CN108161150B - 抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置，属于电解加工领域。其特征在于：通过在管电极刀具上增加轴向和径向抽吸装置，提高加工区域电解液流速，从而快速排出产物，提高了加工质量；通过在管电极上开双窄缝使刀具前进方向的加工表面更加平缓。所述的加工装置包括以下组件：抽吸泵、绝缘抽吸管、双窄缝管电极、电源、电解液循环系统、电解加工机床、工装夹具。本发明对提高电解液流速及快速排出产物，确保一次性电解切割超厚工件（厚度超过100mm）有重要意义。

Description

抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置与方法

技术领域

本发明的一种抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置，属于电解加工领域。

背景技术

电解喷射切割加工技术，采用管电解内喷液方式电解去除材料，阴极工具在数控系统的控制下按照指定路径切割工件，被工件由于发生电化学反应而发生局部溶解，从而切割出比较复杂的型面。由于是非接触式加工，所以在加工过程中没有切削力，刀具不会损耗，理论上可以无限次使用。

在航空航天等领域，一些关键连接部件，多使用钛合金等难加工材料，型面比较复杂，材料去除量也很大，传统切削加工刀具磨损严重，加工工艺也很复杂。传统线切割加工技术和激光加工技术加工过后的工件表面有重铸层和微裂纹，且传统线切割加工技术加工每一个特征都需要重新穿丝，导致加工效率不高；电解线切割技术虽然加工过的表面没有重铸层和微裂纹，但加工速度极低，且也需要多次穿丝才可以完成多个特征的加工；电火花成形加工技术虽然可以进行高效切割加工，但电极制备困难，且每次加工电极损耗严重。

目前，电解喷液切割加工技术主要应用于切割厚度较小的薄片，主要是由于切割大厚度工件时电解液排出困难，电解产物堆积使得加工非常不稳定，有时甚至会导致短路。另外，在电解切割加工中加工区域通常为开放式空间，电解液流动不稳，流场分布不均，又由于加工区域空间狭小，使得电解产物排出不畅，从而导致电解切割加工效果不佳。

发明内容

本发明旨在提高加工区域电解液流速，促使电解产物快速排出，提高电解切割加工速度和加工质量，提出一种抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置与方法。

一种抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置，包括电解加工机床、电解液循环系统、电源、管电极；其特征在于：

上述管电极末端封闭，一侧开有两条窄缝喷液口，且两条窄缝形状一样，均为上宽下窄形状；

还包括绝缘抽吸管，抽吸管通过抽吸接头与电解液循环系统中的抽吸泵相连；

其中抽吸管包括彼此相通的侧向抽吸管道和底部抽吸管道；侧向抽吸管道位于管电极窄缝的背面，底部抽吸管道环绕管电极和侧向抽吸管道下端一圈；侧向抽吸管道和底部抽吸管道开有便于电解液及产物抽吸的孔或槽；

侧向抽吸管道的孔或槽的抽吸方向与管电极轴线垂直，底部抽吸管道的孔或槽的抽吸方向与管电极轴线平行。

上述抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置的方法，其特征在于包括以下过程：

（ 1）、加工时，将双窄缝管电极窄缝喷液口对准待切割工件的侧面，调整管电极与工件的间隙；

（ 2）、打开电解液循环系统并调节流场参数；

（ 3）、打开抽吸泵，调节抽吸泵抽吸强度，保证电解产物及电解液可以从侧向和底部抽吸管道顺利抽出；

（ 4）、打开电源，调节电场参数，设定管电极切割曲线路径，开始双窄缝管电极喷液电解切割加工；

（ 5）、加工完毕后，清洗工件。

上述抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置，其特征在于：

上述侧向抽吸管道主管道主体为一壳体，该壳体与管电极固定，壳体与管电极之间形成抽吸通道。加工中产生的电解产物及废液可通过该抽吸通道快速排出加工区域，以免影响下一步的加工，该抽吸过程可提高加工过程的稳定性和加工进给速度。

