CN111545851A - 一种大厚度电解线切割加工用工具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电解加工领域，尤其涉及一种大厚度电解线切割加工用工具及其使用方法。包括用于切割金属的中空金属管、开设在金属管侧面的多孔结构及设置在金属管侧面的绝缘部；金属管两端连通有半圆型金属管；绝缘部与多孔结构沿金属管轴心对称设置，半圆型金属管的直线边与多孔结构、绝缘部的连线垂直。本发明提高大厚度加工能力及沿厚度方向切缝宽均匀性，减小二次加工，提高表面质量和加工效率。

Description

一种大厚度电解线切割加工用工具及其使用方法

技术领域

本发明涉及电解加工领域，尤其涉及一种大厚度电解线切割加工用工具及其使用方法。

背景技术

电解线切割加工技术采用金属丝或金属棒作为工具电极，基于电化学阳极溶解原理去除工件材料，通过线电极与工件之间的相对运动将工件加工成形。因而，电解线切割加工具有电解加工的一系列优点：加工过程中工件阳极和工具阴极处于非接触式加工状态，加工表面无应力，不存在重铸层、微裂纹、热影响区；不受工件材料力学性能的限制，特别适合高硬度等难加工金属材料的加工成形；工件以离子形式去除材料，能够实现高精度加工以及微细结构的加工目标；工具阴极电极不损耗，可以重复使用。

电解线切割加工工件时，工具电极与工件之间仅有数十微米甚至数微米的加工间隙，若加工间隙内电解加工产物，如氢氧化物、气泡等，不能及时排出，则会造成加工间隙内导电率下降和分布不均，造成材料的不均匀溶解，影响加工精度和稳定性。有些电解产物还会粘附在工具电极上，影响电解反应的正常进行。因此，强化传质对于提高工件的加工精度和加工过程稳定性都至关重要，国内外研究人员就如何强化传质提出辅助运丝、辅助振动、电极旋转、轴向冲液等方法。但是，当工件厚度增加到数毫米、数十毫米时，采用上述方法扰动电解液的能力就显得十分薄弱。特别对于轴向冲液供液模式，已实现10mm厚度零件的加工。但是，随着工件厚度增加，轴向冲液电解液束发散明显，加工间隙内电解液流速损失增大，加工速度明显降低，同时沿厚度方向缝宽呈锥形分布。另外，采用轴向冲液电解线切割加工，电解液更新和加工产物排出方向均和工件厚度方向相同，需流经整个加工区。对于榫槽类数十毫米厚度零件的加工，电解液流程过长，在狭长半敞开间隙内很难全程保持高速流动，气泡、焦耳热沿程积累加剧，导致电解液电导率沿流程呈显著的非线性和随机性分布，影响加工的一致性和稳定性，限制加工速度的提高。

因此，对于大厚度工件电解线切割加工面临的电解液更新缓慢的问题，需要研究更加有效的传质方式，以提高加工稳定性和加工效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种大厚度电解线切割加工用工具及其使用方法，以解决上述问题，提高大厚度加工能力及沿厚度方向切缝宽均匀性，减小二次加工，提高表面质量和加工效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种大厚度电解线切割加工用工具，包括用于切割金属的中空金属管、开设在所述金属管侧面的多孔结构及设置在所述金属管侧面的绝缘部；

所述金属管两端连通有半圆型金属管；所述绝缘部与所述多孔结构沿所述金属管轴心对称设置，所述半圆型金属管的直线边与所述多孔结构、绝缘部的连线垂直。所述多孔结构为等间距变孔径或变间距等孔径或变间距变孔径。

