CN113399765A - 短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种短电弧‑电化学复合加工介质电导率在线检测装置及方法，涉及放电加工领域。空气压缩机和水泵驱使压缩空气和电解液通过内部管道冲入电极内孔，电极旋转使电解液和压缩空气混合并从电极内孔冲出，在电极出口位置与4根对称布置的铂丝接触后经支撑腔体的内孔排出，混合介质充当待测电阻与铂丝构成回路，并由直流电源提供恒定电流，通过将示波器并联在回路中实时监测回路电流及电压，根据所测得的电压电流计算实时电阻，并根据铂丝与电极出口的距离、电极内孔直径计算实时电导率。本发明可实时测量电极出口位置的气液混合介质的电导率，可预测加工间隙流场和电场复合特性，为实现短电弧‑电化学复合加工工艺占比的可控调节提供一种定量评估方法。

Description

短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置及方法
技术领域
本发明涉及放电加工领域，具体是一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置及方法。
背景技术
短电弧加工是一种放电加工技术，是指在具有一定介电强度的空气-自来水气液混合介质中，利用工具电极和工件之间产生受激发的断续电弧的放电群组蚀除导电金属材料的一项特种加工技术，与传统的放电加工技术相比会产生更高的温度和热流密度，因此具有很高的加工效率。由于加工过程中热能集中，蚀除材料体积较大，一部分熔融金属还未排出间隙又重新凝固在工件表面，形成硬而脆的再铸层粘附在工件表面，严重影响工件的使用性能。
因此，短电弧-电化学复合加工应运而生，通过将常规短电弧加工的气液混合介质中的自来水更换为电解液后，可实现短电弧-电化学同步加工，利用电化学加工的阳极溶解原理将短电弧加工遗留的再铸层腐蚀削弱，但电化学的过度腐蚀不仅会影响加工效率，也会降低工件的尺寸精度。因此需合理调节短电弧-电化学复合加工的工艺占比，以达到期望的加工效果。
工作介质全程参与短电弧-电化学复合加工过程中，起到了部分绝缘、形成离子桥、消电离等关键作用。在具有高绝缘性能的空气介质条件下，易导致气体放电并达成击穿条件形成电弧放电，而在具有一定导电能力的电解液介质条件下，易形成离子桥使电流导通产生电化学溶解。因此，混合介质的电导率成为了可直接调节短电弧-电化学复合加工工艺占比的关键因素。
在短电弧-电化学复合加工过程中，空气压缩机和水泵分别驱使压缩空气和电解液进入狭窄的内部管道初步混合，高速的压缩空气使得流道内的流体运动的湍流强度大幅提高，而后经过旋转电极内孔二次混合，使湍流波动更加剧烈，无法实时测得进入加工间隙时的气液混合介质的电导率，不能准确分析短电弧-电化学复合加工工艺占比。通过所提出的短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置及方法可预测加工间隙流场和电场复合特性，为实现短电弧-电化学复合加工工艺占比的可控调节提供一种定量评估方法，这具有十分重要的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明提供了一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置及方法，可实现工具电极出口的混合介质电导率的在线检测。
本发明采用如下技术方案：一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置，其包括支撑腔体、绝缘衬套、绝缘铂丝导向套、铂丝、腔体夹具，其特征在于：所述绝缘衬套通过螺钉固定在所述支撑腔体的中心孔，所述绝缘铂丝导向套安装在所述支撑腔体侧面的通孔内，所述铂丝安装在所述绝缘铂丝导向套内，排除所述支撑腔体对所述铂丝导电性能的影响，所述支撑腔体通过螺栓副固定在腔体夹具上。
进一步地，所述的一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置，其特征在于：所述支撑腔体整体是中空的，能使介质直接流过腔体，所述支撑腔体侧面包含4个对称分布的通孔。
进一步地，所述的一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置，其特征在于：所述绝缘衬套的外圆尺寸与所述支撑腔体内孔尺寸一致，保证完全贴合，提高绝缘性能，所述绝缘衬套的材料为聚乙烯、聚酯、尼龙、橡胶、树脂中的一种。
进一步地，所述的一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置，其特征在于：所述绝缘铂丝导向套包含9个并列分布的内孔，用来调节所述铂丝的安装位置，所述绝缘铂丝导向套的材料为聚乙烯、聚酯、尼龙、橡胶、树脂中的一种。
进一步地，所述的一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置，其特征在于：所述铂丝平行安装在所述绝缘铂丝导向套内，且4根铂丝不发生接触。
