CN110238466B - 电弧微爆内外冲液装置和加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电弧微爆内外冲液装置和加工设备，其中，所述电弧微爆内外冲液装置包括刀架体、平台结构、工具电极和集液罩。刀架体具有相对设置的入口端和出口端；平台结构固定于刀架体内，平台结构与入口端之间形成有液腔，平台结构开设有安装通道，平台结构形成有外冲液流道；工具电极安装于安装通道，工具电极内形成有内冲液流道，内冲液流道的一端与液腔连通，另一端将工具电极的末端贯穿；集液罩套设在工具电极的外周，集液罩的一端与外冲液流道连通，集液罩的另一端与工具电极的侧壁之间围合形成环状间隙，外冲液流道的横截面总面积的最小值大于环状间隙的面积。本发明技术方案提高了电弧微爆加工的加工效率，改善了加工效果。

Description

电弧微爆内外冲液装置和加工设备

技术领域

本发明涉及电弧微爆加工技术领域，特别涉及一种电弧微爆内外冲液装置和包含有该电弧微爆内外冲液装置的加工设备。

背景技术

在电弧微爆加工领域，工具电极与工件之间的放电区域需要满足以下三个条件：①有效的断弧控制；②熔化金属的快速冷却；③去除材料的快速抛离。

在现有的技术中，一般是采用电极旋转且内冲液的加工方式来满足以上条件，高速高压冲液经过电极夹具内部，从高速旋转的工具电极下端流出通向放电区域，利用机械运动及流体动力的断弧机制控制电弧的演变，利用内冲液流体冷却和去除熔融金属材料。该方案能保证大部分加工形式良好的加工效果，但是，当电弧微爆加工用于侧铣、切槽等利用工具电极侧面与工件之间放电加工的场合时，由于工具电极下端与工件的间隙过小，冲液流体在下端受迫堵塞，电极侧面没有足够的冲液流体，使得放电电弧的断弧能力差，熔化金属的冷却不足，难以实现高效的电弧微爆加工效果。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种电弧微爆内外冲液装置，旨在提高现有电弧微爆加工的效率，改善加工效果。

为实现上述目的，本发明提出的电弧微爆内外冲液装置，包括：

刀架体，呈中空状设置，所述刀架体具有相对设置的入口端和出口端；

平台结构，固定于所述刀架体内，所述平台结构与所述入口端之间形成有液腔，所述平台结构开设有沿所述入口端朝向所述出口端的方向将所述平台结构贯穿的安装通道；所述平台结构、或所述刀架体侧壁、或所述刀架体侧壁与所述平台结构之间形成有外冲液流道，所述外冲液流道沿所述入口端朝向所述出口端的方向将所述平台结构贯穿；

工具电极，安装于所述安装通道，所述工具电极内形成有内冲液流道，所述内冲液流道的一端与所述液腔连通，另一端将所述工具电极的末端贯穿；

集液罩，所述集液罩安装于所述刀架体的出口端，且套设在所述工具电极的外周，所述集液罩的一端与所述外冲液流道连通，所述集液罩的另一端与所述工具电极的侧壁之间围合形成环状间隙，所述外冲液流道的横截面总面积的最小值大于所述环状间隙的面积。

