CN109249098B - 一种电解电火花加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解电火花加工装置，包括脉冲电源、自放电电极，自放电电极包括与脉冲电源的第一端相连的第一导电中空管、位于第一导电中空管内部且与脉冲电源的第二端相连的第二导电中空管、位于第一导电中空管与第二导电中空管之间的绝缘层，第一导电中空管、第二导电中空管中的任一导电中空管为辅助电极，另一导电中空管为工具电极；还包括在对工件加工时，盛放在第二导电中空管内部的非牛顿流体电解液，以使非牛顿流体电解液通过第二导电中空管流向并维持在自放电电极的加工区域内。本申请公开的上述技术方案，可以提高加工效率，降低工件尺寸和加工场合对加工的限制，并可以减少因电解液发生溅射或漏出而对机械设备和环境所带来的影响。

Description

一种电解电火花加工装置

技术领域

本发明涉及表面加工技术领域，更具体地说，涉及一种电解电火花加工装置。

背景技术

电解电火花加工是利用工具电极击穿气层，并产生电火花放电来对工件材料进行去除的工艺，该方法结合了电解加工和电火花加工的特点，因此，在加工绝缘的、硬脆的材料(如玻璃材料)等方面具有很好的应用前景。

如图1所示，其示出了现有电解电火花放电加工装置的结构示意图，包括脉冲电源、与脉冲电源的正极相连的辅助阳极、与脉冲电源的负极相连的工具电极、用于浸泡电极和工件的电解液，其中，多采用硝酸钠、氯化钠、盐酸等牛顿流体作为电解液。电解电火花的加工过程大致为：阴极和阳极电解产生气泡，气泡经过聚集产生气层，并包围在工件表面，然后，工具电极在气层处产生电火花放电，利用所产生的电火花来对工件表面进行加工。由上述加工过程可知，气层是产生电火花效应的必要条件，气层的厚度、形成速度、稳定性等对加工过程有着非常重要的影响。但由于目前所采用的电解液的表面张力、粘度、密度等比较小，因此，电解过程所产生的气泡会在浮力的作用下溢出电解液表面，使得只有小部分气泡可以参与气层的形成，从而使得气层的形成占据了比较长的时间，而这则会大大缩短有效的放电时间，降低加工效率。另外，在电解液中，气泡的破裂、及电火花产生的爆炸力会使电解液出现强烈的紊流扰动，这就会使气层难以维持在稳定的状态而遭到破坏，此时，就需要重新形成气层去参与电火花放电，而这也会降低加工效率。除此之外，由于工件需要完全浸泡在电解液中，因此，会使工件的加工受工件尺寸和加工场合的限制，而且电解液在加工过程中可能会发生溅射或者漏出等情况，外漏的电解液会对机床等机械设备造成一定的腐蚀，并且还会对环境造成一定的影响。

综上所述，如何提高工件的加工效率，降低工件尺寸和加工场合对加工的限制，并尽量减少因电解液发生溅射或漏出而对机械设备和环境所带来的影响，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种电解电火花加工装置，以提高工件的加工效率，降低工件尺寸和加工场合对加工的限制，并尽量减少因电解液发生溅射或漏出而对机械设备和环境所带来的影响。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电解电火花加工装置，包括脉冲电源、自放电电极，所述自放电电极包括与所述脉冲电源的第一端相连的第一导电中空管、位于所述第一导电中空管内部且与所述脉冲电源的第二端相连的第二导电中空管、位于所述第一导电中空管与所述第二导电中空管之间的绝缘层，其中，所述第一导电中空管、所述第二导电中空管中的任一导电中空管为辅助电极，另一导电中空管为工具电极；

还包括在对工件进行加工时，盛放在所述第二导电中空管内部的非牛顿流体电解液，以使所述非牛顿流体电解液通过所述第二导电中空管流向并维持在所述自放电电极的加工区域内。

优选的，还包括：

与所述自放电电极相连、用于在对所述工件进行加工时驱动所述自放电电极发生运动的驱动件。

优选的，还包括：

与所述自放电电极相连的输送管；

与所述输送管相连、用于盛放所述非牛顿流体电解液，并在对所述工件进行加工时，通过所述输送管将所述非牛顿流体电解液送入所述第二导电中空管内部的电解液盛放器。

优选的，所述第一导电中空管、所述第二导电中空管均为金属中空管。

优选的，所述辅助电极为惰性金属中空管，且所述辅助电极与所述脉冲电源的正极相连。

优选的，所述非牛顿流体电解液为通过具有非牛顿流体性质的粉末与水按预设质量分数配比进行混合搅拌制备得到的电解液。

优选的，所述具有非牛顿流体性质的粉末为聚丙烯酰胺粉末。

优选的，所述非牛顿流体电解液为在所述电解液中加入电解质制备得到的，其中，所述电解质为硝酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾中的任意一种或任意多种的组合。