本发明还提供了一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测方法，其包括如下步骤：
（1）压缩空气和电解液的混合介质经内部管道流入电极内孔，经电极旋转冲出电极内孔，与所述检测装置的铂丝接触后经所述支撑腔体的内孔流出；
（2）所述的4根铂丝的其中2根通过一根导线连接直流电源的正极，其余2根通过一根导线连接直流电源的负极，气液混合介质充当电阻与所述铂丝、直流电源构成回路；
（3）将示波器并联在回路中，实时监测气液混合介质的电压和电流，并在电脑中记录，根据电压电流计算实时电阻，并根据所述铂丝与工具电极出口的距离、电极内孔直径计算实时电导率。
进一步地，所述的一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测方法，其特征在于：所述直流电源为恒流电源，提供恒定电流。
进一步地，所述的一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测方法，其特征在于：所述示波器采用同步并联接线方式，其中2个接口与所述铂丝并联，2个接口与所述直流电源并联，同时检测电源电压和间隙电压。
本发明的有益效果：
1.本发明采用一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置及方法，可实时检测旋转电极出口处的气液混合介质电导率；
2.本发明采用绝缘衬套和绝缘铂丝导向套，避免了支撑腔体以及环境对铂丝导电性能的影响，提高了测量精度；
3.本发明采用4根铂丝均匀分布在电极出口处，其中2根铂丝用一根导线连接电源正极，2根铂丝用一根导线连接电源负极，增加了测量范围，使测量结果更加准确；
4.本发明采用的绝缘铂丝导向套包含9个并列分布的内孔，可实现铂丝位置的固定和调节，可用于测量电极端面不同位置处的介质电导率；
5.本发明采用能提供恒定电流的直流电源，能提供稳定的电流输出，且示波器与铂丝、直流电源采用同步并联接线方式，可用于对比电源输出电压电流和间隙电压电流的差异，以减少杂散电流的干扰。
附图说明
图1为短电弧-电化学复合加工系统示意图。
图2为短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置爆炸效果示意图。
图3为短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置剖面示意图。
图4为支撑腔体三维设计示意图。
图5为绝缘衬套三维设计示意图。
图6为短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测方法示意图。
图7为铂丝接线方式示意图。
图中标号：1-水箱；2-电解液；3-水泵；4-空气压缩机；5-压力表；6-水箱过滤器；7-工作台过滤器；8-夹具；9-外冲液喷头；10-电极夹头；11-工具电极；12-工件；13-工作台；14-机架；15-电源；16-数控电柜；17-紧定螺钉；18-绝缘衬套；19-铂丝；20-绝缘铂丝导向套；21-支撑腔体；22-螺母；23-垫片；24-螺栓；25-示波器；26-电脑；27-直流电源。
具体实施方式
为使本发明能更加清晰的说明实施例的目的、技术方案和优点，下面将结合附图对本发明开展详细的描述。
图1所示短电弧-电化学复合加工系统中，水泵3从水箱1中将电解液2泵入管道，空气压缩机4抽吸环境中的空气加压生成压缩空气送入管道，在工具电极11的上方管道与电解液2汇合，加速电解液2的流动，通过工具电极11内孔冲入加工间隙，提供短电弧加工和电化学加工介质并将蚀除产物冲出间隙，电源15正极接入工件12，负极接入工具电极11，提供加工所需电压，工件12固定在工作台13上，数控电柜16控制工具电极11旋转并匀速向工件12一侧进给，实现短电弧加工和电化学加工的同步进行。
图2为短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置爆炸效果示意图，机床的铣夹头10固定工具电极11，绝缘衬套18安装在支撑腔体21的中心孔处，其侧面方孔与支撑腔体21侧面通孔对齐后，在其上方用紧定螺钉17固定在支撑腔体21上，4个绝缘铂丝导向套20从支撑腔体21侧面通孔插入，随后将4个铂丝19分别插入到绝缘铂丝导向套20的内孔中固定，支撑腔体21通过螺栓副固定在夹具8的燕尾槽中。
图3为短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置剖面示意图，铂丝19平行地安装在绝缘铂丝导向套20的内孔中并间隔一定距离防止短路，且铂丝19不与工具电极11接触，绝缘铂丝导向套20包含9个并列分布的内孔，可以用来调节铂丝19与工具电极11的相对垂直距离，整体装置采用中空式设计，可使介质完全地流出，防止回流引起的测量误差。
图4为支撑腔体三维设计示意图，支撑腔体21顶部的4个螺纹孔用来固定绝缘衬套18，侧面4个通孔用来固定绝缘铂丝导向套20，底部留有间隙安装螺栓副，并开有4个宽度与夹具8燕尾槽宽度相同的凹槽，用来固定支撑腔体21。
