CN113695690B - 水射流辅助微细电解加工异形孔装置及工作方法 - Google Patents

水射流辅助微细电解加工异形孔装置及工作方法 Download PDF

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Abstract

水射流辅助微细电解加工异形孔装置及工作方法，属于电化学加工技术领域，包括机床本体以及设置在机床本体上的电解液循环系统、往复运动实现装置、水射流装置、阴极加工装置、阳极夹具平台、水平工作台。本发明加工盲孔时，利用水射流辅助微细电解加工技术预先加工出内部流道，使后续电解加工的液流更顺畅；加工通孔时，利用水射流辅助微细电解加工技术去除内部材料，再利对工件进行精加工。可降低工具电极损耗,使加工时液流更顺畅，促进被加工金属材料定域去除,提高加工效率和加工稳定性。

Description

水射流辅助微细电解加工异形孔装置及工作方法
技术领域
本发明属于电化学加工技术领域，特别是涉及到一种水射流辅助电解加工装置及其工作方法。
背景技术
电化学加工技术是一种特种加工技术，目前在微细加工中已占有重要的位置。电解加工技术是基于阳极溶解的减材制造技术。电解加工过程中,在工具阴极和工件阳极之间保持较小间隙,电解液在间隙中流过，在间隙上施加低压直流电,按照法拉第定律,工件阳极开始溶解。溶解产物被流动的电解液排出加工区，工具阴极向工件恒速进给，以保持加工间隙的恒定。随着加工过程的延续，工件阳极的形状将复制工具阴极的形状。
水射流加工，是利用超高压技术，可以把普通的自来水加压到250-400Mpa压力，然后，再通过内孔直径约0.15-0.35mm的宝石喷嘴，喷射形成速度约为800-1000m/s的高速射流，该水流具有很高的能量，因为其成本低，易操作，良品率又高，水射流正逐渐成为工业切割技术方面的主流切割方式。因此，水射流辅助电解加工技术是有效加工微孔的方法。
根据现有的硏究成果可知,电解加工在进行小间隙电解加工异形孔时,会存在加工间隙过小会导致电解液流场状况不佳,进出口流场突变，流量供应不足,甚至存在局部缺液、空穴现象,将会影响电解加工的精度和稳定性,同时,电解产物难以排出等难题，严重时将会导致短路的发生。为了解决上述电解加工中存在的难题，急需一种复合加工方法来弥补该加工技术的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供水射流辅助微细电解加工异形孔装置及工作方法，加工盲孔时，利用水射流辅助微细电解加工技术预先加工出内部流道，使后续电解加工的液流更顺畅；加工通孔时，利用水射流辅助微细电解加工技术去除内部材料，再利对工件进行精加工。可降低工具电极损耗,使加工时液流更顺畅，促进被加工金属材料定域去除,提高加工效率和加工稳定性。
水射流辅助微细电解加工异形孔装置，其特征是：包括机床本体以及设置在机床本体上的电解液循环系统、往复运动实现装置、水射流装置、阴极加工装置、阳极夹具平台、水平工作台，
所述机床本体包括平台和立柱；
所述往复运动实现装置包括Z向运动单元、Y向运动单元以及X向运动单元，所述X向运动单元通过滑轨设置在机床本体的平台上，所述Y向运动单元通过滑轨设置在X向运动单元的上部，所述Z向运动单元设置在机床本体的立柱上；
所述水平工作台设置在Y向运动单元的上部；
所述阴极加工装置设置在Z向运动单元的下部，与电源负极连接；
所述阳极夹具平台设置在水平工作台的上部，与电源正极连接；
所述电解液循环系统设置在阳极夹具平台上；
所述水射流装置设置在阴极加工装置上，外部设置有引流管。
所述Z向运动单元、Y向运动单元以及X向运动单元均包括底板、导轨、滑块、丝杠以及电机，所述电机主轴末端与丝杠连接，所述丝杠与滑块连接，所述滑块设置在导轨上，所述导轨设置在底板上；
所述阳极夹具平台包括三爪卡盘和夹具底座，所述三爪卡盘与夹具底座通过磁力吸附连接。
所述电解液循环系统包括电解液腔室、入水管以及出水管，所述电解液腔室的底部设置有固定座，固定座圆孔直径与三爪卡盘一致，电解液腔室通过磁力吸附设置在夹具底座的上部。
所述水射流装置的端部设置有水射流喷射头。
水射流辅助微细电解加工异形孔方法，其特征是：应用所述的水射流辅助微细电解加工异形孔装置，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
步骤一、装置供电系统供电，进行装置各系统自检；
步骤二、安装阴极加工装置与水射流装置，接好电解液循环系统的入水管以及出水管；打开主控程序面板，调节往复运动实现装置，移动阳极夹具平台，进行水射流喷射头与阳极工件对刀，坐标归零；
