CN101579763A - 金属的电化学线性切割装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属的电化学线性切割装置及方法；在机床工作台上，安装X、Y方向移动的工作台，Y方向的工作台上，安装内附阳极工件固定导电装置的容积槽，Z方向移动立柱下端安装阴极切割丝，阴极切割丝插入容积槽内，工件和阴极切割丝分别接电源正负极，这样在阴、阳极间隙内就形成了电场，阳极工件上与阴极切割丝相距较近的金属就会在流经的电解液内由于电化学反应而被腐蚀切割。本发明将电化学基本原理与现代数控技术相结合，充分发挥现代数控技术高精度控制能力与电化学电解腐蚀加工技术工艺优良的技术特点，实现了金属高表面精度切割的目的，形成了一种新颖的低成本、高表面精度的金属切割方法。
Description
技术领域
本发明涉及电化学电解技术及金属切割技术，尤其涉及一种提高金属切割切口表面精度的装置与方法。
背景技术
切割作为生产备料工序的主要加工方法，包括了冷、热两种切割，而热切割又有气体火焰切割、电弧切割、等离子弧切割和激光切割等各种工艺方法。目前各种金属和非金属材料的切割已经成为现代工业生产(特别是焊接生产)中的一个重要工序，因为工件所需要的几何形状和尺寸，绝大多数是通过切割方法来实现的，切割技术被广泛应用在国民经济建设的各个领域。
水射流切割技术在特种材料，特别是各种非金属合成材料的加工领域，得到广泛的应用。但是，在工业上用量最大的钢铁材料的切割加工领域，水射流切割因其切割速度较低、设备投资大，难以同等离子弧切割和激光切割竞争，除个别特殊场合外，还未获得广泛应用。
然而，实际生产加工中，激光切割达到了一定的速度和精度，但加工后会产生周边硬化层，不利于后续加工；电火花切割达到高精度但是其速度相对较低；等离子切割速度快、精度较高但是技术难度较大；线切割精度高但是速度较慢，不适合大面积材料切割；火焰切割工件切口精度很低，表面粗糙度极大，适应不了高精度切割的需要，而且切割前需预热，花费时间。此外，模具等生产中应用较多的厚板金属切割时容易产生切口变斜、切口垂直度变差等缺陷。
因此，研制能够提高金属切割表面精度的新工艺、新设备具有重要的科研价值和国民经济意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种金属的电化学线切割装置及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种金属的电化学线性切割装置，其特征在于，它包括：电源、Z方向移动立柱、阴极切割丝、喷嘴、流量计、截流阀、溢流阀、压力表、过滤器、耐腐蚀泵、加热器、储液槽、容积槽、工件、固定导电装置、Y方向移动工作台、X方向移动工作台、机床床身、计算机、控制卡、第一电机、第二电机和第三电机；其中，所述Y方向移动工作台、X方向移动工作台和Z方向移动立柱安装在机床床身上。X方向移动工作台与第一电机相连，Y方向移动工作台与第二电机相连，Z方向移动立柱与第三电机相连，Y方向移动工作台置于X方向移动工作台上，Y方向移动工作台上安装容积槽，容积槽内设有固定导电装置，阴极切割丝固定在Z方向移动立柱下端，并与电源负极相连。加热器设置在储液槽内。储液槽、耐腐蚀泵、过滤器、截流阀、流量计和喷嘴依次通过管路连接。压力表接在截流阀和过滤器之间的管路上。溢流阀一端接在截流阀和过滤器之间的管路上，另一端与储液槽管路连接，储液槽和容积槽相连。计算机通过控制卡分别与电源、第一电机、第二电机和第三电机相连。所述电源可以为直流电源或脉冲电源。
上述电化学线性切割装置的电化学线切割方法，包括以下步骤：
(1)根据工件外形，将工件夹紧固定在容积槽内的固定导电装置上；
(2)根据工件尺寸要求，计算机分析工件轮廓数据并生成数控代码；
(3)计算机读取数控加工代码并将它发送至控制卡；