优选地，所述平台结构与所述刀架体一体成型。

优选地，所述外冲液流道为贯穿所述平台结构上的多个通孔，多个所述通孔环绕所述安装通道设置。

优选地，所述安装通道的壁面和所述工具电极的外周壁均设置有螺纹，所述工具电极与平台结构通过所述螺纹装配。

优选地，所述集液罩自所述入口端朝向所述工具电极末端的方向上呈缩口设置。

优选地，所述集液罩的内壁与所述工具电极外侧壁之间的夹角α∈[30°，45°]。

优选地，所述刀架体的出口端侧向凸出有第一环形凸缘，所述集液罩的靠近所述刀架体的一端侧向凸出有第二环形凸缘，所述第一环形凸缘与所述第二环形凸缘通过螺接件连接。

优选地，所述工具电极的伸入所述安装通道的一端的端面，与所述平台结构的朝向所述液腔的表面平齐。

本发明还公开一种加工设备，包括刀柄和电弧微爆内外冲液装置，所述电弧微爆内外冲液装置包括：

刀架体，呈中空状设置，所述刀架体具有相对设置的入口端和出口端，所述入口端和所述出口端均呈敞口设置；

平台结构，固定于所述刀架体内，所述平台结构与所述入口端之间形成有液腔，所述平台结构开设有沿所述入口端朝向所述出口端的方向将所述平台结构贯穿的安装通道；所述平台结构、或所述刀架体侧壁、或所述刀架体侧壁与所述平台结构之间形成有外冲液流道，所述外冲液流道沿所述入口端朝向所述出口端的方向将所述平台结构贯穿；

工具电极，安装于所述安装通道，所述工具电极内形成有内冲液流道，所述内冲液流道的一端与所述液腔连通，另一端将所述工具电极的末端贯穿；

集液罩，呈两端敞口的中空状设置，所述集液罩安装于所述刀架体的出口端，且套设在所述工具电极的外周，所述集液罩的一端与所述外冲液流道连通，所述集液罩的另一端与所述工具电极的侧壁之间围合形成环状间隙，所述外冲液流道的横截面总面积大于所述环状间隙的面积；

所述电弧微爆内外冲液装置安装于所述刀柄。

优选地，所述加工设备为数控机床或机器人。

本发明提供的一种用于电弧微爆加工的电弧微爆内外冲液装置，其有益效果是，在保证正常的内冲液要求的同时，增加了外冲液结构。在该电弧微爆内外冲液装置处于工作状态时，外冲液可以沿工具电极轴线流出，对放电电弧施加切割作用力，断弧效果好。另外，外冲液出口设置加压的集流罩，保证了高速高压外冲液流体的供应。本发明装置满足电弧微爆加工对内冲液的要求，同时也工具电极侧面用于侧铣、开槽等工序时的加工效率。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明电弧微爆内外冲液装置一实施例的结构示意图；

图2为图1中电弧微爆内外冲液装置爆炸图；

图3为图1中电弧微爆内外冲液装置的剖视图；

图4为图1中电弧微爆内外冲液装置工作状态图；

图5为图1中电弧微爆内外冲液装置与侧固式内冲液刀柄装配后的结构示意图；

图6为图5的剖视图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	刀架体	100a	入口端
100b	出口端	100c	第一平面
				101	液腔	102	外冲液流道
103	安装通道	104	第一环形凸缘
				200	集液罩	201	加压腔
202	加压喷嘴	200a	环状间隙
				203	第二环形凸缘
300	工具电极	301	内冲液流道
				400	平台结构
500	侧固式内冲液刀柄	501	刀柄内冲液流道
				502	紧固螺钉
601	内冲液流体	602	外冲液流体
				603	放电电弧	701	工件

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明实提出了一种电弧微爆内外冲液装置及包含有该电弧微爆内外冲液装置的加工设备。所述加工设备可以是数控机床，也可以是机器人。下述将具体对电弧微爆内外冲液装置的实施例进行详细介绍。

请参阅图1和图2，本发明电弧微爆内外冲液装置包括刀架体100、平台结构400、工具电极300和集液罩200。

其中，所述刀架体100呈中空状设置，所述刀架体100具有相对设置的入口端100a和出口端100b，所述入口端100a和所述出口端100b可以均呈敞口设置。

请一并参阅图3和图4，所述平台结构400固定于所述刀架体100内，所述平台结构400与所述入口端100a之间形成有液腔101，所述平台结构400开设有沿所述入口端100a朝向所述出口端100b的方向将所述平台结构400贯穿的安装通道103。所述平台结构400、或所述刀架体100侧壁、或所述刀架体100侧壁与所述平台结构400之间形成有外冲液流道102，所述外冲液流道102沿所述入口端100a朝向所述出口端100b的方向将所述平台结构400贯穿。

