CN101288917A - 一种永磁场电火花小孔复合加工方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种永磁场电火花小孔复合加工方法及装置，属于特种加工领域，具体涉及一种永磁场电火花小孔复合加工方法及装置的技术方案，主要用于导磁材料的高速电火花小孔加工，包括磁导向器，磁导向器固定座(非导磁材料)，紧定螺钉(非导磁材料)。磁导向器位于工件上方，磁导向器对蚀除金属微粒有磁化作用，微粒磁化后，在磁化力的作用下，排出间隙速度提高。避免受到非磁导向器阻挡回流至孔口，引起孔口二次放电。本发明有利于改善间隙排屑条件，避免蚀除产物在加工区域的聚积和蚀除产物浓度过高造成拉弧和短路，保证加工稳定，提高加工速度；将电极导向器与改善排屑条件装置一体化，机床结构紧凑，安装更换方便，成本低，易于推广。

Description

一种永磁场电火花小孔复合加工方法及装置

一、技术领域

本发明一种永磁场电火花小孔复合加工方法及装置，属于特种加工领域，具体涉及一种永磁场电火花小孔复合加工方法及装置的技术方案，主要用于导磁材料的高速电火花小孔加工。

二、背景技术

孔在机械加工领域占据重要的地位。据统计，孔加工约占机械加工总量的三分之一。近年来随着机械加工微细化、精密化要求的不断提高，特别是随着材料向高强度，高硬度方向的发展，经常需要在这些难加工材料上加工深径比较大的小孔。由于电火花加工不受材料硬度的限制，与其他特种加工方法相比具有较明显的优势。但是对于高速电火花小孔加工，存在的首要技术难题是加工深度较深时，加工排屑困难，碎屑堆积并且容易造成非稳定状态放电增多，降低加工速度，甚至会出现不加工现象。这主要是因为当孔的加工超过一定深度时，电蚀产物会沉到孔的底部，当底部的蚀除微粒浓度达到一定数值时，将产生拉弧和短路，严重降低工件的表面质量，一旦发生拉弧，自动进给调节装置势必使工具电极回退，从而脉冲有效利用率降低，加工时间延长。随着加工深度的增加，拉弧和短路出现的越来越频繁，以致于加工被迫停止，孔的加工深度受到限制。为了改善小孔加工时的排屑条件，保证加工过程稳定，常采用电磁振动头，使工具电极沿轴向振动，或采用超声波振动头，使工具电极端面有轴向高频振动，进行电火花超声波复合加工，改善小孔加工排屑条件，提高小孔加工效率。除此之外，也可以采用将工具电极圆周沿轴向削掉一部分进行削边处理的方法，提高水基工作液和电蚀产物排出通道的大小，改善排屑条件。但是工具电极管壁被削掉一部分之后，工具电极截面尺寸减小，平均电流密度变大，导致工具电极损耗增大。此外工具电极截面尺寸减小后，工具电极刚性变差，容易受高压、高速水基工作液的反作用力而倾斜，降低小孔的加工精度。电火花小孔加工存在的另一技术难题是小孔的圆柱度问题，加工出的小孔存在较为严重的喇叭口，小孔的圆柱度降低。喇叭口出现的主要原因是工作液和电蚀产物在加工小孔的出口处，蚀除金属颗粒受导向器阻挡回流至孔口，引起孔口二次放电。高速电火花小孔加工工具电极的成型精度、导向精度直接影响到加工孔的尺寸精度和形状精度。为了增强工具电极的刚性，避免在加工过程中由于机械振动以及高压水基工作液流经工具电极孔产生的工具电极振动，保证工具电极旋转的一致性和重复精度，保证加工稳定性和小孔加工精度，在电火花小孔加工中须采用导向器。此外导向器与工具电极的配合精度，同样决定了加工小孔的精度，故在加工过程中必须保证二者的配合间隙，保证小孔的形位精度和尺寸精度。无论采用电磁振动头还是超声振动头来改善排屑，这些装置与导向装置都是分立的，对于有限的机床空间的来讲，附加装置会占用较大的空间，且附加装置越多对工具电极导向精度的影响因素也越多，越不利于导向精度的保证。导向精度难以保证势必降低小孔的形位精度。采用削边处理的工具电极也由于其存在的缺点使得应用较难推广，因此，亟需一种既能改善排屑条件又不会降低工具电极刚性的加工方法及其装置。

三、发明内容

本发明一种永磁场电火花小孔复合加工方法及装置的目的在于：为解决上述现有技术中存在的亟需解决的问题，从而提供一种用于高速电火花小孔加工的永磁场电火花小孔复合加工方法及装置的技术方案。

一种永磁场电火花小孔复合加工方法，其特征在于通过磁导向器5的作用，使得蚀除金属微粒在磁化力的作用下，排出放电间隙的速度提高，避免蚀除金属微粒回流至孔口发生二次放电的一种工艺方法，具体工艺步骤为：

I、制备磁导向器5(见附图1)