优选的，所述多孔结构为沿所述金属管轴线方向开设的出液孔，所述出液孔的孔径沿所述金属管两端向中间逐渐减小且所述出液孔的孔径为等间距设置。

优选的，所述绝缘部为绝缘涂层，所述绝缘涂层沿所述金属管圆周方向覆盖90-270°。

优选的，所述绝缘涂层材料为树脂或陶瓷。

优选的，所述金属管的直径为0.5-0.7mm。

一种大厚度电解线切割加工用工具的使用方法，包括如下步骤：

步骤一，根据被切割工件厚度，确定所述多孔结构的孔径、孔间距和孔数量，并完成金属管与线切割机的固定；

步骤二，将待加工工件安装至所述线切割机工作台，将步骤二中所述金属管与所述线切割机的电源负极连接，将所述待加工工件与所述线切割机的电源正极连接；

步骤三，将所述金属管两端与所述线切割机的电解液出口连通，分别调整所述金属管上端和下端的压力；

步骤四，启动所述线切割机，使所述金属管沿其轴线方向往复运动，使所述多孔结构正对待加工区，沿进给方向进行切割加工；

步骤五，分离、清洗待加工工件。

优选的，所述工件厚度为10-40mm，所述多孔结构的孔径为0.1-0.3mm、孔间距为0.5-1mm和孔数量为11-41个，所述金属管上端的压力为1-3MPa，所述金属管下端的压力为1.2-3.2MPa。

所述线切割机为现有技术，所述金属管与所述线切割机连接方式均为现有技术，并非本发明的发明要点，在此不再赘述。

本发明具有如下技术效果：

采用半圆形金属管作为电解液入口，使出液孔流量一致性得到提高。出液孔流量均匀度提升，从而改善流场分布的均匀性，可以有效改善加工区的传质效果，适用于大厚度工件及加工产物粘性较大等对加工区传质要求较高的加工情况，采用绝缘部设置在金属管另一侧，切割加工时，切缝宽度及切缝入口处圆角尺寸均较小；在工件初始边界处，非加工区在低电流密度下存杂散腐蚀现象明显减小。

通过对出液孔的孔径和孔距的排布，使电解液从每个出液孔流出的液体流速更加均匀，进一步改善加工区的传质效果。

金属管沿其轴向往复运动，使得每个出液孔在其对应离散加工单元内部循环交替“浮动”冲液，对于加工间隙内的某一点而言，其压力、流速呈周期性脉动变化，冲液效果得到加强，保持动态均匀分布。此外，金属管两端不同压力供液可以减弱单侧供液管内流动的压力损失以及重力引起的前冲现象。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明加工状态示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为本发明出液孔与现有技术出液孔孔径对比图；

图4为半圆入口与圆入口出液孔流量对比图；

图5为本发明与现有技术出液孔流量对比图；

图6为现有技术加工电流分布图；

图7为本发明加工电流分布图；

图8为现有技术加工成品结构示意图；

图9为本发明加工成品结构示意图。

其中，1为工件，2为金属管，201为出液孔，202为半圆形金属管，3为绝缘涂层，5为切缝入口圆角，6为工件初始边界。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

参照图1-9所示，本发明提供一种大厚度电解线切割加工用工具，包括用于切割金属的中空金属管2、开设在金属管2侧面的多孔结构及设置在金属管2侧面的绝缘部；

金属管2两端连通有半圆型金属管202；绝缘部与多孔结构沿金属管2轴心对称设置，半圆型金属管202的直线边与多孔结构、绝缘部的连线垂直。所述多孔结构为等间距变孔径。采用半圆形金属管202作为电解液入口，使多孔结构流量一致性得到提高。多孔结构流量均匀度提升，从而改善流场分布的均匀性，可以有效改善加工区的传质效果，适用于大厚度工件及加工产物粘性较大等对加工区传质要求较高的加工情况，采用绝缘部设置在金属管2另一侧，切割加工时，切缝宽度及切缝入口处圆角5尺寸均较小；在工件初始边界6处，非加工区在低电流密度下存杂散腐蚀现象明显减小，同时多孔结构的电解液流速更加均匀，在切割过程中电解液可以顺利排出，从而提升加工效率。

进一步优化方案，多孔结构为沿金属管2轴线方向开设的出液孔201，出液孔201的孔径沿金属管2两端向中间逐渐减小且出液孔201的孔径为等间距设置。通过对出液孔201的孔径和孔距的排布，使电解液从每个出液孔201流出的液体流速更加均匀，进一步改善加工区的传质效果。

