CN113857598B - 一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置，包括放电电路和工作液循环设备，放电电路设有抗电解高频脉冲电源，抗电解高频脉冲电源串联有开关，开关串联有多通道群电极，多通道群电极由并联的数个上拉电阻分别串联有多通道子电极构成，抗电解高频脉冲电源和待加工工件形成电路连接，待加工工件与多通道子电极之间形成临界放电间隙，弱电解质工作液循环依次流经多通道群电极与待加工工件。还公开了上述装置的制造方法。本发明克服了弱电解质工作液，易电解产生大量气泡，阻碍正常放电的缺点，增加每个脉冲打开通道的数量。

Description

一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置及制造方法

技术领域

本发明属于多通道电火花铣削技术领域，尤其涉及一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置及制造方法。

背景技术

放电加工技术是利用工具电极和工件电极之间的脉冲性火花放电，高温熔化、汽化工件材料，完成加工。经典的放电加工技术每个脉冲只能形成一个放电通道，加工效率低，这严重限制了电火花铣削技术的应用。多通道电火花铣削技术通过在每个子电极内串联上拉电阻来保持电极两端较高的开路电压，可以在单个脉冲内形成多个放电通道，大大的提高了加工效率。

现有的使用弱电解质工作液后，电解作用急剧增强，在电极和工件表面形成致密的气膜，气膜的绝缘性远高于工作液，难以击穿，使每个脉冲打开通道的数量减少。为此，设计出一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置及制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置及制造方法，以解决现有技术中，只能通过提高脉冲电压来增加每个脉冲打开的通道数量的技术问题。

为实现上述目的，本发明的一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置及制造方法的具体技术方案如下：

一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置，包括放电电路和工作液循环设备，放电电路设有抗电解高频脉冲电源，抗电解高频脉冲电源的负极串联有开关，开关串联有多通道群电极，多通道群电极由并联的数个上拉电阻分别串联有多通道子电极构成，多通道子电极外壁设有绝缘层，抗电解高频脉冲电源的正极用以和待加工工件形成电路连接，待加工工件与多通道子电极之间形成临界放电间隙，工作液循环设备有工作液循环箱，工作液循环箱控制有弱电解质工作液，弱电解质工作液循环依次流经多通道群电极与待加工工件。

进一步的，所述弱电解质工作液由去离子水和电解液原液配置，配置体积比为1：10～20。

进一步的，所述多通道子电极的数量为20～100。

进一步的，所述多通道子电极为直径0.3～2mm的紫铜管电极。

进一步的，所述绝缘层为直径1～4mm的热缩管。

进一步的，所述工作液循环设备包括用于放置待加工工件的液槽。

进一步的，所述上拉电阻采用0.1～50Ω的上拉电阻。

一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置制造方法，用于制造一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置，具体方法为：多通道群电极制作是将多通道子电极与上拉电阻完成焊接，焊接后在在多通道子电极外部用热缩管制成绝缘层，将多个多通道子电极用环氧绝缘胶完成整体性固定，连接各个上拉电阻制成；将制造后的多通道群电极安装在电火花机床上；按需配置弱电解质工作液，摇匀后置入工作液循环箱。

进一步的，所述多个多通道子电极使用PVC管侧面开孔穿入，PVC管内灌入环氧绝缘胶，恒温干燥。

相比较现有技术而言，本发明具有以下有益效果：

本发明克服了弱电解质工作液，易电解产生大量气泡，阻碍正常放电的缺点，增加每个脉冲打开通道的数量，具有明显的效果，从而实现多通道放电加工。

附图说明

图1为本发明抗电解多通道放电加工技术应用实例示意图；

图2为常规高频脉冲电源放电示意图；

图3为本发明抗电解高频脉冲电源放电示意图；

图4为验证常规高频脉冲电源和抗电解高频脉冲电源对比效果的布局示意图。

图5为验证常规高频脉冲电源和抗电解高频脉冲电源对比效果示意图。

图中标号说明：1.开关，11.验证开关，2.抗电解高频脉冲电源，21.常规高频脉冲电源，3.多通道群电极，31.上拉电阻，32.多通道子电极，321.绝缘层，51.工作液循环箱，52.弱电解质工作液，53.电解气泡，54，液槽，6.待加工工件，7.临界放电间隙，71.多通道放电，81.工具电极，82，工件电极。

具体实施方式：

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的理解。

如图1至图3，设计出一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置，包括放电电路和工作液循环设备，放电电路设有抗电解高频脉冲电源2，抗电解高频脉冲电源2串联有开关1，开关1串联有多通道群电极3，多通道群电极3由并联的数个上拉电阻31分别串联有多通道子电极32构成，多通道子电极32外壁设有绝缘层321，抗电解高频脉冲电源2的正极用以和待加工工件6形成电路连接，待加工工件6与多通道子电极32之间形成临界放电间隙7，工作液循环设备有工作液循环箱51，工作液循环箱51控制有弱电解质工作液52，弱电解质工作液52循环依次流经多通道群电极3与待加工工件6。

