CN109332833B - 一种环形零件密集深孔电火花制孔方法 - Google Patents

Abstract

一种环形零件密集深孔电火花制孔方法，步骤为：1、准备阶段：改造电极导管；安装外冲液导管，使入口外冲液可沿电极导管外表面流淌至电极管表面；安装出口外冲液喷头；装夹环形件；调整出口外冲液喷头位置，使喷射方向与深孔中轴线平行；编制加工程序，在程序中将制孔过程依次分为清零阶段、返修阶段、入口阶段、加工阶段及出口阶段，各个阶段分别设定加工参数；启动冲液；启动加工程序；2、制孔阶段：通过清零阶段实现加工坐标归零；通过返修阶段使电极管端部形状达到需求形状；通过入口阶段使电极管端部形状与环形件加工表面形状相吻合；通过加工阶段完成深孔主体部分制孔；通过出口阶段完成深孔出口加工。以高效省时为原则设定电极更换规程。

Description

一种环形零件密集深孔电火花制孔方法

技术领域

本发明涉及一种电火花加工，特别是涉及一种环形零件密集深孔电火花制孔方法。

背景技术

航空发动机燃烧室作为一种环形零件，在其环向侧壁上密集了大量的冷却孔，以起到降低燃烧室温度的目的，这些冷却孔的直径通常为φ1mm～φ3mm，并且冷却孔的深径比在2～10之间，通常采用电火花制孔方法制得。

但是，对于孔径仅为φ0.7mm～φ1mm、孔深达到7mm～9mm、数量超过1万个的冷却孔来说，常规的电火花制孔方法已经无法满足加工要求。

常规的电火花制孔方法主要以设置入口内冲液为主，同时辅以浇灌方式输出的入口外冲液来包裹入口，这种方式非常不利于小孔径深孔加工时消电离，会严重影响孔出口位置的加工稳定性，也极易产生严重拉弧而烧伤零件，同时也会降低出口加工速度。

再有，常规的电火花制孔方法中通常仅设定一组加工参数，完全没有考虑不同加工位置与该组参数之间存在的不匹配问题，导致加工质量差以及加工效率低下。

另外，由于常规的电火花制孔方法主要用于冷却孔数量较少的环形零件制孔，因此电极管更换普遍采用手工单根更换方式，而在面对冷却孔数量超过1万个的情况时，再采用手工单根更换方式显然太过浪费时间，而且劳动强度也会大幅度升高，显然已经无法满足生产需要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种环形零件密集深孔电火花制孔方法，采用了全新的入口外冲液施加方式，并引入了出口外冲液，可使小孔径深孔在加工全过程拥有充分的水介质供应，有效保证冷却、排屑及电离效果；根据加工位置的不同，首次将制孔过程划分为五个阶段，每个阶段匹配不同的加工参数，有效提高加工质量和加工效率；采用了电极自动更换装置，并以高效省时为原则设定了电极更换规程，有效满足生产需要。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种环形零件密集深孔电火花制孔方法，包括如下步骤：

步骤一：准备阶段

①、改造电极导管，将电极导管的端部加工成圆锥形结构；

②、制备一根入口外冲液导管，将入口外冲液导管套装在电极导管的外部，并在入口外冲液导管与电极导管之间形成环形出液间隙，由环形出液间隙输出入口外冲液，入口外冲液会沿着电极导管外表面流淌至电极管表面；

③、准备一个出口外冲液喷头，并将出口外冲液喷头通过一个多自由度支架与电火花机床的床身相连；

④、将环形件装夹固定到电火花机床的回转台上；

⑤、将出口外冲液喷头调整到待加工深孔的孔出口外侧，使出口外冲液喷头的喷射方向与深孔中轴线相平行；

⑥、在电火花机床的控制系统中编制加工程序，在编制的加工程序中，将制孔过程划分为5个阶段，依次为清零阶段、返修阶段、入口阶段、加工阶段及出口阶段，上述5个阶段各自设定伺服进给速度、行程距离、间隙电压、击穿电压、峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隙的参数；