(4)控制卡根据数控加工代码控制三个电机的运动速度和运动方向、电解电流的通断和大小，电化学线切割工件；
(5)对电化学线切割后的工件作防锈后处理。
本发明相对于现有技术，其有益效果是：本发明将电化学基本原理与现代数控技术相结合，充分发挥现代数控技术高精度控制能力与电化学电解腐蚀加工技术工艺优良的技术特点，实现金属的电化学线切割。很好地解决了长期困扰金属切割时无法获得高表面精度的技术问题，大大提高了金属切割表面精度，完善了电化学应用研究。
附图说明
图1是本发明金属的电化学线切割装置原理示意图。
图2是本发明金属的电化学线性切割装置的结构示意图；
图3为计算机软件流程图。
图中：1、电源，2、Z方向移动立柱，3、阴极切割丝，4、喷嘴，5、流量计，6、截流阀，7、溢流阀，8、压力表，9、过滤器，10、耐腐蚀泵，11、加热器，12、储液槽，13、容积槽，14、阳极工件，15、固定导电装置，16、Y方向移动工作台，17、X方向移动工作台，18、机床床身，19、计算机控制系统，控制卡20。
具体实施方式
下面根据附图详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
金属的电化学线切割实质上就是利用电化学电解原理，在阴阳极间隙内循环通入调配合理的电解液，为电解腐蚀提供了充足的导电介质，然后再将阳极接通电源正极，阴极切割丝接通电源负极，这样在阴、阳极的间隙内形成电场，阳极金属就会因电解作用而被腐蚀掉。在计算机的控制下，阴、阳极的相对位置发生变化，从而实现直线或有形切割，最终实现金属切割表面高精度的电化学腐蚀切割。
如图1所示，工件14与电源1正极相连接，阴极切割丝3与电源1负极相连接，工件14与阴极切割丝3之间保持0.1～0.5mm间距，其间充満电解液，从而形成一个回路，根据电化学原理可知，在电场的作用下，工件14上与阴极切割丝3距离较近的金属因电化学反应而腐蚀，最终被“切割”下来。
如图2所示，本发明金属的电化学线性切割方法与装置包括：电源1、Z方向移动立柱2、阴极切割丝3、喷嘴4、流量计5、截流阀6、溢流阀7、压力表8、过滤器9、耐腐蚀泵10、加热器11、储液槽12、容积槽13、工件14、固定导电装置15、Y方向移动工作台16、X方向移动工作台17、机床床身18、计算机19、控制卡20、第一电机、第二电机和第三电机。
其中，Y方向移动工作台16、X方向移动工作台17和Z方向移动立柱2安装在机床床身18上。X方向移动工作台17与第一电机(图中未示出)相连，由第一电机带动在X方向(水平左右方向)移动；Y方向移动工作台16与第二电机(图中未示出)相连，由第二电机带动在Y方向(水平前后方向)移动；Z方向移动立柱2与第三电机(图中未示出)相连，由第三电机带动在Z方向(竖直方向)移动；Y方向移动工作台16置于X方向移动工作台上17，Y方向移动工作台16上安装容积槽13，容积槽13内设有固定导电装置15，工件14放置在固定导电装置15上，阴极切割丝3固定在Z方向移动立柱2下端，阴极切割丝3插入容积槽13内。电源1可以为直流电源或脉冲电源，其正极与工件14连接，负极与阴极切割丝3连接。加热器11设置在储液槽12内，储液槽12、耐腐蚀泵10、过滤器9、截流阀6、流量计5和喷嘴4依次通过管路连接。压力表8接在截流阀6和过滤器9之间的管路上。溢流阀7一端接在截流阀6和过滤器9之间的管路上，另一端与储液槽12管路连接，储液槽12和容积槽13相连。计算机19通过控制卡20分别与电源1、第一电机、第二电机和第三电机相连，控制三个电机的运动速度和运动方向、电解电流的通断和大小。
该金属的电化学线性切割装置的电化学线切割方法，步骤如下：
1、根据工件外形，将工件夹紧固定在容积槽内的固定导电装置上；
2、根据工件尺寸要求，分析工件轮廓数据并生成数控代码；