A、导向器呈圆柱状，中心加工小孔，小孔内径与工具电极6外径相配合；

B、导向器充磁，充磁后磁导向器5的磁力线方向与其轴线方向平行；

II、将步骤I中制备的磁导向器5用紧定螺钉4固定在磁导向器固定座3上；

III，将工件7固定于机床工作台上，调整磁导向器5和工件7之间的相对位置，使得磁导向器5位于工件7上欲加工小孔处正上方，且垂直距离范围为5mm-25mm，磁导向器5磁力线方向与加工小孔的轴线方向平行，相对位置固定后，分别将管状工具电极6与脉冲电源1的负极相连，工件7与脉冲电源1的正极相连；

IV、依次开启机床工作液泵10、脉冲电源1、按下机床操作面板的电极旋转和工具电极进给按钮，实现永磁场电火花小孔复合加工。

上述一种永磁场电火花小孔复合加工方法，其特征在于所述的永磁材料为钕铁硼材料。

上述一种永磁场电火花小孔复合加工方法，其特征在于所述的紧定螺钉4和磁导向器固定座3皆由非导磁性材料制成。

上述一种永磁场电火花小孔复合加工方法，其特征在于所述的工件7为导磁性材料。

实现上述一种永磁场电火花小孔复合加工方法的装置，其特征在于该装置包括脉冲电源1、自动进给调节装置2、磁导向器固定座3、紧定螺钉4，磁导向器5、管状工具电极6、工件7、水基工作液8、过滤器9和工作液泵10。脉冲电源1的两极分别与工件7和管状工具电极6相连形成放电回路，维持恒定放电间隙的自动进给调节装置2与管状工具电极6相连，水基工作液8、工作液泵10、过滤器9和管状工具电极6组成工作液供给系统，磁导向器5由永磁材料制作而成，呈圆柱状且中心开有小孔，充磁后磁导向器5的磁力线方向与其轴线方向平行，磁导向器5由紧定螺钉4固定于用非导磁材料制造的磁导向器固定座3上，并且位于工件7欲加工小孔处正上方，磁导向器5磁力线方向与欲加工小孔的轴线方向平行。

本发明一种永磁场电火花小孔复合加工方法及其装置(见附图2)的优点为：本发明在保证工具电极导向精度的同时，可以改善电火花小孔加工的排屑条件，提高孔的加工速度。导磁材料工件产生的加工碎屑颗粒在永磁场的作用下被磁化，在永磁场的作用下，被磁化的蚀除金属颗粒受到磁化力作用，磁化力大小与磁场强度有关，方向竖直向上。显然蚀除金属颗粒受到磁化力、水力搬运共同作用而排出加工间隙。相比于普通电火花小孔加工，永磁场电火花小孔复合加工增加了磁化力改善间隙排屑条件的作用，有利于蚀除金属颗粒的排出，避免加工碎屑堆积在孔底，提高加工的稳定性和加工速度。更重要的是，从加工间隙排出的水基工作液与电蚀产物的混合物在喷出加工孔孔口瞬间，由于非磁导向器的阻碍作用会使得部分混合物回流至孔口，而混合物中的蚀除金属颗粒回流至孔口，导致孔口二次放电，一旦在孔口发生二次放电，会使得放电点从工具电极端面转移到孔口，迫使自动调节系统抬刀，加工稳定性降低，有效加工时间缩短，加工速度降低；而永磁电火花复合小孔加工可以有效避免这种情况发生，混合物中的蚀除金属颗粒在喷出受到磁导向器阻挡作用时，磁导向器会将蚀除金属颗粒吸附在磁导向器下表面有效避免回流至孔口，有效避免孔口二次放电，提高加工的稳定性、加工速度。由于该装置改善排屑条件是靠磁导向器对加工碎屑的磁化和吸引，故该加工适合任何导磁导电材料的加工。同时该装置还避免了利用传统导向器时，蚀除金属颗粒受导向器下表面阻挡回流至孔口，引起孔口二次放电，进一步提高电火花小孔的加工速度。是一种有效改善电火花小孔加工排屑条件、避免孔口二次放电、保证导向精度、加工效果好、结构简单、安装更换方便，易于实现的一种改善间隙排屑条件的加工方法和工具电极磁导向装置。准确来讲本发明的优点可归纳为：

1在加工导磁性材料工件时，有利于间隙蚀除金属微粒的排出，改善间隙排屑条件，避免电蚀产物在加工区域的聚集，避免电蚀产物浓度过高而造成拉弧和短路，避免蚀除金属颗粒回流至孔口导致孔口二次放电，保证加工的稳定性，提高加工速度。

2与其它电火花小孔复合加工方法相比，将工具电极导向器与改善排屑条件装置一体化，使机床结构紧凑，有效节省机床占用空间。

3磁导向器结构简单，安装更换方便，成本低，易于推广。

四、附图说明

图1永磁场电火花小孔复合加工装置中的磁导向器(图2中的5)正立面全剖视图，其中φ为内孔直径

图2永磁场电火花小孔复合加工装置示意图，图中：1-脉冲电源；2-自动进给调节装置；3-磁导向器固定座；4-紧定螺钉；5-磁导向器；6-工具电极；7-工件；8-水基工作液；9-过滤器；10-工作液泵