步骤三、在主控程序面板中绘制出待加工齿轮结构，设置好加工路径，生成G代码，设置水射流加工的压强参数a，开启水射流装置，进行水射流加工；加工完毕后，关闭水射流装置，退回零点；
步骤四、将主控程序切换至电解加工，进行阴极加工装置与阳极工件进行对刀，坐标归零设置；设置电解加工频率，进给速度，电解液压强，开启电解液循环系统，进行电解精加工；加工完毕，退回零点，电解液循环系统关闭；
至此，水射流辅助微细电解加工异形孔方法完成。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
1、水射流辅助微细电解加工盲孔时，可在工件上切割出流道，可以改善电解加工异形孔过程中的流场分布，使电解加工时的流场更稳定，电解液冲刷更充分，增强电化学反应速率，避免短路，可提高电解加工的精度和稳定性。
2、水射流辅助微细电解加工通孔时，切割工件内部轮廓，使其中间部分材料去除，提高后续电解加工的加工速率。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明水射流辅助微细电解加工异形孔装置结构示意图。
图2为本发明水射流辅助微细电解加工异形孔装置水射流装置结构示意图。
图3为本发明水射流辅助微细电解加工异形孔装置阳极夹具平台结构示意图。
图4为本发明水射流辅助微细电解加工异形孔装置往复运动实现装置每个运动单元结构示意图。
图5为本发明水射流辅助微细电解加工异形孔加工方法加工的盲孔结构示意图。
图6为本发明水射流辅助微细电解加工异形孔加工方法加工的通孔结构示意图。
图中1-机床本体、2-电解液循环系统、3-往复运动实现装置、4-水射流装置、5-阴极加工装置、6-阳极夹具平台、7-水平工作台、301-Z向运动单元、302-Y向运动单元、303-X向运动单元、311-底板、312-导轨、313-滑块、314-丝杠、315-电机、401-引流管、402-水射流喷射头、601-三爪卡盘、602-夹具底座。
具体实施方式
水射流辅助微细电解加工异形孔装置，如图1～图4所示，包括机床本体1以及设置在机床本体1上的电解液循环系统2、往复运动实现装置3、水射流装置4、阴极加工装置5、阳极夹具平台6、水平工作台7，
所述阳极夹具平台6分为两部分组成，三爪卡盘601，通过磁力吸附的方式固定在夹具底座602上。
所述电解液循环系统2包括电解液腔室201、入水管202以及出水管203，所述电解液腔室201通过磁吸及同轴固定的方式，底部圆孔直径和三爪卡盘601大小一致，固定在阳极夹具底座602之上。所述入水管202以及出水管203设置在电解液腔室的侧壁上，电解液腔室右侧留有与磁控管阴极相连接的孔道采用双回路并联过滤电解液,输入加工区域的电解液清洁度高,可实现充分、高效的电解液冲刷。
所述往复运动实现装置3中包含的X向运动单元303、Y向运动单元302以及Z向运动单元301，每个单元均包括底板311、导轨312、滑块313、丝杠314和电机315，所述电机315主轴末端与丝杠314连接，所述丝杠314与滑块313连接，所述滑块313设置在导轨312上，使滑块313沿着导轨312方向移动。
所述水射流装置4连接在阴极加工装置5外侧，和阴极加工装置5一起连接于Z向运动单元301，水射流喷头402置于阴极的圆管处，外侧连接有引流管401。
实施例一、
水射流辅助微细电解加工异形孔装置加工φ10内齿轮-盲孔的工作方法，包括以下步骤，
步骤一：打开气泵、设备供电系统，进行设备各系统自检。
步骤二：安装阴极片5与水射流装置4，接好电解液循环系统2的入水管202和出水管203。打开主控程序面板，调节往复运动实现装置3，移动阳极夹具平台6，进行水射流喷射头402与阳极工件对刀，坐标归零。
步骤三：在主控程序面板中绘制出φ8的齿轮结构，并在其中绘制要加工出的流道的形状，设置好加工路径。生成G代码，设置水射流加工的压强参数为200MPa，开启水射流装置4，进行水射流加工。
步骤四：加工完毕，关闭水射流装置4，退回零点。
步骤五：切换主控程序，进行电解加工阴极5与阳极601进行对刀，坐标归零设置。设置电解加工频率为50Hz，进给速度为0.1mm/min，电解液压强设置为400Kpa开启电解液循环系统2，进行电解精加工。
步骤六：加工完毕，电解液循环系统2关闭，水射流喷头退回原点。
其加工后结构如图5所示，工件上面加工有电解液流道，使后续电解加工流场更稳定，电解液冲刷更充分。
实施例二、
