CN102990172A

CN102990172A - 高速电弧放电铣削加工用冲液系统

Info

Publication number: CN102990172A
Application number: CN2012105307430A
Authority: CN
Inventors: 刘永红; 张彦振; 王飞; 唐泽民; 申泱; 纪仁杰; 蔡宝平
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-03-27

Abstract

一种高速电弧放电铣削加工用冲液系统，属于机械加工技术领域。该冲液系统主要由工作液供给单元、流量分配执行单元、控制单元和多路喷嘴组成。该冲液装置可根据加工轨迹的变化，通过控制单元和流量分配执行单元自动调整布置在工具电极圆周方向上的多路喷嘴每一路喷嘴所提供工作液的液流特性，使放电电弧得到有效的控制，达到提高加工效率和加工精度的目的。

Description

高速电弧放电铣削加工用冲液系统

技术领域

本发明涉及的是一种高速电弧放电铣削加工用冲液系统，属于机械加工领域。该冲液系统可根据加工轨迹的变化，通过控制单元和流量分配执行单元自动调整各喷嘴出口处的工作液液流特性，达到提高加工效率，保证加工精度的目的。

背景技术

目前，实现对具有高硬度、高强度、高韧性以及高脆性材料的高速、高效加工一直是材料加工领域的努力目标。传统的加工方法很难对其进行高效加工，且加工成本普遍较高。放电加工为以上材料的加工提供了一种有效的方法，相对于昂贵的高速铣削加工设备以及加工成本，电加工方法体现了其良好的经济性。电火花加工是一种通过电极与被加工工件之间的连续火花放电来去除材料的加工方法。由于工具电极与工件之间没有直接接触，所以电火花加工具有宏观作用力小，对机床刚性要求低以及容易实现精密加工等优点。但是目前的电加工设备普遍存在材料去除效率低的缺点。目前，随着人们对电弧放电特性的掌控，电弧加工受到了越来越多的关注。相对于火花放电，电弧放电可以传导更大的电流，放电通道内具有更高的能量密度。因此，电弧放电加工具有更强的材料去除能力。

电弧放电的时间通常比火花放电要长很多，如果不加控制，电弧放电可以一直持续不断。电弧放电加工时，如果电弧长时间作用于一点，很容易导致工件表面局部烧伤，不利于加工精度的提高。

另一方面，不同于火花放电，电弧放电可以发生在很大的空间距离上，这对提高电弧放电加工的加工精度也是非常不利的。电火花放电加工时，其放电间隙很小，通常不超过几百微米；而电弧放电时，工具电极和待加工工件之间的距离可以达到几个毫米，甚至更大。

所以，当采用电弧加工时，对电弧在时间上以及空间上的控制对于提高加工效率，保证加工精度具有很大的实际意义。

中国专利文献号CN 1657208A中记载了一种用于电火花加工的可实现大流量内冲液的集束电极。集束电极的有益效果在于，把整体式成形电极离散化为可由大量管状或棒状单元电极聚合而成，使得带有复杂轮廓、加工成本较高的成形电极的加工被简化为利用可大批量、低成本生产的简单管状或棒状单元电极的组合集束而成，因此大幅度降低电极成本，缩短制作时间。中国专利文献号CN 102091839 A中进一步公开了集束电极高速放电加工方法，上述加工方法采用集束电极实现强化高压、大流量多孔内冲液，运用流体动力断弧机制来保证电弧放电加工。

本发明人通过实验发现：当进行电弧放电铣削加工时，冲液方式对加工效果有很大的影响。采用合适的冲液方式可以在很大程度上提高材料去除效率和加工精度。

发明内容

本发明提供一种“高速电弧放电铣削加工用冲液系统”，该冲液系统可根据加工轨迹的变化，通过控制单元和流量分配执行单元自动调整流过各喷嘴的工作液液流特性，达到提高材料去除效率和保证加工精度的目的。

所述的工作液供给单元提供的工作液压力变化范围为0.1~10 MPa，流量变化范围为10~100 L/min。

所述的控制单元可根据当前的加工轨迹，自动生成控制指令，并将其发送给流量分配执行单元。

所述的流量控制执行单元是指：由多个比例阀并联组成的工作液分配装置，其中的一个比例阀与含有内冲液功能的机床主轴相连接，控制流过工具电极内部流道的工作液液流特性，其余的比例阀控制外冲液多路喷嘴出口处的液流特性，且比例阀与外冲液喷嘴一一对应。

所述的外冲液多路喷嘴是指：由8~16个喷嘴在圆周方向上均匀分布，每个喷嘴都可以独立向放电间隙的不同位置提供具有不同液流特性的工作液。

本发明的有益效果在于：利用布置在工具电极的圆周方向上的外冲液多路喷嘴向放电间隙的不同位置提供不同液流特性的工作液，使放电电弧得到有效的控制，提高了加工效率和加工精度。