所述工具电极300安装于所述安装通道103，所述工具电极300内形成有内冲液流道301，所述内冲液流道301的一端与所述液腔101连通，另一端将所述工具电极300的末端贯穿。

所述集液罩200呈两端敞口的中空状设置，所述集液罩200安装于所述刀架体100的出口端100b，且套设在所述工具电极300的外周，所述集液罩200的一端与所述外冲液流道102连通，所述集液罩200的另一端与所述工具电极300的侧壁之间围合形成环状间隙200a，所述外冲液流道102的横截面总面积的最小值大于所述环状间隙200a的面积。

具体地，请参阅图3，所述刀架体100大致呈筒状结构，刀架体100两端开口，平台结构400可以是安装在刀架体100内的任意位置，在图中可以看出，平台结构400是安装在刀架体100出口端100b的，在具体实施例中，不限于此，例如，平台结构400位于刀架体100中部。另外，平台结构400可以是与刀架体100一体成型的，也可以是可拆卸的。例如平台结构400与刀架体100过盈配合；再例如，平台结构400与刀架体100通过螺纹连接。当然，在一较佳实施例中，二者以一体成型的方式最佳。在制备时，可以先制备出原胚体(筒状结构和平台结构400通过模具一体成型的原胚体)，然后通过后续钻孔工艺，在平台结构400上开设所述安装通道103，以及所述外冲液流道102。另外，对于二者以一体成型的方式还可以是减材加工：棒料车削外圆和凸缘，钻孔加工液腔101以及外冲液流道102；还可以是增材制造：粉末冶金成型，金属3D打印成型；还可以是恒材制造和减材精加工的配合：铸造毛坯，然后精加工液腔101和外冲液流道102。

上述内容中介绍了外冲液流道102的多种实施例，在此对于外冲液流道102形成于平台结构400的侧壁与刀架体100的内侧壁之间的具体实施方式大致有三种，第一种：平台结构400侧壁形成有缺口，该缺口与刀架体100内壁之间形成所述外冲液流道102。第二种：刀架体100侧壁凹陷形成凹口，该凹口与平台结构400之间形成所述外冲液流道102。第三种：外冲液流道102由刀架体100内壁自身形状与平台结构400外壁自身形状围合形成，例如刀架体100呈圆筒状结构，平台结构400呈方形设置、椭圆设置、三角状设置，以及其他规则或不规则形状等。

对于工具电极300而言，所述内冲液流道301将所述工具电极300末端贯穿的方式大致有两种情形，第一种是内冲液流道301将工具电极300末端的端面贯穿(如图2和图3)，也就是内冲液流道301整体是沿工具电极300的轴线延伸的。第二种是内冲液流道301将工具电极300末端的侧壁贯穿(未给出具体的图示)，也就是内冲液流道301大致有两段，一段是沿工具电极300的轴线延伸，另一端是沿工具电极300径向延伸，这两段是相互连通的。另外，工具电极300是消耗品，其安装方式必须牢固，否则一方面影响加工效率，另外还会影响加工质量，还可能会导致浪费。在一较佳实施例中，所述安装通道103的壁面和所述工具电极300的外周壁均设置有螺纹，所述工具电极300与平台结构400通过所述螺纹装配。

请参阅图1至图3，对于每个外冲液流道102而言，其横截面自所述入口端100a朝向所述出口端100b的方向上可以是均匀的，例如外冲液流道呈圆柱状、方柱状等。外冲液流道102的横截面自所述入口端100a朝向所述出口端100b的方向上也可以是不均匀的，例如其横截面积自所述入口端100a朝向所述出口端100b的方向上逐渐减小，或者逐渐增大(如图3)，但是液体在外冲液流道102内的流速大小主要取决于外冲液流道102横截面的最小面积。

