CN112059340A - 电解电火花复合切割用管电极及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电解电火花复合切割用管电极及加工方法，属于电加工技术领域。其主要特征在于：电解电火花复合切割用管电极为具有通液流道和通气流道的双流道铜钨合金管，并且两个流道的外侧面对称设置相同的阵列小孔。当通液流道的喷液孔转到端面加工间隙中时，管电极与加工表面之间发生电解反应；空气经通气流道从喷气孔喷射到切缝中，吹去切缝中的废旧电解液，减少杂散腐蚀。当通气流道的喷气孔转到端面加工间隙中时，管电极与加工表面之间发生火花放电；电解液经通液流道从喷液孔喷射到切缝中，管电极与工件侧壁发生电解反应。切割过程中管电极做旋转运动，电解液和空气交替喷向端面加工间隙内，管电极与工件之间交替发生电解加工和电火花加工，提高了加工效率和加工质量。

Description

电解电火花复合切割用管电极及加工方法
技术领域
本发明涉及一种电解电火花复合切割用管电极及加工方法，属于电加工技术领域。
背景技术
高温合金和钛合金等难加工材料因其高强度和出色的耐热性而被广泛用于航空航天和兵器等领域。然而，常规工艺不能满足对加工精度和表面质量不断增长的要求。目前，针对这些难加工材料的高质量高效切割加工，还未有比较成熟的加工工艺。
电火花线切割被广泛认为是金属基材料的精密切割加工方法。整个加工过程是依靠工具和工件之间脉冲性火花放电时的电蚀来去除工件局部材料，以达到对零件尺寸、形状预定的切割加工要求。加工灵活性强，加工效率高。然而，电火花线切割加工出的表面上不可避免地存在重铸层和热影响层，表面完整性不高。
电解线切割技术是以线电极作为工具阴极，利用金属在电解液中发生电化学溶解的原理，对金属材料进行切割成形的一种电解加工方法。从理论上讲，工件是以离子的形式被蚀除，加工精度高，也不会产生加工应力、重铸层和热变形。但是也存在不足，电解切割效率较低、可切割工件厚度有限。这是由于电解线切割切缝很小，加工时新鲜的电解液很难进入切缝到达加工区域，降低了电解反应速度，并且电解加工时产生的气泡和不溶性产物很难从切缝中排出，影响电解加工的稳定性，甚至会出现短路而中止加工。尤其是切割大厚度工件时，厚度越大，切缝越深，产物越难以排出，电解液越难以更新。
电解切割大厚度工件时，如何快速高效排出切缝中的电解产物、更新电解液，研究人员也提出了不少方法。比如轴向冲液电解线切割方法，利用高速流动的电解液快速冲进切缝，带走切缝中的电解产物，达到快速更新电解液的目的，但是由于切缝太小，线电极轴向方向太深，能够冲进切缝中的电解液并不多，并且受狭小切缝的壁面影响，在切缝中的电解液流速也大大减小，很难冲到底端。线电极单向走丝、往复走丝以及工件或工具电极低频振动等电解线切割方法，它们都是利用电极丝相对工件做轴向运动，对加工间隙内的电解液进行拖拽，促进电解产物的排出和电解液的更新，但是线电极表面光滑，对电解液的拖拽、扰动能力有限，加工大厚度工件时狭长切缝中的电解液更新仍然较慢，电解加工效率增加不明显，并且电极丝做轴向运动时产生颤动，影响着电解线切割加工的精度和稳定性。
因此，如何快速高效高质量的切割大厚度工件仍是急需解决的问题。
发明内容
针对高效精密线切割大厚度难加工材料时电火花线切割加工表面质量较差、电解线切割加工效率较低的问题，本发明提出了一种电解电火花复合切割加工用管电极及加工方法。
该电解电火花复合切割用管电极为中空合金管，其内腔被一纵向隔板分成通液流道和通气流道两部分。其中，通液流道下端密封，通气流道上端密封，通液流道外侧开设阵列喷液孔，通气流道外侧开设阵列喷气孔；阵列喷液孔和阵列喷气孔对称设置。
该电解电火花复合切割加工用管电极加工工件的方法，其特征在于：加工过程中，电解液经管电极通液流道从侧面阵列喷液孔喷出；空气经管电极通气流道从侧面阵列喷气孔喷出。管电极做旋转运动，使得阵列喷液孔和阵列喷气孔交替转过端面加工间隙内。当通液流道的阵列喷液孔转到端面加工间隙中时，电解液从阵列喷液孔喷射到端面加工间隙内，管电极与加工表面之间发生电解反应，进行电解切割加工，并去除电火花产生的重铸层；空气经通气流道从阵列喷气孔喷射到切缝中，吹去切缝中的废旧电解液，减少杂散腐蚀。
上述电解电火花复合切割加工用管电极加工工件的方法，其特征在于：当通气流道的阵列喷气孔转到端面加工间隙中时，空气从阵列喷气孔喷向端面加工间隙内，吹走含有电解产物的废旧电解液，并作为绝缘介质使管电极与加工表面之间发生火花放电，快速去除工件材料，提高加工效率；电解液经通液流道从阵列喷液孔喷射到切缝中，使得管电极与工件侧壁发生电解反应，再次去除电火花产生的重铸层，提高加工质量。
整个加工过程中，管电极高速旋转，使得电解液和空气交替喷向端面加工间隙内，管电极和工件加工表面交替发生电解加工和电火花加工，实现了电解电火花复合切割加工，提高了加工效率和加工质量。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提出的电解电火花复合切割管电极及其加工方法，当通液流道的阵列喷液孔转到端面加工间隙中时，管电极与加工表面之间发生电解反应，去除电火花产生的重铸层；空气经通气流道从阵列喷气孔喷射到切缝中，吹去切缝中的废旧电解液，减少杂散腐蚀。提高了加工质量。
2、当通气流道的阵列喷气孔转到端面加工间隙中时，管电极与加工表面之间发生火花放电，快速去除工件材料，提高加工效率；电解液喷射到切缝中，使管电极与工件侧壁发生电解反应，再次去除电火花产生的重铸层，提高加工质量。
3、整个加工过程中，管电极高速旋转，使得电解液和空气交替喷向端面加工间隙内，管电极和工件加工表面交替发生电解加工和电火花加工，实现了电解电火花复合切割加工，提高了加工效率和加工质量。
4、中空合金管采用铜钨合金，强度和刚度好，耐打火。
附图说明
图1为电解电火花复合切割用管电极结构示意图；
图2为电解电火花复合切割工件示意图；
图3为当通液流道的阵列喷液孔转到端面加工间隙中时加工原理示意图；
图4为当通气流道的阵列喷气孔转到端面加工间隙中时加工原理示意图；
其标号名称分别为：1、管电极，2、通液流道，3、通气流道，4、阵列喷液孔，5、工件，6、气泡，7、加工产物，8、电解液，9、空气，10、阵列喷气孔，11、端面加工间隙，12、切缝。
具体实施方式
根据图1所示，电解电火花复合切割用管电极1为一中空铜钨合金管，并且其内腔被一纵向隔板分成通液流道2和通气流道3两部分，隔板位于管电极1内腔中间位置，通液流道2上端开口下端密封，通气流道3上端密封下端开口，并且两流道侧面对称开设有相同的阵列喷液孔4和阵列喷气孔10。电解液8经通液流道2从阵列喷液孔4中喷出；空气经通气流道3从阵列喷气孔10喷出。
根据图2所示，切割加工时，管电极1做旋转运动，使得阵列喷液孔4和阵列喷气孔10交替转过端面加工间隙11，电解液8和空气9交替喷向端面加工间隙11内，管电极1和工件5加工表面交替发生电解加工和电火花加工，实现了电解电火花复合切割加工。
根据图3所示，当通液流道2的阵列喷液孔4转到端面加工间隙11中时，电解液8从阵列喷液孔4喷射到端面加工间隙11内，管电极1与工件5加工表面之间发生电解反应，进行电解切割加工，并去除电火花产生的重铸层；空气9经通气流道3从阵列喷气孔10喷射到切缝12中，吹去切缝12中的废旧的电解液8，减少杂散腐蚀。
根据图3所示，当通气流道3的阵列喷气孔10转到端面加工间隙11中时，空气9从阵列喷气孔10喷向端面加工间隙11中，吹走含有电解产物的废旧的电解液8，并作为绝缘介质使管电极1与工件5加工表面之间发生火花放电，快速去除工件5材料，提高加工效率；电解液8经通液流道2从阵列喷液孔4喷射到切缝12中，使管电极1与工件5侧壁发生电解反应，再次去除电火花产生的重铸层，提高加工质量。
采用该加工方法，实现了电解电火花高效高质量复合切割加工。

