CN110270724B - 一种基于场致射流表面感应放电的火花加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于场致射流表面感应放电的火花加工方法，其特征在于，通过在喷嘴和实体电极之间设置高压静电场，将处于悬浮电位的工件置于喷嘴和实体电极之间，使得工件两侧产生极性相反的感应电荷并分别与喷嘴射出工作液射流和实体电极产生周期性感应放电，利用射流与工件之间的放电能量来控制微细放电加工中实体电极与工件的放电能量。本发明解决了常规微细电火花加工中微能量脉冲产生的技术难题，从而为缩小常规微细电火花加工中单脉冲放电能，进而减小单脉冲放电材料去除尺度提供了解决方案。

Description

一种基于场致射流表面感应放电的火花加工方法
技术领域
本发明涉及一种微细电火花加工领域的技术，具体是一种将场致射流表面感应电荷放电产生的放电能量应用在传统微细电火花放电中的方法。
背景技术
微细电火花加工是利用两极之间脉冲放电时产生的电蚀作用来去除导电材料的一种特种加工方法。其加工优点是：加工时无切削力，能够加工普通加工方法难以加工的材料和复杂结构形状零件，工具电极材料的硬度可以低于工件材料的硬度等。特别适合于航空、航天、医疗、核电领域和微细模具制造等行业的应用。现有技术通过将静电感应与射流电极产生过程耦合在一起实现微细电火花加工，但其无法应用在传统微细电火花加工上。
发明内容
本发明针对传统微细放电加工中的脉冲放电能量问题，提出一种微细火花放电加工中脉冲放电能量产生方法，将与高压静电场作用下的场致射流表面感应的电荷放电产生的能量大小相等的能量，作为常规微细电火花加工的单脉冲放电能量，从而实现常规微细电火花加工中的脉冲放电能量的幅度的控制，解决了常规微细电火花加工中微能量脉冲产生的技术难题，从而为缩小常规微细电火花加工中单脉冲放电能，进而减小单脉冲放电材料去除尺度提供了解决方案。
本发明是通过以下方案实现的：
本发明涉及一种基于场致射流表面感应放电的火花加工方法，通过在喷嘴和实体电极之间设置高压静电场，将处于悬浮电位的工件置于喷嘴和实体电极之间，使得工件两侧产生极性相反的感应电荷并分别与喷嘴射出工作液射流和实体电极产生周期性感应放电，利用射流与工件之间的放电能量来控制微细放电加工中实体电极与工件的放电能量。
所述的微细放电加工中实体电极与工件的放电能量，是通过控制喷嘴射流与工件的放电能量实现的，二者的极间放电能量相等。
所述的高压静电场的电场强度大于1.5x 104V/m。
所述的悬浮电位通过将工件放置于分别与高压电源两端相连的喷嘴和实体电极之间实现。
所述的工件为导电的金属材料或者半导体材料。
所述的周期性感应放电是指：在喷嘴出口处形成微细射流表面感应电荷与工件表面一侧的感应电荷产生放电，与此同时，引起在另一侧的实体电极的尖端电荷和工件另一侧的感应电荷产生放电；之后射流表面感应电荷由于放电而消失，引起射流表面感应电荷所受电场力减小，进而导致射流表面张力大于射流表面感应电荷所受电场力，从而引起射流回退；此时，实体电极与工件之间放电结束，工件回归等势体；此后工件两侧重新感应出电荷，喷嘴重新形成射流，从而形成一个周期性的放电过程。
优选地，该方法可以通过改变场致射流中工作液、外界电压以及相对距离等参数来改变常规微细电火花加工中的单脉冲微放电能量幅度，包括：
①保持其余参数不变，改变工作液浓度时，可以改变常规微细放电加工过程中的单次微小放电能量，放电能量随工作液浓度增大而增大；
②改变喷嘴、实体电极、悬浮工件的相对距离，可以改变传统微细放电加工过程中的单次微小放电能量，随着喷嘴和工件距离的减小，放电能量逐渐变大；
③保持其余参数不变、增大施加在喷嘴和实体电极之间的电压，可以增大常规微细放电加工过程中的单脉冲放电能量。
技术效果
与现有方法相比，本发明主要是通过控制场致射流的放电能量来控制常规微细放电加工过程中的放电能量，不存在传统RC脉冲放电过程中的杂散电容，也不存在晶体管脉冲电源由于晶体管的开关过程、放电检测过程中的响应延迟带来的无法减小单次放电能的幅度的问题。
附图说明
图1为实施例控制传统微细电火花加工放电能量的示意图；
图2为本发明的场致射流感应的单脉冲微小放电能量产生过程的分解原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例通过实体电极、工件和射流感应放电组合，通过控制场致射流放电的能量来控制传统实体电极与工件之间的放电能量。
影响图1中改变传统微细放电加工过程中的单脉冲放电能量的因素很多，如改变场致射流放电加工侧的工作液浓度、电压幅值、喷嘴距离工件的距离、工件距离实体电极的距离以及喷嘴距离实体电极的距离均能影响传统放电加工侧的单脉冲放电能量。
由于场致射流微细放电加工的单次放电能量是由射流表面感应电荷决定的，而该感应电荷直接与工作液、外界电压高低、喷嘴距工件距离、工件距实体电极的距离等因素相关，在发生放电时射流表面的感应电荷放电产生的能量可以远远小于传统RC脉冲电源或晶体管脉冲电源产生的单次放电能量；再次，由于场致射流放电加工与传统实体电极和工件的放电过程串联，通过控制场致射流端的单脉冲放电能量可以实现传统微细放电加工端的放电能量的控制，由于场致射流放电能量小于传统脉冲电源产生的单次放电能量，因此本方法中所提出的放电能量也远小于传统放电加工中的单次放电能量。
所述的工作液类型、工作液浓度、高压电源的幅度、放电距离均能够改变单次放电能量的幅值。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (3)