⑦、启动入口内冲液、入口外冲液及出口外冲液，维持水介质供应；

⑧、启动加工程序；

步骤二：制孔阶段

①、清零阶段

控制电极管向着环形件表面移动，直到电极管端部与环形件表面的距离达到放电间隙，并产生第一个电火花，此时电极管停止移动，同时将加工坐标归零；

②、返修阶段

将环形件与电极管的极性互换，使电极管的消耗速度大于环形件的消耗速度，按照返修阶段已设定的伺服进给速度和行程距离移动电极管，直到电极管端部形状达到需求形状；

③、入口阶段

再次将环形件与电极管的极性互换，使环形件的消耗速度大于电极管的消耗速度，按照入口阶段已设定的伺服进给速度和行程距离移动电极管，直到电极管端部形状与环形件加工表面的形状相吻合；

④、加工阶段

按照加工阶段已设定的伺服进给速度和行程距离移动电极管，完成深孔主体部分的加工；

⑤、出口阶段

当伺服进给速度陡然降低时，且在深孔出口处通过肉眼首次可见火花出现，则按照出口阶段已设定的伺服进给速度和行程距离移动电极管，直到电极管的端部完全从深孔的出口伸出，深孔加工结束。

进一步的，当一根电极管消耗到无法进行下一次深孔加工时，则启动电极更换程序，在当前已加工好的深孔位置处，通过电极自动更换装置将旧电极管从电极导管中快速卸载，然后将已卸载了旧电极管的电极导管移动到下一个深孔加工位置处，最后通过电极自动更换装置快速填装上新电极管，接下来就可继续执行深孔加工工序。

进一步的，制孔过程中各个阶段的加工参数如下：

清零阶段的加工参数为：间隙电压为60V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为120V～150V，峰值电流为2A，脉冲宽度为0.5us，脉冲间隙为27us；

返修阶段的加工参数为：行程距离为1～2mm，间隙电压为40V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为120V～150V，峰值电流为10A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us；

入口阶段的加工参数为：行程距离为1～1.5mm，间隙电压为30V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为120V～150V，峰值电流为12～14A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us；

加工阶段的加工参数为：加工阶段行程距离＝总行程距离-返修阶段行程距离-入口阶段行程距离-出口阶段行程距离，间隙电压为30V，伺服进给速度为2mm/min，击穿电压为120V～150V，峰值电流为12～14A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为6us；

出口阶段的加工参数为：出口阶段行程距离＝总行程距离-返修阶段行程距离-入口阶段行程距离-加工阶段行程距离，间隙电压为30V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为120V～150V，峰值电流为12～14A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us。

本发明的有益效果：

本发明的环形零件密集深孔电火花制孔方法，采用了全新的入口外冲液施加方式，并引入了出口外冲液，可使小孔径深孔在加工全过程拥有充分的水介质供应，有效保证冷却、排屑及电离效果；根据加工位置的不同，首次将制孔过程划分为五个阶段，每个阶段匹配不同的加工参数，有效提高加工质量和加工效率；采用了电极自动更换装置，并以高效省时为原则设定了电极更换规程，有效满足生产需要。

附图说明

图1为电火花制孔与冲液分布示意图；

图中，1—电极管，2—电极导管，3—入口外冲液，4—入口内冲液，5—入口外冲液导管，6—出口外冲液喷头，7—环形件，8—深孔，9—环形出液间隙，10—出口外冲液。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例一：

本实施例中，深孔8的孔径为0.7mm，孔深为7mm。

一种环形零件密集深孔电火花制孔方法，包括如下步骤：

步骤一：准备阶段

①、改造电极导管2，将电极导管2的端部加工成圆锥形结构；

②、制备一根入口外冲液导管5，将入口外冲液导管5套装在电极导管2的外部，并在入口外冲液导管5与电极导管2之间形成环形出液间隙9，由环形出液间隙9输出入口外冲液4，入口外冲液4会沿着电极导管2外表面流淌至电极管1表面；

③、准备一个出口外冲液喷头6，并将出口外冲液喷头6通过一个多自由度支架与电火花机床的床身相连；

④、将环形件7装夹固定到电火花机床的回转台上；

⑤、将出口外冲液喷头6调整到待加工深孔8的孔出口外侧，使出口外冲液喷头6的喷射方向与深孔8中轴线相平行；

⑥、在电火花机床的控制系统中编制加工程序，在编制的加工程序中，将制孔过程划分为5个阶段，依次为清零阶段、返修阶段、入口阶段、加工阶段及出口阶段，上述5个阶段各自设定伺服进给速度、行程距离、间隙电压、击穿电压、峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隙的参数；其中，制孔过程中各个阶段的加工参数如下：