Claims (3)

1.一种电解电火花复合切割用管电极，其特征在于：
该电解电火花复合切割用管电极（1）为中空合金管，且其内腔被一纵向隔板分成通液流道（2）和通气流道（3）两部分;
其中，通液流道（2）下端密封，通气流道（3）上端密封，通液流道（2）外侧开设阵列喷液孔（4），通气流道（3）外侧开设阵列喷气孔（10）；阵列喷液孔（4）和阵列喷气孔（10）对称设置。
2.根据权利要求1所述的电解电火花复合切割用管电极，其特征在于：
上述电解电火花复合切割用管电极为铜钨合金材料。
3.利用权利要求1所述管电极（1）进行电解电火花复合切割加工的方法，其特征在于：
利用上述管电极（1）对工件（5）进行电解电火花复合切割加工时，电解液（8）由管电极（1）上端经通液流道（2）从侧面阵列喷液孔（4）喷出；空气由管电极（1）下端经通气流道（3）从侧面阵列喷气孔（10）喷出；管电极（1）做旋转运动，使得阵列喷液孔（4）和阵列喷气孔（10）交替转过端面加工间隙（11）；
当通液流道（2）的阵列喷液孔（4）转到端面加工间隙中时，电解液（8）从阵列喷液孔（4）喷射到端面加工间隙（11）内，管电极（1）与工件（5）加工表面之间发生电解反应，进行电解切割加工，并去除电火花产生的重铸层；空气（9）从阵列喷气孔（10）喷射到切缝（12）中，吹去切缝（12）中的废旧电解液，减少杂散腐蚀；
当通气流道（3）的阵列喷气孔（10）转到端面加工间隙中时，空气（9）从阵列喷气孔（10）喷向端面加工间隙（11）内，快速吹走含有电解产物的电解液（8），并作为绝缘介质使管电极（1）与工件（5）加工表面之间发生火花放电，快速去除工件（5）材料，提高加工效率；电解液（8）从阵列喷液孔（4）喷射到切缝（12）中，使得管电极（1）与工件（5）侧壁发生电解反应，再次去除电火花产生的重铸层，提高加工质量；
整个加工过程中，管电极（1）高速旋转，使得电解液（8）和空气（9）交替喷向端面加工间隙（11）内，使得管电极（1）和工件（5）加工表面交替发生电解加工和电火花加工，实现了电解电火花复合切割加工。
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