1.一种基于场致射流表面感应放电的火花加工方法，其特征在于，通过在喷嘴和实体电极之间设置电场强度大于1.5x104V/m的高压静电场，将处于悬浮电位的金属材料或者半导体材料工件置于喷嘴和实体电极之间，使得工件两侧产生极性相反的感应电荷并分别与喷嘴射出工作液射流和实体电极产生周期性感应放电，利用射流与工件之间的放电能量来控制微细放电加工中实体电极与工件的放电能量；
所述的微细放电加工中实体电极与工件的放电能量，是通过控制喷嘴射流与工件的放电能量实现的，二者的极间放电能量相等；
所述的火花加工中的单脉冲微放电能量幅度，通过改变场致射流中工作液、外界电压以及相对距离改变，具体包括：
①保持其余参数不变，改变工作液浓度以改变常规微细放电加工过程中的单次微小放电能量，放电能量随工作液浓度增大而增大；
②改变喷嘴、实体电极、悬浮工件的相对距离以改变传统微细放电加工过程中的单次微小放电能量，随着喷嘴和工件距离的减小，放电能量逐渐变大；
③保持其余参数不变、增大施加在喷嘴和实体电极之间的电压以增大常规微细放电加工过程中的单脉冲放电能量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的悬浮电位通过将工件放置于分别与高压电源两端相连的喷嘴和实体电极之间实现。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的周期性感应放电是指：在喷嘴出口处形成微细射流表面感应电荷与工件表面一侧的感应电荷产生放电，与此同时，引起在另一侧的实体电极的尖端电荷和工件另一侧的感应电荷产生放电；之后射流表面感应电荷由于放电而消失，引起射流表面感应电荷所受电场力减小，进而导致射流表面张力大于射流表面感应电荷所受电场力，从而引起射流回退；此时，实体电极与工件之间放电结束，工件回归等势体；此后工件两侧重新感应出电荷，喷嘴重新形成射流，从而形成一个周期性的放电过程。
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