CN106964855A - 一种大幅值非对称轴向振动辅助电解线切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种大幅值非对称轴向振动辅助电解线切割方法,属于电解加工技术领域。本发明利用线电极作阴极,并作轴向往复振动,电解加工工件,其特征在于:线电极在下降阶段的加速度和平均速度均大于线电极在上升阶段的加速度和平均速度。本发明的方法对促进电解线切割加工产物排出,提高加工精度和加工效率有重要意义。
Description
所属技术领域
本发明的一种大幅值非对称振动辅助电解线切割方法,属于电解加工技术领域。
背景技术
在航空航天、汽车、模具等行业,一些关键零部件经常采用窄缝、窄槽结构。此类零件特点是多采用钛合金、高温合金等难加工材料,对表面质量有无变质层、无应力、无毛刺等要求。传统机加工工艺加工上述结构用工具损耗大,生产成本高,表面有毛刺。激光加工和电火花线切割加工,利用热能熔化气化去除材料,但是,加工表面表面质量差,存在重熔层及微裂纹问题,在对表面质量要求严格的使用场合必须进行二次加工。
电解线切割技术,采用微尺度金属线作为工具阴极对工件阳极进行切割加工,结合数控多轴运动,工件在电化学反应作用下溶解逐渐形成高深宽比缝槽结构。循环的电解液将反应产物、焦耳热带出加工区,保证加工继续稳定进行。该工艺不存在热影响层,具有不受工件材料力学、机械性能限制,工具无损耗,加工表面质量好等特点。
电解线切割的加工产物主要包括:气泡和不溶性产物,影响电解液电导率,从而影响加工精度。在静止溶液中,气泡向上缓慢逸出,不溶性产物在重力作用下缓慢下降。随着结构的深宽比越来越大,加工精度的要求越来越高,电解线切割加工间隙深宽比增大,加工间隙内电解液的对流扩散和更新能力变弱。加工大厚度零件时,加工产物主要从加工间隙的上下表面排出,排出速度慢,沿工件厚度方向加工间隙中心区域电解液更新极为困难。
为解决上述传质受限难题,目前采用的主要工艺方法有,高压高速冲液法、超声辅助振动、运丝法、PZT压电陶瓷低频振动。上述方法用于高深宽比结构的加工时,还存在诸多问题。如:高压高速冲液能在能在一定切缝宽度时有效地排出产物,但随着加工间隙微小,利用电解液流动的方法会使线电极产生变形和颤抖,严重影响加工精度和稳定性,且当工件厚度提高,加工缝宽减小时,冲液效果急剧减小;PZT压电陶瓷低频振动在一定程度上改善了加工间隙流场,但是仍存在加工产物和气泡附着在电极丝和工件表面的问题;运丝法带出了部分加工产物,但是由于普通线电极外表面光滑,带出加工产物的效果微弱,在加工高深宽比结构时仍不能及时地将产物排出,导致加工短路,加工不能稳定进行。因此,提高加工间隙中电解产物的排出速度,加快电解液的更新,是电解线切割需要解决的关键问题。
发明内容
本发明旨在促进电解线切割加工产物排出,提高加工精度和加工效率,提出一种大幅值非对称轴向振动辅助电解线切割加工方法。
一种大幅值非对称轴向振动辅助电解线切割方法,利用线电极作阴极,并作轴向往复振动,电解加工工件,其特征在于:线电极在下降阶段的加速度和平均速度均大于线电极在上升阶段的加速度和平均速度。
所述的大幅值非对称轴向振动辅助电解线切割方法,其特征在于:线电极在下降阶段的运动位移或上升阶段的运动位移大于0.4倍且小于3倍的工件厚度。
所述的大幅值非对称轴向振动辅助电解线切割方法,其特征在于:所述线电极作轴向往复振动的同时绕其轴线转动。
本发明的大幅值非对称轴向振动辅助电解线切割方法的特点是:加工时,线电极做非对称轴向振动,即振动的上升和下降两个阶段的加速度和速度各不同;同时非对称轴向振动的幅值大于工件厚度0.4倍且小于3倍。电解线切割加工产物主要包括:气泡和不溶性产物,两者共同影响电解液电导率,从而影响加工精度。在静止溶液中,气泡向上缓慢逸出,不溶性产物在重力作用下缓慢下降。研究表明:气泡对电解液电导率的影响远大于不溶性产物。在传统振动辅助电解线切割加工中,线电极在上升阶段和下降阶段运动速度、加速度相同,没有突出改善气泡的排出。在上升阶段,线电极带动电解液向上运动,将促进气泡和不溶性产物向上排出;在下降阶段,带动电解液向下运动,将抑制气泡向上的逸出,促进不溶解性产物向下运动。本发明的非对称振动,线电极在上升阶段以小加速度运动,增加此阶段加工的时间,以利于气泡排出;在下降阶段以大的加速度运动,以减小下降阶段不利气泡排出的时间。从而,充分利用电解加工过程中气泡和产物的排出规律,突出改善了对电解线切割加工精度影响最大的气泡的排除过程,可以显著提高加工精度。