五、具体实施方式：

实施方式1：

I、选用制备好的磁导向器5

实验所用磁导向器5由N35钕铁硼永磁材料制作而成，呈圆柱状并在磁导向器5中心加工直径值为1.5mm±₀ ^+0.05小孔，充磁，磁导向器5的磁力线方向与其轴线方向平行；

II、将步骤I中制备的磁导向器5用紧定螺钉4固定在磁导向器固定座3上；

III，固定工件7于机床工作台上，调整磁导向器5和工件7之间的相对位置，使得磁导向器5位于工件7正上方且垂直距离为5mm，此时工件7上表面处磁感应强度为190mT，磁导向器5磁力线方向与加工小孔的轴线方向平行，相对位置固定后分别将管状工具电极6与脉冲电源1的负极相连，工件7与脉冲电源1的正极相连；

IV、设定加工工艺参数，脉冲宽度为32us，电流为10A，电吸旋转速度为100r/min，工作液泵10压力为4Mpa，管状工具电极6外径为1.5mm，内径为0.55mm，管状工具电极6电极材料为黄铜，工件7材料为45钢，依次开启机床工作液泵10、脉冲电源1、按下机床操作面板的电极旋转和工具电极进给按钮，实现磁场电火花复合加工。实验中在厚度为7.7mm的45号钢板上加工通孔，记录其加工时间，然后计算出单位时间内的加工深度，即为小孔加工速度。

实施效果：复合加工前加工速度为10mm/min，永磁场电火花小孔复合加工后加工速度为16.36mm/min，速度增长率为63.6％。

实施方式2：改变磁导向器5与工件的垂直距离为15mm，此时工件7上表面处磁感应强度为70mT，其它同实施方式1

实施效果：复合加工前加工速度为10mm/min，永磁场电火花小孔复合加工后加工速度为12.33mm/min，速度增长率为23.3％。

实施方式3：改变磁导向器5与工件的垂直距离为25mm，此时工件7上表面处磁感应强度为40mT，其它同实施方式1

实施效果：复合加工前加工速度为10mm/min，永磁场电火花小孔复合加工后加工速度为10.30mm/min，速度增长率为3％。

Claims (5)

1、一种永磁场电火花小孔复合加工方法，其特征在于是一种通过磁导向器(5)的作用，使得蚀除金属微粒在磁化力的作用下，排出放电间隙的速度提高，避免蚀除金属微粒回流至孔口发生二次放电的工艺方法，具体工艺步骤为：

I、制备磁导向器(5)

A、导向器呈圆柱状，中心加工小孔，小孔内径与工具电极(6)外径相配合；

B、导向器充磁，充磁后磁导向器(5)的磁力线方向与其轴线方向平行；

II、将步骤I中制备的磁导向器(5)用紧定螺钉(4)固定在磁导向器固定座(3)上；

III，将工件(7)固定于机床工作台上，调整磁导向器(5)和工件(7)之间的相对位置，使得磁导向器(5)位于工件(7)上欲加工小孔处正上方，且垂直距离范围为5mm-25mm，磁导向器(5)磁力线方向与加工小孔的轴线方向平行，相对位置固定后，分别将管状工具电极(6)与脉冲电源(1)的负极相连，工件(7)与脉冲电源(1)的正极相连；

IV、依次开启机床工作液泵(10)、脉冲电源(1)、按下机床操作面板的电极旋转和工具电极进给按钮，实现永磁场电火花小孔复合加工。

2、按照权利要求1所述的一种永磁场电火花小孔复合加工方法，其特征在于所述的永磁材料为钕铁硼材料。

3、按照权利要求1所述的一种永磁场电火花小孔复合加工方法，其特征在于所述的紧定螺钉(4)和磁导向器固定座(3)皆由非导磁性材料制成。

4、按照权利要求1所述的一种永磁场电火花小孔复合加工方法，其特征在于所述的工件(7)为导磁性材料。

5、实现上述权利要求1所述的一种永磁场电火花小孔复合加工方法的装置，其特征在于该装置包括脉冲电源(1)、自动进给调节装置(2)、磁导向器固定座(3)、紧定螺钉(4)，磁导向器(5)、管状工具电极(6)、工件(7)、水基工作液(8)、过滤器(9)和工作液泵(10)，脉冲电源(1)的两极分别与工件(7)和管状工具电极(6)相连形成放电回路，维持恒定放电间隙的自动进给调节装置(2)与管状工具电极(6)相连，水基工作液(8)、工作液泵(10)、过滤器(9)和管状工具电极(6)组成工作液供给系统，磁导向器(5)由永磁材料制作而成，呈圆柱状且中心开有小孔，充磁后磁导向器(5)的磁力线方向与其轴线方向平行，磁导向器(5)由紧定螺钉(4)固定于用非导磁材料制造的磁导向器固定座(3)上，并且位于工件(7)欲加工小孔处正上方，磁导向器(5)磁力线方向与欲加工小孔的轴线方向平行。

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