上述抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置，其特征在于：

首先，窄缝上部喷出的液体压力较大，流速较高，由于上端窄缝已经卸载掉部分液体压力，所以窄缝下部，电解液压力较小，流速较慢；

其次，根据流体力学常识，即在相同液体压力下，出水口截面积越大，流速越低；

依据上述规则为保证窄缝上下部出水速度一致，将管电极喷射口处的窄缝设计成上宽下窄的梯形结构，具体参数通过梯形截面缝喷液流速分布仿真确定。

本发明具有如下优点：

1、抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工是采用管电极喷液加工的方式切割难加工材料，利用抽吸泵和抽吸管路将加工区域的产物及电解液快速抽出，以免其影响进一步的加工。电解液流速增加和产物的快速排出使得电解加工区域流场更加均匀，加工效果和加工速率都有所提高，从而提高和加工效率和加工质量。相比于传统电火花线切割技术，抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割技术加工质量更好；相比于电解线切割技术，抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割技术加工效率更高。

2、管电极喷射口为双窄缝，而非普通单窄缝，原因在于单窄缝喷射加工时，由于窄缝的出液口正对工件表面位置处电解液流速最高，所以在工件上电解切割出的沟槽最前端侧面上会有明显的流痕。因此，本发明在管电极侧壁上开双缝以缩小电解切割出沟槽的最前端侧面上的流痕。

3、管电极喷射口为窄缝为梯形结构，即上部较宽，下部较窄，这是由于管电极切割厚度很大时，出水窄缝长度太长，出水窄缝上部与下部水压不同，窄缝上部水压大于下部水压，所以窄缝上部出水比下部快，为保证窄缝上下部出水速度一致，将管电极喷射口处的窄缝设计成梯形结构。

4、利用数控加工系统，可以控制双窄缝管电极刀具的走刀路径，可以切割出各种复杂曲面形状的零件。

附图说明

图1是抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工示意图；

图2是矩形截面缝和梯形截面缝喷液流速分布仿真图；其中(a)为矩形截面缝喷液流速分布仿真图，(b)为梯形截面缝喷液流速分布仿真图；

图3是单缝和双缝喷液电解切割工件沟槽形貌示意图；其中(a)为单缝喷液电解切割工件沟槽形貌示意图，(b)为双缝喷液电解切割工件沟槽形貌示意图；

图4是抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置示意图；

其中标号名称：1.工件，2.管电极，3.抽吸泵，4.抽吸接头，5.绝缘抽吸管，6.侧向抽吸管道，7.底部抽吸管道，8.单缝切割轮廓，9，双缝切割轮廓，10.电解加工机床，11.工控机，12.电脑，13.大功率直流电源，14.压力流量表，15.单向阀，16.恒压力泵，17.过滤器，18.电解液槽。

具体实施方式

图1所示的抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工示意图中，首先调整管电极2喷液缝与工件1之间的间距，并保证管电极2喷液缝口正对工件1；然后，打开恒压力泵16，调整供液压力参数；最后，在控制系统中设定走刀曲线，打开电源开始加工，待加工刀具完全切入工件后，打开抽吸泵3，调整抽液泵的抽液压力参数，保证供液和抽液平衡。

图2所示的抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置示意图中，工控机11和电脑12为电解喷射切割加工的主要控制系统；管电极2、抽吸泵3、绝缘抽吸管5、压力流量表14、单向阀15、恒压力泵16、过滤器17、电解液槽18组成电解液循环系统；电解加工机床10主体和大功率直流电源13为电解喷射切割加工的主要硬件系统。

结合图1、图2说明本发明的实施过程：

1、参考图1、图2，将管电极2安装在机床的主轴上，装夹工件1，并将管电极2移动至于工件一侧，旋转管电极2直至喷液缝口对准工件1侧面，电表两表针分别连接管电极2和工件1，工控机11控制管电极2低速进给直至管电极2刚好接触到工件1，电表发出蜂鸣声，此时反向低速进给，直至蜂鸣声消失，然后设定加工初始间隙，将管电极移动到指定距离。开始电解喷射切割加工时，启动恒压力泵16，电解液通过输液管道喷射到工件1侧面；在工控机11上设定电解喷射切割的走刀路径及进给速度等参数，设定大功率直流电源13加工电压，开始加工。