传统电解线切割方法,振动幅值一般仅有数十微米,远小于工件厚度,在振动上升阶段时,虽然能加快产物向上排出,但由于振幅小,工件厚度方向加工间隙中心区域电解液产物不能排出。而在紧接着的下降阶段,又不能充分把产物从下表面排出,因此部分加工产物在振动过程中将始终留着加工区域。而本发明的大幅值轴向振动,线电极振动幅值大于0.4倍的工件厚度,有利于在上升阶段和下降阶段将加工间隙中心位置的加工产物完全带出加工区域,实现全加工区域内的电解液更新,使得沿工件深度方向电解液电导率分布趋于一致,加工精度能够显著提高。但是,振动幅值受限于机床本身的最大加速度、速度和行程,且当行程过长时重复定位精度、直线度等会变差,当振动幅值大于3倍工件厚度,在往复运动过程中线电极可能会发生变形和抖动,对加工精度有负面影响。
附图说明
图1 是大幅值非对称轴向振动辅助电解线切割装置示意图;
图2 是大幅值非对称轴向振动辅助电解线切割方法示意图;
图3 是电解切割线电极大幅值非对称轴向振动示意图;
图4 是电解切割线电极大幅值非对称轴向振动速度曲线示意图;
图5 是电解切割线电极大幅值非对称轴向振动排出产物示意图;
其中标号名称:1、大理石基座,2、X轴直线电机平台,3、Y轴直线电机平台、4、电解池,5、电解液储液箱,6、流量阀,7、过滤器,8、流量计,9、程控电源,10、数控系统,11、驱动器,12、变频器,13、电主轴,14、Z轴直线电机平台,15、夹具,16、线电极,17、工件,18、气泡,19、不溶性产物。
具体实施方式
图1所示大幅值非对称轴向振动辅助电解线切割装置中,X轴2、Y轴3和Z轴14直线电安装在大理石基座1上,并通过三台驱动器11,连接数控系统10;电主轴13,通过变频器12连接数控系统10。电解液储液箱5、流量阀6、过滤器7、流量计8构成电解液循环系统,提供加工电解液。程控电源9提供加工电源。线电极16装夹在电主轴13和夹具15上,工件通过夹持定位块装夹在电解池4里。电主轴13和电解池4分别安装在Z轴和XY轴直线电机平台上。
图2所示的大幅值非对称轴向振动辅助电解线切割方法示意图中,首先把线电极16装夹在夹具15中;然后把工件17装电解池4中;最后,打开流量阀6,使电解液在电解池中浸没加工区,工件17按照预定的切割轨迹进行电解切割,完成一个复杂结构的加工。
图3所示的电解切割线电极大幅值非对称轴向振动示意图中,大幅值非对称振动分为两个阶段,即上升阶段和下降阶段。下降阶段(1)→(2)和上升阶段(2)→(3)→(4)运动的幅值相同,但速度和加速度不同,构成非对称振动,且运动幅值大于0.4倍且小于3倍的工件厚度。
图4所示的电解切割线电极大幅值非对称轴向振动速度曲线示意图中,下降阶段的速度V1大于上升阶段的速度V2,下降阶段的斜率即加速度也大于上升阶段。
图5所示的电解切割线电极大幅值非对称轴向振动排出产物示意图,在下降阶段由于气泡上升和电解液向下流动同时作用,导致气泡集中在加工区域中;而在上升阶段,电解液向上流动加强气泡上升,气泡将加速从上表面排出。
结合图1、图2、图3、图4、图5说明本发明的实施过程:
1、将线电极16的一端装夹在电主轴13的末端,另一端穿过夹具15的两个臂;线电极16的夹具14安装在机床Z轴直线电机平台15上。
2、将装有线电极的丝架安装在直线电机运动部件上,并在数控系统中设置直线电机运动参数,即上升阶段的加速度和速度,下降阶段的加速度和速度, 运动幅度;
3、打表调整固定工件17于XY直线电机平台的电解池4中,并通入电解液;
4、将工件17连接电源9正极、线电极连接电源负极;
5、接通电源9,启动数控加工程序,线电极16进行大幅值非对称振动,机床XY工作台2、3带动工件17按照预设轨迹相对线电极16运动,进行电解线切割加工;
6、关闭电源,停止运动,取下工件。
Claims (3)
1.一种大幅值非对称轴向振动辅助电解线切割方法,利用线电极作阴极,并作轴向往复振动,电解加工工件,其特征在于:
线电极在下降阶段的加速度和平均速度均大于线电极在上升阶段的加速度和平均速度。
2.根据权利要求1所述的一种大幅值非对称轴向振动辅助电解线切割方法,其特征在于:线电极在下降阶段的运动位移或上升阶段的运动位移大于0.4倍且小于3倍的工件厚度。
3.根据权利要求1所述的一种大幅值非对称轴向振动辅助电解线切割方法,其特征在于:所述线电极作轴向往复振动的同时绕其轴线转动。
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