本发明提供了一种电解电火花加工装置，包括脉冲电源、自放电电极，自放电电极包括与脉冲电源的第一端相连的第一导电中空管、位于第一导电中空管内部且与脉冲电源的第二端相连的第二导电中空管、位于第一导电中空管与第二导电中空管之间的绝缘层，其中，第一导电中空管、第二导电中空管中的任一导电中空管为辅助电极，另一导电中空管为工具电极；还包括在对工件进行加工时，盛放在第二导电中空管内部的非牛顿流体电解液，以使非牛顿流体电解液通过所述第二导电中空管流向并维持在所述自放电电极的加工区域内。

本申请公开的上述技术方案，利用与脉冲电源的第一端相连的第一导电中空管、绝缘层、与脉冲电源的第二端相连的第二导电中空管组成自放电电极，并利用具有一定弹性性质和粘度性质的非牛顿流体作为电解液。当需要对工件进行加工时，将非牛顿流体电解液盛放在第二导电中空管中，使得非牛顿流体电解液经由第二导电中空管就能流向并维持在加工区域，然后，利用脉冲电源、辅助电极、工具电极、及非牛顿流体电解液来对工件进行加工。由于该装置在加工过程中并不需要将工件浸泡在电解液中，因此，则可以使加工过程不受工件尺寸和加工场合的限制。另外，结合非牛顿流体电解液的特性，则可以尽量减少因非牛顿流体电解液发生溅射或漏出而对机械设备和环境所带来的影响。而且所使用的非牛顿流体电解液可以对气泡的运动起到约束的作用，以使更多的气泡可以参与气层的形成，并可以减少气泡的破裂，减弱因气泡破裂或者电火花放电所产生的冲击力，从而可以缩短气层的形成时间，增加有效的放电时间，进而提高加工效率和加工稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有电解电火花放电加工装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电解电火花加工装置的结构示意图；

图3为图2中A位置处的局部放大图；

图4为本发明实施例提供的气层在非牛顿流体电解液中的形成过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图2和图3，其中，图2示出了本发明实施例提供的一种电解电火花加工装置的结构示意图，图3示出了图2中A位置处的局部放大图。本发明实施例提供的一种电解电火花加工装置，可以包括脉冲电源1、自放电电极2，自放电电极2包括与脉冲电源1的第一端相连的第一导电中空管21、位于第一导电中空管21内部且与脉冲电源1的第二端相连的第二导电中空管22、位于第一导电中空管21与第二导电中空管22之间的绝缘层23，其中，第一导电中空管21、第二导电中空管22中的任一导电中空管为辅助电极，另一导电中空管为工具电极；

还可以包括在对工件3进行加工时，盛放在第二导电中空管22内部的非牛顿流体电解液4，以使非牛顿流体电解液4通过第二导电中空管22流向并维持在自放电电极2的加工区域内。

电解电火花加工装置可以包括脉冲电源1、自放电电极2，其中，自放电电极2包括与脉冲电源1的第一端相连的第一导电中空管21、位于第一导电中空管21内部且与脉冲电源1的第二端相连的第二导电中空管22、位于第一导电中空管21和第二导电中空管22之间的绝缘层23。第一导电中空管21、第二导电中空管22中的任一导电中空管作为辅助电极使用，而另一导电中空管则作为工具电极使用。具体地，可以将第一导电中空管21作为辅助电极使用，而将第二导电中空管22作为工具电极使用；当然，也可以将第一导电中空管21作为工具电极使用，而将第二导电中空管22作为辅助电极使用。绝缘层23用于隔开第一导电中空管21和第二导电中空管22，以避免第一导电中空管21和第二导电中空管22之间因相互接触而发生短路。

需要说明的是，这里可以利用脉冲电源1的正极作为脉冲电源1的第一端，并利用脉冲电源1的负极作为脉冲电源1的第二端。当然，也可以利用脉冲电源1的负极作为脉冲电源1的第一端，并利用脉冲电源1的正极作为脉冲电源1的第二端。