参考图1、图2，待管电极完全切入到工件中后，打开抽吸泵3，调整其抽液压力参数，保证加工区域供液与抽液的平衡；由电脑12监控电解喷射切割过程中的加工电流，待电流稳定后，在工控机11中不断提高的管电极2进给速度，直至电流波动较大时，则停止提高管电极进给速度，按照略小于该进给速度的最大速度进行电解切割加工，一次性完成大厚度工件的切割工作。

上述窄缝喷液口出水截面轮廓尺寸通过以下方式确定，用于切割超厚工件时,管电极侧壁窄缝长度至少要超过工件厚度，当电解液从管电极侧壁窄缝喷出时，沿管电极轴向，上部喷出的液体压力较大，流速较高，由于上端窄缝已经卸载掉部分液体压力，所以窄缝下部，电解液压力较小，流速较慢, 矩形截面缝喷液流速分布仿真如图2中(a)所示，从仿真结果可以看出，矩形截面窄缝上下部出水速度不同，A段出水速度（颜色较深）明显高于B段（颜色较浅）；根据流体力学常识，即在相同液体压力下，出水口截面积越大，流速越低的原理，为保证窄缝上下部出水速度一致，将管电极喷射口处的窄缝设计成上宽下窄的梯形结构，梯形截面缝喷液流速分布仿真如图2中(b)所示；从仿真结果可以看出，梯形截面窄缝上下部（C段颜色均匀一致）出水速度一致。

另外，由于窄缝出液口正对工件位置处（相比于窄缝水平侧向位置）电解液流速最高，所以在工件上电解切割出的沟槽最前端侧面上会有明显的流痕，如图3中(a)所示。因此，本发明在管电极侧壁上开双缝以缩小电解切割出沟槽的最前端侧面上的流痕，如图3中(b)所示。

Claims (4)

1.一种抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置，包括电解加工机床、电解液循环系统、电源、管电极（2）；其特征在于：

上述管电极（2）末端封闭，一侧开有两条窄缝喷液口， 且两条窄缝形状一样，均为上宽下窄形状；

还包括绝缘抽吸管（5），抽吸管通过抽吸接头（4）与电解液循环系统中的抽吸泵（3）相连；

其中绝缘抽吸管（5）包括彼此相通的侧向抽吸管道（6）和底部抽吸管道（7）；侧向抽吸管道（6）位于管电极窄缝的背面，底部抽吸管道（7）环绕管电极（2）和侧向抽吸管道（6）下端一圈；侧向抽吸管道（6）和底部抽吸管道（7）开有便于电解液及产物抽吸的孔或槽；

侧向抽吸管道的孔或槽的抽吸方向与管电极轴线垂直，底部抽吸管道的孔或槽的抽吸方向与管电极轴线平行。

2.根据权利要求1所述的抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置，其特征在于：

上述侧向抽吸管道（6）主体为一壳体，该壳体与管电极（2）固定，壳体与管电极之间形成抽吸通道。

3.根据权利要求1所述的抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置，其特征在于：

首先，窄缝上部喷出的液体压力较大，流速较高，由于上端窄缝已经卸载掉部分液体压力，所以窄缝下部，电解液压力较小，流速较慢；

其次，根据流体力学常识，即在相同液体压力下，出水口截面积越大，流速越低；

依据上述规则为保证窄缝上下部出水速度一致，将管电极喷射口处的窄缝设计成上宽下窄的梯形结构，具体参数通过梯形截面缝喷液流速分布仿真确定。

4.利用权利要求1所述抽吸排液辅助双窄缝喷液电解切割加工装置的方法，其特征在于包括以下过程：

（ 1）、加工时，将双窄缝管电极窄缝喷液口对准待切割工件的侧面，调整管电极与工件的间隙；

（ 2）、打开电解液循环系统并调节流场参数；

（ 3）、打开抽吸泵，调节抽吸泵抽吸强度，保证电解产物及电解液可以从侧向和底部抽吸管道顺利抽出；

（ 4）、打开电源，调节电场参数，设定管电极切割曲线路径，开始双窄缝管电极喷液电解切割加工；

（ 5）、加工完毕后，清洗工件。