清零阶段的加工参数为：间隙电压为60V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为120V，峰值电流为2A，脉冲宽度为0.5us，脉冲间隙为27us；

返修阶段的加工参数为：行程距离为1mm，间隙电压为40V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为120V，峰值电流为10A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us；

入口阶段的加工参数为：行程距离为1mm，间隙电压为30V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为120V，峰值电流为12A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us；

加工阶段的加工参数为：4mm，间隙电压为30V，伺服进给速度为2mm/min，击穿电压为120V，峰值电流为12A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为6us；

出口阶段的加工参数为：1.5mm，间隙电压为30V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为120V，峰值电流为12A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us；

⑦、启动入口内冲液4、入口外冲液3及出口外冲液10，维持水介质供应；

⑧、启动加工程序；

步骤二：制孔阶段

①、清零阶段

控制电极管1向着环形件7表面移动，直到电极管1端部与环形件7表面的距离达到放电间隙，并产生第一个电火花，此时电极管1停止移动，同时将加工坐标归零；

②、返修阶段

将环形件7与电极管1的极性互换，使电极管1的消耗速度大于环形件7的消耗速度，按照返修阶段已设定的伺服进给速度和行程距离移动电极管1，直到电极管1端部形状达到需求形状；

③、入口阶段

再次将环形件7与电极管1的极性互换，使环形件7的消耗速度大于电极管1的消耗速度，按照入口阶段已设定的伺服进给速度和行程距离移动电极管1，直到电极管1端部形状与环形件7加工表面的形状相吻合；

④、加工阶段

按照加工阶段已设定的伺服进给速度和行程距离移动电极管1，完成深孔8主体部分的加工；

⑤、出口阶段

当伺服进给速度陡然降低时，且在深孔8出口处通过肉眼首次可见火花出现，则按照出口阶段已设定的伺服进给速度和行程距离移动电极管1，直到电极管1的端部完全从深孔8的出口伸出，深孔8加工结束。

当一根电极管1消耗到无法进行下一次深孔8加工时，则启动电极更换程序，在当前已加工好的深孔8位置处，通过电极自动更换装置将旧电极管1从电极导管2中快速卸载，然后将已卸载了旧电极管1的电极导管2移动到下一个深孔8加工位置处，最后通过电极自动更换装置快速填装上新电极管1，接下来就可继续执行深孔8加工工序。

实施例二：

本实施例中，深孔8的孔径为0.85mm，孔深为8mm；制孔方法的步骤参照实施例一，区别在于准备阶段步骤⑥中设定的加工参数，本实施例中，制孔过程中各个阶段的加工参数如下：

清零阶段的加工参数为：间隙电压为60V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为140V，峰值电流为2A，脉冲宽度为0.5us，脉冲间隙为27us；

返修阶段的加工参数为：行程距离为1.5mm，间隙电压为40V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为140V，峰值电流为10A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us；

入口阶段的加工参数为：行程距离为1.3mm，间隙电压为30V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为140V，峰值电流为13A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us；

加工阶段的加工参数为：4.2mm，间隙电压为30V，伺服进给速度为2mm/min，击穿电压为140V，峰值电流为13A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为6us；

出口阶段的加工参数为：1.5mm，间隙电压为30V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为140V，峰值电流为13A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us。

实施例三：

本实施例中，深孔8的孔径为1mm，孔深为9mm；制孔方法的步骤参照实施例一，区别在于准备阶段步骤⑥中设定的加工参数，本实施例中，制孔过程中各个阶段的加工参数如下：

清零阶段的加工参数为：间隙电压为60V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为150V，峰值电流为2A，脉冲宽度为0.5us，脉冲间隙为27us；

返修阶段的加工参数为：行程距离为2mm，间隙电压为40V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为150V，峰值电流为10A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us；

入口阶段的加工参数为：行程距离为1.5mm，间隙电压为30V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为150V，峰值电流为14A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us；