图5为绝缘衬套三维设计示意图，绝缘衬套18顶部开有4个螺纹孔用来固定，侧面开有4个通孔以使绝缘铂丝导向套20和铂丝19贯穿，保证除铂丝19以外的区域良好的绝缘性。
图6为短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测方法示意图，气液混合介质经内部管道流入工具电极11内孔，经旋转冲出电极11内孔，与铂丝19接触后经支撑腔体21的内孔流出，铂丝19分别与直流电源27的正负极相连构成回路，同时将示波器25并联在回路中，实时监测气液混合介质的电压和电流，并在电脑26中记录，根据电压电流计算实时电阻，并根据铂丝19与工具电极11出口的距离、电极内孔直径计算实时电导率。
图7为铂丝接线方式示意图，4根铂丝19的其中2根直接相连并与导线连接在直流电源27的正极，其余2根铂丝19采取相同的连接方式连接在直流电源27的负极。
具体地，所述支撑腔体整体是中空的，能使介质直接流过腔体，所述支撑腔体侧面包含4个对称分布的通孔。
具体地，所述绝缘衬套的外圆尺寸与所述支撑腔体内孔尺寸一致，保证完全贴合，提高绝缘性能，所述绝缘衬套的材料为聚乙烯、聚酯、尼龙、橡胶、树脂中的一种。
具体地，所述绝缘铂丝导向套包含9个并列分布的内孔，用来调节所述铂丝的安装位置，所述绝缘铂丝导向套的材料为聚乙烯、聚酯、尼龙、橡胶、树脂中的一种。
具体地，所述铂丝平行安装在所述绝缘铂丝导向套内，且4根铂丝不发生接触。
具体地，所述直流电源为恒流电源，提供恒定电流。
具体地，所述示波器采用同步并联接线方式，其中2个接口与所述铂丝并联，2个接口与所述直流电源并联，同时检测电源电压和间隙电压。
本发明提供的是一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置及方法的相关技术方案，而非对其限制，本领域的普通技术人员依然可以对本发明的技术方案进行修改或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，这些修改和替换也应视为本发明的保护范围。并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。本发明中未明确的技术方案均可用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置，其包括支撑腔体、绝缘衬套、绝缘铂丝导向套、铂丝、腔体夹具，其特征在于：所述绝缘衬套通过螺钉固定在所述支撑腔体的中心孔，所述绝缘铂丝导向套安装在所述支撑腔体侧面的通孔内，所述铂丝安装在所述绝缘铂丝导向套内，排除所述支撑腔体对所述铂丝导电性能的影响，所述支撑腔体通过螺栓副固定在腔体夹具上。
2.根据权利要求1所述的一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置，其特征在于：所述支撑腔体整体是中空的，能使介质直接流过腔体，所述支撑腔体侧面包含4个对称分布的通孔。
3.根据权利要求1所述的一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置，其特征在于：所述绝缘衬套的外圆尺寸与所述支撑腔体内孔尺寸一致，保证完全贴合，提高绝缘性能，所述绝缘衬套的材料为聚乙烯、聚酯、尼龙、橡胶、树脂中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置，其特征在于：所述绝缘铂丝导向套包含9个并列分布的内孔，用来调节所述铂丝的安装位置，所述绝缘铂丝导向套的材料为聚乙烯、聚酯、尼龙、橡胶、树脂中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测装置，其特征在于：所述铂丝平行安装在所述绝缘铂丝导向套内，且4根铂丝不发生接触。
6.一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测方法，其包括如下步骤：
（1）压缩空气和电解液的混合介质经内部管道流入电极内孔，经电极旋转冲出电极内孔，与所述检测装置的铂丝接触后经所述支撑腔体的内孔流出；
（2）所述的4根铂丝的其中2根通过一根导线连接直流电源的正极，其余2根通过一根导线连接直流电源的负极，气液混合介质充当电阻与所述铂丝、直流电源构成回路；
（3）将示波器并联在回路中，实时监测气液混合介质的电压和电流，并在电脑中记录，根据电压电流计算实时电阻，并根据所述铂丝与工具电极出口的距离、电极内孔直径计算实时电导率。
7.根据权利要求6所述的一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测方法，其特征在于：所述直流电源为恒流电源，提供恒定电流。
8.根据权利要求6所述的一种短电弧-电化学复合加工介质电导率在线检测方法，其特征在于：所述示波器采用同步并联接线方式，其中2个接口与所述铂丝并联，2个接口与所述直流电源并联，同时检测电源电压和间隙电压。
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