数控机床在运行时，工具电极300液腔101内的液压可达到2Mpa，同时，工具电极300的转速高达1000～6000转/分钟，在高速旋转的情况下，外冲液流道102内的液体如果流速不高，外冲液很容易就被工具电极300的离心力甩出，从而难以达到电弧所在位置。另外，即便外冲液抵达电弧所在位置，如果流速不高，外冲液液量不够(受到离心力作用，外冲液被甩出，剩余的液量可能就不够了)，也难以切断电弧。

所以，为了提高外冲液在工具电极300外表面的流速，将所述外冲液流道102的横截面总面积的最小值设置为大于所述环状间隙200a的面积，如此可以对外冲液起到增压作用。

请参阅图2和图3，对于集液罩200而言，其与刀架体100的连接方式可以是一体成型(例如集液罩200、刀架体100、平台结构400三者一体成型)，还可以是可拆卸连接(图2和图3展示的就是可拆卸实施例)。对于一体成型主要是采用模具开模成型。对于可拆卸连接的方式，可以是，所述刀架体100的出口端100b侧向凸出有第一环形凸缘104，所述集液罩200的靠近所述刀架体100的一端侧向凸出有第二环形凸缘203，所述第一环形凸缘104与所述第二环形凸缘203通过螺接件连接。

请继续参阅图3，集液罩200套设在工具电极300的外周，集液罩200与工具电极300外壁之间的间距可以沿出液方向逐渐减小的，也可以保持不变，二者均有增压效果。但是为了使集液罩200的增压效果更佳，在一较佳实施例中，所述集液罩200自所述入口端100a朝向所述工具电极300末端的方向上呈缩口设置。也就是集液罩200的内壁是沿着出液方向朝向工具电极300倾斜的，在此，集液罩200内壁倾斜的角度不易过大，也不宜过小。原因是：倾斜角度过大，出液量不够，外冲液流道102内部压力过大；倾斜角度过小，集液罩200的高度会增加，当工具电极300逐步消耗时，会存在过多的工具电极300被集液罩200罩设，从而无法使用，从而造成工具电极300浪费。鉴于此，在本实施例中，所述集液罩200的内壁与所述工具电极300外侧壁之间的夹角α∈[30°，45°]。例如，α＝37°、40°、42°都是可以的。经过测试，综合外冲液流量、流速、集液罩200内部液压、工具电极300消耗成本等因素，α在37°～40°较佳。

请继续参阅图2和图3，外冲液流道102较佳的设置方式是设置在平台结构400上的多个通孔，多个所述通孔环绕安装通道103设置，如此，外冲液出液更均匀。另外，考虑到液体从外冲液流道102流出时，其流速较高，而集液罩200的入口相对较大，从而高速流体进入集液罩200后，会产生严重的涡流现象，严重影响外冲液由集液罩200流出的流速。鉴于此，所述通孔在安装通道103的周向呈间隔排布，并且在平台结构400的径向呈交替错开设置。

此外，内外冲液相互配合还具有自动调节加工过程的功能

请继续参阅图4，一般情况下内冲液流体601和外冲液流体602会同时流出，但是当电极工具300底部与工件701的间隙过小时，内冲液流体601受迫，流量减小，外冲液流体602压力会增大，提高电极工具300用于侧面铣削的能力，加快侧面铣削，使电极工具300底部受迫的冲液有更大的空间释放，调整底部加工效率，同时降低外冲液压力，使侧面和底面的加工效率调整至新的稳态。该装置的内冲液流体301和外冲液流体602互为输入和输出参数，具有负反馈控制机制。

请参阅图4、图5和图6，本实施例装置选用侧固式内冲液刀柄500夹持，所述刀架体100圆柱面切有第一平面100c，所述刀架体100自下而上安插于所述侧固式内冲液刀柄500的下端安装孔内，并使用所述紧固螺钉502穿过所述侧固式内冲液刀柄500顶紧第一平面100c，实现夹紧。