电解电火花加工装置还可以包括在对工件3进行加工时，盛放在第二导电中空管22内部的非牛顿流体电解液4。即利用具有导电性质的非牛顿流体作为电解液，并在需要对工件3进行加工时，通过外部简单的供液装置等将其送入第二导电中空管22中，并使其通过第二导电中空管22可以流向并维持在自放电电极2和工件3的待加工区域之间，从而利用脉冲电源1所提供的脉冲电压、辅助电极、工具电极、以及非牛顿流体电解液4来对工件3进行加工。其中，这里所提及的加工区域具体为非牛顿流体电解液4所流出的位置处，即为第二导电中空管22的出口位置处。

由于非牛顿流体对气泡的运动具有约束作用，因此，在对工件3进行加工的过程中，非牛顿流体电解液4则可以约束气泡的运动，以减少气泡的溢出，并减少气泡的破裂，使得更多的气泡可以参与到气层的形成过程，从而缩短气层的形成时间。考虑到脉冲电源1每次所提供的脉冲电压的时间一定，因此，当气层的形成时间缩短时，相应地，则可以增加有效的放电时间，从而则可以提高加工效率。

气层的形成过程具体参见图4，其示出了本发明实施例提供的气层在非牛顿流体电解液中的形成过程示意图，首先，如图(a)所示，通过电解作用产生的气泡吸附在工具电极的表面，而且在非牛顿流体电解液4的约束作用下，大部分的气泡停留在工作介质(非牛顿流体电解液4)中；然后，如图(b)所示，气泡相互聚集、结合，形成气泡层；最终，如图(c)所示，气泡在较短的时间内形成绝缘气层，并包裹在工具电极的表面，工具电极产生电火花放电，电火花放电所产生的瞬时高温使工件3表面局部发生熔化，甚至气化，以对工件3表面进行加工。由于非牛顿流体电解液4能够约束气泡的运动，使更多的气泡参与气层的形成过程，减少气层的形成时间，因此，非牛顿流体电解液4能有效地缩短气层的形成时间，提高加工效率。

而且由于非牛顿流体具有一定的粘度性质，因此，电解过程中所产生的气泡会变得更加地平坦，气层会更加地薄，从而则可以改善加工质量，以得到加工质量比较好的工件3。并且由于非牛顿流体具有一定的弹性性质，因此，利用非牛顿流体电解液4的弹性性质和粘度性质，则可以减弱因气泡破裂或者电火花放电所产生的冲击力，从而可以减弱冲击力所引起的电解液紊流扰动程度，进而可以改善气层的稳定性和加工的稳定性，并提高加工效率，改善加工质量。

另外，在对工件3加工的过程中，并不需要将工件3完全浸没在非牛顿流体电解液4中，而只需将非牛顿流体电解液4通过外部的简单供液装置等经由第二导电中空管22流向并稳定在加工区域内即可。由于工件3在加工过程中不需要完全浸没在电解液中，因此，则可以使加工过程不受工件3尺寸和加工场合的限制，从而可以扩大该电解电火花加工装置的应用范围。另外，由于不需要将工件3完全浸没在电解液中，而且由于非牛顿流体电解液4具有一定的弹性性质和粘度性质，因此，则可以降低电解液发生溅射或者漏出的几率，从而则可以减少电解液对机床等机械设备所造成的腐蚀，并可以减少电解液对环境所带来的影响。而且由于每次加工时只需要使用少量的非牛顿流体电解液4，因此，则可以降低后期对废液处理的繁琐程度。

本申请公开的上述技术方案，利用与脉冲电源的第一端相连的第一导电中空管、绝缘层、与脉冲电源的第二端相连的第二导电中空管组成自放电电极，并利用具有一定弹性性质和粘度性质的非牛顿流体作为电解液。当需要对工件进行加工时，将非牛顿流体电解液盛放在第二导电中空管中，使得非牛顿流体电解液经由第二导电中空管就能流向并维持在加工区域，然后，利用脉冲电源、辅助电极、工具电极、及非牛顿流体电解液来对工件进行加工。由于该装置在加工过程中并不需要将工件浸泡在电解液中，因此，则可以使加工过程不受工件尺寸和加工场合的限制。另外，结合非牛顿流体电解液的特性，则可以尽量减少因非牛顿流体电解液发生溅射或漏出而对机械设备和环境所带来的影响。而且所使用的非牛顿流体电解液可以对气泡的运动起到约束的作用，以使更多的气泡可以参与气层的形成，并可以减少气泡的破裂，减弱因气泡破裂或者电火花放电所产生的冲击力，从而可以缩短气层的形成时间，增加有效的放电时间，进而提高加工效率和加工稳定性。