加工阶段的加工参数为：4.5mm，间隙电压为30V，伺服进给速度为2mm/min，击穿电压为150V，峰值电流为14A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为6us；

出口阶段的加工参数为：1.5mm，间隙电压为30V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为150V，峰值电流为14A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种环形零件密集深孔电火花制孔方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：准备阶段

①、改造电极导管，将电极导管的端部加工成圆锥形结构；

②、制备一根入口外冲液导管，将入口外冲液导管套装在电极导管的外部，并在入口外冲液导管与电极导管之间形成环形出液间隙，由环形出液间隙输出入口外冲液，入口外冲液会沿着电极导管外表面流淌至电极管表面；

③、准备一个出口外冲液喷头，并将出口外冲液喷头通过一个多自由度支架与电火花机床的床身相连；

④、将环形件装夹固定到电火花机床的回转台上；

⑤、将出口外冲液喷头调整到待加工深孔的孔出口外侧，使出口外冲液喷头的喷射方向与深孔中轴线相平行；

⑥、在电火花机床的控制系统中编制加工程序，在编制的加工程序中，将制孔过程划分为5个阶段，依次为清零阶段、返修阶段、入口阶段、加工阶段及出口阶段，上述5个阶段各自设定伺服进给速度、行程距离、间隙电压、击穿电压、峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隙的参数；

⑦、启动入口内冲液、入口外冲液及出口外冲液，维持水介质供应；

⑧、启动加工程序；

步骤二：制孔阶段

①、清零阶段

控制电极管向着环形件表面移动，直到电极管端部与环形件表面的距离达到放电间隙，并产生第一个电火花，此时电极管停止移动，同时将加工坐标归零；

②、返修阶段

将环形件与电极管的极性互换，使电极管的消耗速度大于环形件的消耗速度，按照返修阶段已设定的伺服进给速度和行程距离移动电极管，直到电极管端部形状达到需求形状；

③、入口阶段

再次将环形件与电极管的极性互换，使环形件的消耗速度大于电极管的消耗速度，按照入口阶段已设定的伺服进给速度和行程距离移动电极管，直到电极管端部形状与环形件加工表面的形状相吻合；

④、加工阶段

按照加工阶段已设定的伺服进给速度和行程距离移动电极管，完成深孔主体部分的加工；

⑤、出口阶段

当伺服进给速度陡然降低时，且在深孔出口处通过肉眼首次可见火花出现，则按照出口阶段已设定的伺服进给速度和行程距离移动电极管，直到电极管的端部完全从深孔的出口伸出，深孔加工结束。

2.根据权利要求1所述的一种环形零件密集深孔电火花制孔方法，其特征在于：当一根电极管消耗到无法进行下一次深孔加工时，则启动电极更换程序，在当前已加工好的深孔位置处，通过电极自动更换装置将旧电极管从电极导管中快速卸载，然后将已卸载了旧电极管的电极导管移动到下一个深孔加工位置处，最后通过电极自动更换装置快速填装上新电极管，接下来就可继续执行深孔加工工序。

3.根据权利要求1所述的一种环形零件密集深孔电火花制孔方法，其特征在于：制孔过程中各个阶段的加工参数如下：

清零阶段的加工参数为：间隙电压为60V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为120V～150V，峰值电流为2A，脉冲宽度为0.5us，脉冲间隙为27us；

返修阶段的加工参数为：行程距离为1～2mm，间隙电压为40V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为120V～150V，峰值电流为10A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us；

入口阶段的加工参数为：行程距离为1～1.5mm，间隙电压为30V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为120V～150V，峰值电流为12～14A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us；

加工阶段的加工参数为：加工阶段行程距离＝总行程距离-返修阶段行程距离-入口阶段行程距离-出口阶段行程距离，间隙电压为30V，伺服进给速度为2mm/min，击穿电压为120V～150V，峰值电流为12～14A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为6us；

出口阶段的加工参数为：出口阶段行程距离＝总行程距离-返修阶段行程距离-入口阶段行程距离-加工阶段行程距离，间隙电压为30V，伺服进给速度为1mm/min，击穿电压为120V～150V，峰值电流为12～14A，脉冲宽度为10us，脉冲间隙为8us。