附图说明

图1是高速电弧放电铣削加工用冲液系统结构示意图。

图2是高速电弧放电铣削加工键槽冲液示意图。

具体实施方式

下面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。

首先控制单元3根据当前的加工轨迹，输出适当的控制信号给流量分配执行单元2，流量分配执行单元2根据该控制信号，调节各比例阀的开关度，将由工作液供给单元1提供的工作液7分配到具有内冲液功能的机床主轴42和安装在工具电极上部的并联喷嘴41，达到控制各喷嘴工作液液流特性的目的；工作液经含有内部流道的工具电极5和并联喷嘴41被送达由工具电极5和待处理工件6组成的放电间隙中，由于并联喷嘴中的各个喷嘴所提供的工作液液流特性不同，所以会造成工具电极周围工作液的冲刷强度不同。

工作液的冲刷作用会导致电弧放电时间上的断续性，同时在空间上，电弧的长度也会受到限制，工作液的冲刷作用越强，电弧受到的这种时间上和空间上的限制作用也就越大，加工精度就越好。相反，在工作液冲刷作用较弱的区域，电弧在时间上和空间上受到的限制作用较弱，容易形成长电弧放电，长电弧放电增大了放电间隙，降低了加工精度。

本发明人通过实验发现，由于工作液冲刷强度较弱的一侧其放电间隙较大，从工件表面蚀除的碎屑往往在这一侧排出。所以本发明充分利用了电弧加工的这一特性，利用在工具电极周围施加不同液流特性的工作液，一方面提高加工精度，另一方面提高加工碎屑的排出效果，提高加工效率。

下面结合实施例，具体说明实施方式和操作过程。

实施例1

利用具有三轴自动伺服进给及回退功能的机床，主轴转速3000 r/min，工具电极中心含有一个直径为4 mm的内冲液孔，工具电极的直径为10 mm，其材料为石墨，待处理工件2材料为模具钢8407，并联喷嘴由8个喷嘴组成，利用直流电源，峰值电压为80V、峰值电流为600A电源参数进行电弧加工，并在待处理工件上加工出一键槽结构，深度4 mm，长度为50 mm。如图2所示，在加工初始时刻，使处于进给方向上的两个喷嘴的出口压力为0.15 Mpa，其余各喷嘴的出口压力0.5 Mpa，内冲液压力为0.3 Mpa，使冲刷强度在工件电极的进给方向上最弱，从而使加工碎屑主要经这一侧抛出；在中间阶段，将处于进给方向的反方向上的两个喷嘴的出口压力降为0.2 Mpa，此时工作液主要经两侧的4个喷嘴和内冲液流道送达放电间隙，加工碎屑在进给方向和进给反方向两个方向抛出；在临近结束阶段，将处于进给方向两个喷嘴的出口压力增大到0.5 Mpa，使加工碎屑主要由进给方向的反方向抛出。在以上的加工条件和加工工艺下，所获得的模具钢8407的材料去除率为10213 mm³/min，键槽上部的圆角半径为0.2 mm，底部的圆角半径为0.4 mm。

实施例2

变换加工形状，以充分验证高速电弧放电铣削加工冲液系统的普遍适用性，保持实施例1中其他加工条件不变，将加工形状改为直径16 mm，深度5 mm沉孔。加工过程中，使处于加工轨迹最外侧的喷嘴出液量最大（最大出口压力0.5 Mpa），处于加工轨迹最内侧的喷嘴出液量最小（最小出口压力0.2 Mpa），所获得的模具钢8407的材料去除率为9837 mm³/min，加工形状其上部的圆角半径为0.2 mm，底部的圆角半径为0.4 mm。

Claims

1.一种高速电弧放电铣削加工用冲液系统，其特征在于：它由工作液供给单元、流量分配执行单元、控制单元和多路喷嘴组成。

2.根据权利要求1所述的高速电弧放电铣削加工用冲液装置，其特征在于：所述的控制单元可根据加工轨迹的变化，及时通过流量分配执行单元调整由工作液供给单元提供的工作液在各喷嘴出口处的液流特性，提高加工效率，保证加工的精度。

3.根据权利要求1所述的高速电弧放电铣削加工用冲液装置，其特征在于：所述的工作液供给单元提供的是水基工作液，可提供的工作液流量范围为10~100 L/min，压力范围为0.1~10 Mpa。

4.根据权利要求1所述的高速电弧放电铣削加工用冲液装置，其特征在于：所述的流量分配执行单元由多个并联的比例阀组成，可根据控制单元发来的指令，通过调节各比例阀的开关度，从而控制流过各喷嘴的工作液液流特性。

5.根据权利要求1所述的高速电弧放电铣削加工用冲液装置，其特征在于：所述的流量分配执行单元中其中的一个比例阀控制流过工具电极内部流道的工作液液流特性。

6.根据权利要求1所述的高速电弧放电铣削加工用冲液装置，其特征在于：所述的多路喷嘴安装在工具电极上部，每一路都通过管线与流量分配执行单元中的不同的比例阀相连，每一路的喷液方向都正对放电加工区域。