水射流辅助微细电解加工异形孔装置加工φ10内齿轮-通孔的工作方法，包括以下步骤，
步骤一：打开气泵、设备供电系统，进行设备各系统自检。
步骤二：安装阴极装置5与水射流装置4，接好电解液循环系统2的入水管202和出水管203。打开主控程序面板，调节往复运动实现装置3，移动阳极夹具平台6，进行水射流喷射头402与阳极工件对刀，坐标归零。
步骤三：在主控程序面板中绘制出φ8的齿轮结构，设置加工路径，生成G代码，设置水射流加工的压强参数为500Mpa，开启水射流装置4，进行水射流加工。
步骤四：加工完毕，关闭水射流装置，退回零点。
步骤五：调节主控程序，使电解加工阴极4与阳极工件进行对刀，坐标归零设置。设置加工参数，频率为50Hz，进给速度设置为0.5mm/min，电解液压强设置为300Kpa开启电解液循环系统2，进行加工。
步骤六：加工完毕，退回原点，关闭电解液循环系统2。
其加工后结构如图6所示。
以上所述仅为本发明优选的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.水射流辅助微细电解加工异形孔装置，其特征是：包括机床本体(1)以及设置在机床本体(1)上的电解液循环系统(2)、往复运动实现装置(3)、水射流装置(4)、阴极加工装置(5)、阳极夹具平台(6)、水平工作台(7)，
所述机床本体(1)包括平台和立柱；
所述往复运动实现装置(3)包括Z向运动单元(301)、Y向运动单元(302)以及X向运动单元(303)，所述X向运动单元(303)通过滑轨设置在机床本体(1)的平台上，所述Y向运动单元(302)通过滑轨设置在X向运动单元(303)的上部，所述Z向运动单元(301)设置在机床本体(1)的立柱上；
所述水平工作台(7)设置在Y向运动单元(302)的上部；
所述阴极加工装置(5)设置在Z向运动单元(301)的下部，与电源负极连接；
所述阳极夹具平台(6)设置在水平工作台(7)的上部，与电源正极连接；
所述电解液循环系统(2)设置在阳极夹具平台(6)上；
所述水射流装置(4)设置在阴极加工装置(5)上，外部设置有引流管(401)。
2.根据权利要求1所述的水射流辅助微细电解加工异形孔装置，其特征是：所述Z向运动单元(301)、Y向运动单元(302)以及X向运动单元(303)均包括底板(311)、导轨(312)、滑块(313)、丝杠(314)以及电机(315)，所述电机(315)主轴末端与丝杠(314)连接，所述丝杠(314)与滑块(313)连接，所述滑块(313)设置在导轨(312)上，所述导轨(312)设置在底板(311)上。
3.根据权利要求1所述的水射流辅助微细电解加工异形孔装置，其特征是：所述阳极夹具平台(6)包括三爪卡盘(601)和夹具底座(602)，所述三爪卡盘(601)与夹具底座(602)通过磁力吸附连接。
4.根据权利要求1所述的水射流辅助微细电解加工异形孔装置，其特征是：所述电解液循环系统(2)包括电解液腔室(201)、入水管(202)以及出水管(203)，所述电解液腔室(201)的底部设置有固定座，固定座圆孔直径与三爪卡盘(601)一致，电解液腔室(201)通过磁力吸附设置在夹具底座(602)的上部。
5.根据权利要求1所述的水射流辅助微细电解加工异形孔装置，其特征是：所述水射流装置(4)的端部设置有水射流喷射头(402)。
6.水射流辅助微细电解加工异形孔方法，其特征是：应用权利要求1所述的水射流辅助微细电解加工异形孔装置，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
步骤一、装置供电系统供电，进行装置各系统自检；
步骤二、安装阴极加工装置(5)与水射流装置(4)，接好电解液循环系统(2)的入水管(202)以及出水管(203)；打开主控程序面板，调节往复运动实现装置(3)，移动阳极夹具平台(6)，进行水射流喷射头(402)与阳极工件对刀，坐标归零；
步骤三、在主控程序面板中绘制出待加工齿轮结构，设置好加工路径，生成G代码，设置水射流加工的压强参数a，开启水射流装置(4)，进行水射流加工；加工完毕后，关闭水射流装置，退回零点；
步骤四、将主控程序切换至电解加工，进行阴极加工装置(5)与阳极工件进行对刀，坐标归零设置；设置电解加工频率，进给速度，电解液压强，开启电解液循环系统(2)，进行电解精加工；加工完毕，退回零点，电解液循环系统(2)关闭；
至此，水射流辅助微细电解加工异形孔方法完成。
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