本发明实施例提供的一种电解电火花加工装置，还可以包括：

与自放电电极2相连、用于在对工件3进行加工时驱动自放电电极2发生运动的驱动件5。

电解电火花加工装置还可以包括与自放电电极2相连的驱动件5，该驱动件5用于在对工件3进行加工时驱动自放电电极2发生运动，以使自放电电极2可以与工件3发生相对运动，从而实现对工件3表面整个区域或者某些特定区域的加工。

另外，通过设置驱动件5还可以实现对大尺寸工件的加工，从而扩大电解电火花加工装置的应用范围。

本发明实施例提供的一种电解电火花加工装置，还可以包括：

与自放电电极2相连的输送管；

与输送管相连、用于盛放非牛顿流体电解液，并在对工件3进行加工时，将非牛顿流体电解液4送入第二导电中空管22内部的电解液盛放器。

除了通过外部简单的供液装置对电解电火花加工装置进行供液外，还可以在电解电火花加工装置中设置输送管和电解液盛放器，以利用自身所包含的电解液盛放器进行供液。

其中，输送管与自放电电极2相连(具体与自放电电极2中所包含的第二导电中空管22相连)，用于在对工件3进行加工时，将与之相连的电解液盛放器中所盛放的非牛顿流体电解液4输送到第二导电中空管22内部，以使非牛顿流体电解液可以与处于自放电电极2的加工区域内的工件3相接触。

在电解电火花加工装置中所设置的输送管和电解液盛放器可以在需要时较为快速地为其提供非牛顿流体电解液4，从而可以提高加工效率。

本发明实施例提供的一种电解电火花加工装置，第一导电中空管21、第二导电中空管22均可以为金属中空管。

自放电电极2中所包含的第一导电中空管21和第二导电中空管22均可以为金属中空管，其具有较好的导电性。

当然，也可以利用具有导电性的其他材料作为第一导电中空管21和第二导电中空管22，如金属与非金属所构成的合金、或者石墨等。

本发明实施例提供的一种电解电火花加工装置，辅助电极为惰性金属中空管，且辅助电极与脉冲电源1的正极相连。

当利用第一金属中空管或者第二金属中空管作为辅助电极时，该金属中空管具体可以由铂、钯、铑等惰性金属制备而成，即利用惰性金属中空管作为辅助电极使用，以增加辅助电极的循环使用次数，延长辅助电极的使用寿命，从而降低电解电火花加工装置的成本，降低对工件3的加工成本。

另外，在利用惰性金属中空管作为辅助电极使用时，该辅助电极则与脉冲电源1的正极相连，即使工具电极与脉冲电源1的负极相连，以对工件3进行加工。

本发明实施例提供的一种电解电火花加工装置，非牛顿流体电解液4可以为通过具有非牛顿流体性质的粉末与水按预设质量分数配比进行混合搅拌制备得到的电解液。

电解电火花加工装置中所使用的非牛顿流体电解液4具体可以为通过具有非牛顿流体性质的粉末与水按照预设质量分数配比进行混合搅拌制备得到的电解液，其制备步骤具体可以如下：

步骤S1：将具有非牛顿流体性质的粉末或粉末状颗粒与水(或者其他能够溶解具有非牛顿流体性质的粉末的溶剂)按照预设质量分数配比(一般为1-10％)进行混合，以得到混合液。对混合液进行搅拌，以促进具有非牛顿流体性质的粉末在水中的溶解，并使其在水中均匀分布。

需要说明的是，在对上述混合液进行搅拌时，应避免长时间过度地机械剪切，从而避免对非牛顿流体电解液4的结构造成破坏。而且在对上述混合液进行搅拌时，其转速最好可以控制在50-100r/min内，否则，则可能会影响非牛顿流体电解液4的使用效果。

步骤S2：在搅拌过程中，若想要提高溶解速度，则可以重复上述步骤S1，或者可以在重复步骤S1的同时，将上述混合液置于水浴加热装置中，以对其进行加热溶解，其加热温度可以控制在50-60℃范围内。