3、计算机读取数控加工代码并将它发送至控制卡；
4、控制卡根据数控加工代码控制三个电机的运动速度和运动方向、电解电流的通断和大小，电化学线切割工件。
5、对电化学线切割后的工件作防锈后处理。
具体来说，切割过程如下：电解液在储液槽12中由加热器11加热至一定的温度，然后经耐腐蚀泵10和过滤器9从喷嘴4中喷出，为金属的电化学线切割提供充分的电解液，工件14和阴极切割丝3之间电解间隙很小，当工件14和阴极切割丝3都通电后，工件14上的金属阳离子因为电化学作用而发生腐蚀剥落，反应过后电解液从容积槽13回流至储液槽12，经沉淀过滤再次循环。计算机根据工件尺寸要求，得到工件轮廓数据，然后根据工件轮廓数据，产生数控加工代码，并将数控加工代码传输至控制卡；控制卡根据数控加工代码产生控制信号控制驱动电机，从而实现阴极切割丝3在Z轴方向的运动，工件14在工作台上作水平(X、Y轴)方向运动，控制卡根据数控加工代码控制电流的通断，从而实现对工件14的电化学切割与否，最后控制电流大小进而控制电流密度，达到控制切割表面精度的目的，并最终得到所需的形状。计算机的工作过程如图3所示。电化学线切割工件14后，将工件14取出，作防锈后处理，如浸泡乳化液后擦干等。
本发明由于采用了0.05-5mm阴极切割丝3，它的电流密度相对非常大，因而也大大加大了反应速度，实现了金属切割表面精度地提高，克服了传统金属切割过程中产生切口倾斜等难题。
Claims (4)
1、一种金属的电化学线性切割装置，其特征在于，它包括：电源(1)、Z方向移动立柱(2)、阴极切割丝(3)、喷嘴(4)、流量计(5)、截流阀(6)、溢流阀(7)、压力表(8)、过滤器(9)、耐腐蚀泵(10)、加热器(11)、储液槽(12)、容积槽(13)、工件(14)、固定导电装置(15)、Y方向移动工作台(16)、X方向移动工作台(17)、机床床身(18)、计算机(19)、控制卡(20)、第一电机、第二电机和第三电机。
2、根据权利要求1所述金属的电化学线性切割装置，其特征在于，所述Y方向移动工作台(16)、X方向移动工作台(17)和Z方向移动立柱(2)安装在机床床身(18)上。X方向移动工作台(17)与第一电机相连，Y方向移动工作台(16)与第二电机相连，Z方向移动立柱(2)与第三电机相连，Y方向移动工作台(16)置于X方向移动工作台上(17)，Y方向移动工作台(16)上安装容积槽(13)，容积槽(13)内设有固定导电装置(15)，阴极切割丝(3)固定在Z方向移动立柱(2)下端，并与电源(1)负极相连。加热器(11)设置在储液槽(12)内。储液槽(12)、耐腐蚀泵(10)、过滤器(9)、截流阀(6)、流量计(5)和喷嘴(4)依次通过管路连接。压力表(8)接在截流阀(6)和过滤器(9)之间的管路上。溢流阀(7)一端接在截流阀(6)和过滤器(9)之间的管路上，另一端与储液槽(12)管路连接，储液槽(12)和容积槽(13)相连。计算机(19)通过控制卡(20)分别与电源(1)、第一电机、第二电机和第三电机相连。
3、根据权利要求1所述金属的电化学线性切割装置，其特征在于，所述电源1可以为直流电源或脉冲电源。
4、一种应用权利要求1所述电化学线性切割装置的电化学线切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据工件外形，将工件夹紧固定在容积槽内的固定导电装置上。
(2)根据工件尺寸要求，分析工件轮廓数据并生成数控代码。
(3)计算机读取数控加工代码并将它发送至控制卡。
(4)控制卡根据数控加工代码控制三个电机的运动速度和运动方向、电解电流的通断和大小，电化学线切割工件。
(5)对电化学线切割后的工件作防锈后处理。
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