下面具体介绍本实施例装置的工作过程，请继续参阅图4至图6，所述侧固式内冲液刀柄500内部设置有刀柄内冲液流道501，外接冲液经过所述刀柄内冲液流道501进入所述液腔101，然后，一部分冲液进入所述内冲液流道301及工具电极300内部形成内冲液流体601，并从所述工具电极300下端流出到放电区域；另一部分经过所述外冲液流道102进入加压腔201，并从所述加压喷嘴202喷出，在所述工具电极300外表面包裹一层高速高压的所述外冲液流体602，直至到达所述工件701表面。所述工具电极300与所述工件701之间产生放电电弧603，其中在所述工具电极300侧面发生的放电电弧603受到所述外冲液流体602的断弧作用，在所述工具电极300底面发生的放电电弧603受到所述内冲液流体601的断弧作用，所述工具电极300的侧面和底面都包裹有高速高压冲液，实现对熔化工件701材料的快速冷却和有效冲刷作用。

实际加工实验证明，使用了本发明装置以后，电弧微爆加工用于侧铣和开槽等需要工具电极周向放电的工序时，外冲液断弧效果良好，加工效率提升了100％以上，因为工具电极底面内冲液受迫堵塞和侧面不充分放电而导致的短路次数降低到原来的10％以下。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电弧微爆内外冲液装置，其特征在于，包括：

刀架体，呈中空状设置，所述刀架体具有相对设置的入口端和出口端；

平台结构，固定于所述刀架体内，所述平台结构与所述入口端之间形成有液腔，所述平台结构开设有沿所述入口端朝向所述出口端的方向将所述平台结构贯穿的安装通道；所述平台结构、或所述刀架体侧壁、或所述刀架体侧壁与所述平台结构之间形成有外冲液流道，所述外冲液流道沿所述入口端朝向所述出口端的方向将所述平台结构贯穿，且所述外冲液流道与所述液腔连通；

工具电极，安装于所述安装通道，所述工具电极内形成有内冲液流道，所述内冲液流道的一端与所述液腔连通，另一端将所述工具电极的末端贯穿；

集液罩，所述集液罩安装于所述刀架体的出口端，且套设在所述工具电极的外周，所述集液罩的一端与所述外冲液流道连通，所述集液罩的另一端与所述工具电极的侧壁之间围合形成环状间隙，所述外冲液流道的横截面总面积的最小值大于所述环状间隙的面积。

2.如权利要求1所述的电弧微爆内外冲液装置，其特征在于，所述平台结构与所述刀架体一体成型。

3.如权利要求2所述的电弧微爆内外冲液装置，其特征在于，所述外冲液流道为贯穿所述平台结构上的多个通孔，多个所述通孔环绕安装通道设置。

4.如权利要求3所述的电弧微爆内外冲液装置，其特征在于，所述安装通道的壁面和所述工具电极的外周壁均设置有螺纹，所述工具电极与平台结构通过所述螺纹装配。

5.如权利要求4所述的电弧微爆内外冲液装置，其特征在于，所述集液罩自所述入口端朝向所述工具电极末端的方向上呈缩口设置。

6.如权利要求5所述的电弧微爆内外冲液装置，其特征在于，所述集液罩的内壁与所述工具电极外侧壁之间的夹角α∈[30°，45°]。

7.如权利要求1至6任意一项所述的电弧微爆内外冲液装置，其特征在于，所述刀架体的出口端侧向凸出有第一环形凸缘，所述集液罩的靠近所述刀架体的一端侧向凸出有第二环形凸缘，所述第一环形凸缘与所述第二环形凸缘通过螺接件连接。

8.如权利要求1至6任意一项所述的电弧微爆内外冲液装置，其特征在于，所述内冲液流道将所述工具电极的末端端面贯穿，或者所述内冲液流道将所述工具电极的末端侧壁贯穿。

9.一种加工设备，其特征在于，包括刀柄和如权利要求1至8任意一项所述的电弧微爆内外冲液装置，所述电弧微爆内外冲液装置安装于所述刀柄。

10.如权利要求9所述的加工设备，其特征在于，所述加工设备为数控机床或工业机器人。

Images