进一步优化方案，绝缘部为绝缘涂层3，绝缘涂层3沿金属管2圆周方向覆盖90-270°。

进一步优化方案，绝缘涂层3材料为树脂或陶瓷。

进一步优化方案，金属管2的直径为0.5mm。

一种大厚度电解线切割加工用工具的使用方法，包括如下步骤：

步骤一，根据被切割工件厚度，确定多孔结构的孔径、孔间距和孔数量，并完成金属管2与线切割机的固定；

步骤二，将待加工工件1安装至线切割机工作台，将步骤二中金属管2与线切割机的电源负极连接，将待加工工件与线切割机的电源正极连接；

步骤三，将金属管2两端与线切割机的电解液出口连通，分别调整金属管2上端和下端的压力；

步骤四，启动线切割机，使金属管2沿其轴线方向往复运动，使多孔结构正对待加工区，沿进给方向进行切割加工；

步骤五，分离、清洗待加工工件。

进一步优化方案，工件厚度为10mm，多孔结构的孔径为0.1mm、孔间距为1mm、孔数量为11个，金属管2上端的压力为1MPa，金属管2下端的压力为1.2MPa。

实施例二

本实施例与实施例一的区别仅在于，金属管2的直径为0.6mm。工件厚度为20mm，多孔结构的孔径为0.2mm、孔间距为0.7mm、孔数量为30个，金属管2上端的压力为2MPa，金属管2下端的压力为2.2MPa。

实施例三

本实施例与实施例二的区别仅在于，金属管2的直径为0.7mm。工件厚度为40mm，多孔结构的孔径为0.3mm、孔间距为1mm、孔数量为41个，金属管2上端的压力为3MPa，金属管2下端的压力为3.2MPa。

根据切割厚度决定工具电极出液孔孔径、间距、孔数适应不同厚度的工件电解加工。

金属管2沿其轴向往复运动，使得每个出液孔201在其对应离散加工单元内部循环交替“浮动”冲液，对于加工间隙内的某一点而言，其压力、流速呈周期性脉动变化，冲液效果得到加强，保持动态均匀分布。此外，金属管2两端不同压力供液可以减弱单侧供液管内流动的压力损失以及重力引起的前冲现象。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种大厚度电解线切割加工用工具，其特征在于：包括用于切割金属的中空金属管(2)、开设在所述金属管(2)侧面的多孔结构及设置在所述金属管(2)侧面的绝缘部；

所述金属管(2)两端连通有半圆型金属管(202)；所述绝缘部与所述多孔结构沿所述金属管(2)轴心对称设置，所述半圆型金属管(202)的直线边与所述多孔结构、绝缘部的连线垂直。

2.根据权利要求1所述的一种大厚度电解线切割加工用工具，其特征在于：所述多孔结构为沿所述金属管(2)轴线方向开设的出液孔(201)，所述出液孔(201)的孔径沿所述金属管(2)两端向中间逐渐减小且所述出液孔(201)的孔径为等间距设置。

3.根据权利要求1所述的一种大厚度电解线切割加工用工具，其特征在于：所述绝缘部为绝缘涂层(3)，所述绝缘涂层(3)沿所述金属管(2)圆周方向覆盖90-270°。

4.根据权利要求3所述的一种大厚度电解线切割加工用工具，其特征在于：所述绝缘涂层(3)材料为树脂或陶瓷。

5.根据权利要求1所述的一种大厚度电解线切割加工用工具，其特征在于：所述金属管(2)的直径为0.5-0.7mm。

6.一种应用权利要求1-5任一项所述大厚度电解线切割加工用工具的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，根据被切割工件厚度，确定所述多孔结构的孔径、孔间距和孔数量，并完成金属管(2)与线切割机的固定；

步骤二，将待加工工件安装至所述线切割机工作台，将步骤二中所述金属管(2)与所述线切割机的电源负极连接，将所述待加工工件与所述线切割机的电源正极连接；

步骤三，将所述金属管(2)两端与所述线切割机的电解液出口连通，分别调整所述金属管(2)上端和下端的压力；

步骤四，启动所述线切割机，使所述金属管(2)沿其轴线方向往复运动，使所述多孔结构正对待加工区，沿进给方向进行切割加工；

步骤五，分离、清洗待加工工件。

7.根据权利要求6所述的一种大厚度电解线切割加工用工具的使用方法，其特征在于：所述工件厚度为10-40mm，所述多孔结构的孔径为0.1-0.3mm、孔间距为0.5-1mm、孔数量为11-41个，所述金属管(2)上端的压力为1-3MPa，所述金属管(2)下端的压力为1.2-3.2MPa。

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