工作液为去离子水，气体为空气的实验条件下，液中喷气电火花加工的材料去除率为0.74mm3/min，而相同条件下气中电火花加工的材料去除率为0.21mm3/min。
附图说明
图1为本发明加工流程图；
图2为本发明的电极系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1、2所示，本发明具体实施方式包括以下步骤：
第一步，安装工具电极
将空心电极1通过电极夹具12固定在右侧皮带轮14上，空心电极通过套筒10、连接头9和管接头8与高压气体3相连。高压气体3可以通过中间密封部件从电极1中喷出。
电极夹具12和右侧皮带轮14的连接螺纹连接，更换工具电极时，旋下电极夹具12，将工具电极取出更换，再将其旋入右侧皮带轮14，即可完成电极的更换。这种电极更换方法简单迅速，可以降低加工辅助时间。
第二步，工具电极液中喷气
打开高压气源，高压气体3即可从工具电极1中喷出。高压气体3使工具电极1和工件2之间形成气体放电区域，该放电区域与水基工作液15之间的分界面即气液分界面4。
当接通直流电机13时，通过皮带11和皮带轮14所构成的传动机构，电极可以进行旋转。
第三步，逐层扫描加工
加工采用逐层铣削方式进行，以获得工件需要的尺寸和形状，逐层铣削厚度为5μm-200μm。
加工过程中，放电所产生的能量在工件2的表面形成熔融区域7，并产生电蚀产物6和大量的起泡5。电蚀产物6由于高压气体的吹除力和水基工作液良好的流动性而被带走；另一方面，高压气体和水基工作液又能保证放电区域的良好冷却，从而加速放电通道中的消电离过程，使得加工能稳定进行。
实施例
实例1
本例中的加工条件如下表所示：
| 脉宽(μs) | 100 |
| 脉间(μs) | 90 |
| 电流(A) | 26.9 |
| 开路电压(V) | 120 |
| 极性 | 工件接正极 |
| 加工介质 | 去离子水/空气 |
| 气压(MPa) | 0.6 |
| 工具电极 | 紫铜管，外径1.0mm，内径0.3mm |
| 工件 | 45#钢 |
加工所获得的材料去除率：0.17mm3/min，电极相对损耗率：0.75％
实例2
本例中的加工条件如下表所示：
| 脉宽(μs) | 210 |
| 脉间(μs) | 90 |
| 电流(A) | 26.9 |
| 开路电压(V) | 120 |
| 极性 | 工件接正极 |
| 加工介质 | 去离子水/空气 |
| 气压(MPa) | 0.4 |
| 工具电极 | 紫铜管，外径1.0mm，内径0.3mm |
| 工件 | 45#钢 |
加工所获得的材料去除率：0.453mm3/min，电极相对损耗率：0.75％
实例3
本例中的加工条件如下表所示：
| 脉宽(μs) | 240 |
| 脉间(μs) | 90 |
| 电流(A) | 26.9 |
| 开路电压(V) | 120 |
| 极性 | 工件接正极 |
| 加工介质 | DIC-206线切割工作液/空气 |
| 气压(MPa) | 0.6 |
| 工具电极 | 紫铜管，外径1.0mm，内径0.3mm |
| 工件 | 45#钢 |
加工所获得的材料去除率：1.135mm3/min，电极相对损耗率：1.01％。
Claims (9)
1.一种液中喷气电火花加工方法，其特征在于，采用空心管状工具电极，在进行电火花加工时，从空心管状工具电极喷出气体，工具电极和工件浸没在工作液中。
2.根据权利要求1所述的液中喷气电火花加工方法，其特征是，具体包括以下步骤：
第一步，安装工具电极：工具电极采用空心薄壁管，工具电极的一端通过中间密封装置与高压气源相连，另一端进行电火花加工；
第二步，工具电极液中喷气：进行电火花加工，高压气源开始供气，工具电极喷气的一端和工件一起浸没在水基工作液中，工具电极固定加工，或在电机的带动下旋转进行加工；
第三步，逐层扫描加工：工具电极采用逐层扫描电火花铣削方式去除工件表面的材料，以获得工件需要的尺寸和形状。
3.根据权利要求1所述的液中喷气电火花加工方法，其特征是，所述的工具电极，其形状为圆管，圆管的外径小于等于10mm。
4.根据权利要求1或3所述的液中喷气电火花加工方法，其特征是，所述的工具电极，其材料为紫铜、钢或石墨。
5.根据权利要求1或3所述的液中喷气电火花加工方法，其特征是，所述的工具电极，其浸入水基工作液的深度达于等于20mm。
6.根据权利要求1或3所述的液中喷气电火花加工方法，其特征是，所述的工具电极旋转时，转速为150rpm以上。
7.根据权利要求1所述的液中喷气电火花加工方法，其特征是，所述的高压气源开始供气，其气体压强为0.15MPa-8MPa。
8.根据权利要求1所述的液中喷气电火花加工方法，其特征是，所述的所述电火花加工，其放电参数如下：脉宽在5μs-500μs，开路电压在20V-500V，电流在100mA-80A之间。
9.根据权利要求1所述的液中喷气电火花加工方法，其特征是，所述的逐层扫描加工，其逐层铣削厚度为5μm-200μm。
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| CNA2007101707645A CN101168204A (zh) | 2007-11-22 | 2007-11-22 | 液中喷气电火花加工方法 |
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| CNA2007101707645A CN101168204A (zh) | 2007-11-22 | 2007-11-22 | 液中喷气电火花加工方法 |
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| CNA2007101707645A Pending CN101168204A (zh) | 2007-11-22 | 2007-11-22 | 液中喷气电火花加工方法 |
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| CN102500847A (zh) * | 2011-10-17 | 2012-06-20 | 南京航空航天大学 | 基于功能电极组的电火花诱导可控烧蚀加工方法 |
| CN103008805A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-04-03 | 南京航空航天大学 | 冷电极不对称散热电火花加工方法 |
| CN105880757A (zh) * | 2016-06-02 | 2016-08-24 | 中国石油大学(华东) | 气中高效电火花铣削加工方法 |
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2007
- 2007-11-22 CN CNA2007101707645A patent/CN101168204A/zh active Pending
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