步骤S3：在充分溶解之后，将混合液静置一段时间，观察混合液是否发生分层，若无明显的分层，则表明分布均匀，即制备出了合格的非牛顿流体电解液4，然后，则可以将该非牛顿流体电解液4用在电解电火花加工装置中；若存在明显的分层，则表明分布不均匀，此时，则可以重复步骤S1或者步骤S2，直至制备出合格的非牛顿流体电解液4。当然，则可以舍弃该混合液而重新进行制备，以得到合格的非牛顿流体电解液4。

本发明实施例提供的一种电解电火花加工装置，具有非牛顿流体性质的粉末可以为聚丙烯酰胺粉末。

用于制备非牛顿流体电解液4的具有非牛顿流体性质的粉末具体可以为聚丙烯酰胺粉末。

通过该粉末制备得到的非牛顿流体电解液4在电解电火花加工过程中存在消耗，可以生成类似固体颗粒的不导电的物质，因此，在电解电火花加工过程中就不需要通过复杂的电解液循环系统来循环使用电解液，而只需通过外部的供液装置或者电解电火花加工装置自身所包含的电解液盛放器经由第二中空管22持续不断地想加工区域补充新的非牛顿流体电解液4即可，因此，则可以简化电解电火花加工装置的内部结构，降低电解电火花加工装置的成本。

当然，也可以利用其具有非牛顿流体性质的高分子聚合物进行制备，以得到非牛顿流体电解液4。

本发明实施例提供的一种电解电火花加工装置，非牛顿流体电解液4可以为在电解液中加入电解质制备得到的，其中，电解质为硝酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾中的任意一种或任意多种的组合。

在具有非牛顿流体性质的粉末与水按照预设质量分数配比进行混合搅拌得到电解液之后(即得到非牛顿流体电解液4之后)，还可以根据实际加工需求而在所得到的电解液中加入常用的电解质，并对其进行混合，以制备得到新的非牛顿流体电解液4，并将该非牛顿流体电解液4应用在电解电火花加工装置中。其中，在所得到的电解液中所加入的常用的电解质具体可以为硝酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾中的任意一种或任意多种的组合，当然，所加入的常用的电解质也可以为氯化钠等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本发明实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种电解电火花加工装置，其特征在于，包括脉冲电源、自放电电极，所述自放电电极包括与所述脉冲电源的第一端相连的第一导电中空管、位于所述第一导电中空管内部且与所述脉冲电源的第二端相连的第二导电中空管、位于所述第一导电中空管与所述第二导电中空管之间的绝缘层，其中，所述第一导电中空管、所述第二导电中空管中的任一导电中空管为辅助电极，另一导电中空管为工具电极；

还包括在对工件进行加工时，盛放在所述第二导电中空管内部的非牛顿流体电解液，以使所述非牛顿流体电解液通过所述第二导电中空管流向并维持在所述自放电电极的加工区域内。

2.根据权利要求1所述的电解电火花加工装置，其特征在于，还包括：

与所述自放电电极相连、用于在对所述工件进行加工时驱动所述自放电电极发生运动的驱动件。

3.根据权利要求2所述的电解电火花加工装置，其特征在于，还包括：

与所述自放电电极相连的输送管；

与所述输送管相连、用于盛放所述非牛顿流体电解液，并在对所述工件进行加工时，通过所述输送管将所述非牛顿流体电解液送入所述第二导电中空管内部的电解液盛放器。

4.根据权利要求1所述的电解电火花加工装置，其特征在于，所述第一导电中空管、所述第二导电中空管均为金属中空管。

5.根据权利要求4所述的电解电火花加工装置，其特征在于，所述辅助电极为惰性金属中空管，且所述辅助电极与所述脉冲电源的正极相连。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电解电火花加工装置，其特征在于，所述非牛顿流体电解液为通过粉末与水按预设质量分数配比进行混合搅拌制备得到的电解液。

7.根据权利要求6所述的电解电火花加工装置，其特征在于，所述粉末为聚丙烯酰胺粉末。

8.根据权利要求6所述的电解电火花加工装置，其特征在于，所述非牛顿流体电解液为在所述电解液中加入电解质制备得到的，其中，所述电解质为硝酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾中的任意一种或任意多种的组合。

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