本发明通过采用弱电解质工作液52提高电火花加工时工作液的导电性，从而降低临界击穿电压，提高临界放电间隙7，使多通道电极更容易放电，增加单个脉冲打开的放电通道数量，从而大幅的提高加工效率。但是，工作液导电性增加后电解作用增强，会产生大量绝缘性好的电解气泡53阻碍正常放电，使临界放电间隙7再次降低，因此使用抗电解高频脉冲电源2，控制电解气泡53产生，使加工过程可以无干扰的在弱电解质工作液52中完成。多通道群电极3与抗电解高频脉冲电源2的负极形成电路连接，抗电解高频脉冲电源2的正极和待加工工件6形成电路连接；弱电解质工作液52通过工作液循环箱51流经多通道群电极3与待加工工件6，并经过工作液循环箱51回流往复；加工过程中在多通道群电极3和待加工工件6在弱电解质中放电，形成多个放电通道，从而实现对材料的高效电火花铣削加工。

在脉冲电镀过程中，当电流导通时，脉冲(峰值)电流相当于普通直流电流的几倍甚至几十倍，正是这个瞬时高电流密度使金属离子在极高的过电位下还原，从而使沉积层晶粒变细；当电流关断时，阴极区附近放电离子又恢复到初始浓度，浓差极化消除，这利于下一个脉冲同期继续使用高的脉冲(峰值)电流密度，同时关断期内还伴有对沉积层有利的重结晶、吸脱附等现象。这样的过程同期性地贯穿整个电镀过程的始末，其中所包含的机理构成了脉冲电镀的最基本原理。实践证明，高频脉冲电源在细化结晶，改善镀层物理化学性能，节约贵重金属等方面比传统直流电镀有着不可比拟的优越性。

弱电解质工作液52作为加工介质，常规放电时工具电极81和工件电极82之间发生电解作用，产生电解气泡53，阻碍正常放电，放电间隙降低为常规放电间隙δ1；抗电解放电时，极间不产生电解气泡53，放电间隙提高为临界放电间隙δ2。对比实验如图4和图5所示，在开关1和抗电解高频脉冲电源2的一侧并联设有验证开关11和常规高频脉冲电源21，当开关1打开，验证开关11闭合时，常规高频脉冲电源21输出电流，此时加工过程发生强烈的电解作用，产生大量电解气泡53阻碍正常放电，造成临界放电间隙δ1降低；当验证开关11打开，开关1闭合时，抗电解高频脉冲电源2输出电流，此时加工过程的点解作用被抑制，放电在弱电解质工作液52中进行，临界放电间隙δ2增大，所有多通道子电极32均在可放电范围内。

其中，本发明的具体实施方式组合要包括三个方面，一是制备多通道群电极3，二是调配弱电解质工作液52浓度，三是调整抗电解高频脉冲电源2参数，从而实现抗电解高频脉冲电源2的多通道放电加工，提高加工效率。具体实施方式方式如下：

实施例一具体如下：

1.多通道群电极3制备安装过程：

准备20个多通道子电极32，多通道子电极32选用直径为0.3mm的紫铜管电极，将紫铜管电极用酒精清洗干净；准备电阻为0.1Ω的上拉电阻31；准备直径为1.5mm的绝缘热缩管作为绝缘层321；准备环氧绝缘胶；准备直径10mm的PVC管；

使用锡焊将上拉电阻31焊接于紫铜管电极端部的外壁面，用砂纸打磨焊点；

焊接后的紫铜管电极套上热缩管，热缩管只包裹紫铜管电极，不包裹上拉电阻31，加热热缩管，使之收缩，完成单个多通道子电极32的制作。

将所述多通道子电极32插入所准备的开过孔的PVC管，并在PVC管内灌入环氧绝缘胶；

恒温干燥24小时；

用锡焊连接上拉电阻31的公共端；

将所制备的多通道群电极3安装在电火花机床上。

2.配制弱电解质工作液52：

配制弱电解质工作液52，具体为原液体积: 去离子水体积 =1:10；

将所配置弱电解质工作液52摇匀，倒入工作液循环箱51。

使用时打开增压阀，给工作液循环箱51增压，使弱电解质工作液52依工作液循环设备开始循环。

3.调整抗电解高频脉冲电源2参数：

连接示波器电压探头，电流探头，观察并记录放电电压、放电电流、电解电流

打开抗电解高频脉冲电源2，设定电压100V，电流30A；

将电火花机床按需求进给；

调整抗电解高频脉冲电源2的抗电解电压，使电解电流为0；

记录电流电压波形，得到多通道放电数据。

实施例二具体如下：

1.多通道群电极3制备安装过程：

准备60个多通道子电极32，多通道子电极32选用直径为1mm的紫铜管电极，将紫铜管电极用酒精清洗干净；准备电阻为4Ω的上拉电阻31；准备直径为1mm的绝缘热缩管作为绝缘层321；准备环氧绝缘胶；准备直径10mm的PVC管；

使用锡焊将上拉电阻31焊接于紫铜管电极端部的外壁面，用砂纸打磨焊点；

焊接后的紫铜管电极套上热缩管，热缩管只包裹紫铜管电极，不包裹上拉电阻31，加热热缩管，使之收缩，完成单个多通道子电极32的制作。

将所述多通道子电极32插入所准备的开过孔的PVC管，并在PVC管内灌入环氧绝缘胶；

恒温干燥24小时；

用锡焊连接上拉电阻31的公共端；

将所制备的多通道群电极3安装在电火花机床上。

2.配制弱电解质工作液52：

配制弱电解质工作液52，具体为原液体积: 去离子水体积 =1:18；

将所配置弱电解质工作液52摇匀，倒入工作液循环箱51。

使用时打开增压阀，给工作液循环箱51增压，使弱电解质工作液52依工作液循环设备开始循环。

3.调整抗电解高频脉冲电源2参数：

连接示波器电压探头，电流探头，观察并记录放电电压、放电电流、电解电流

打开抗电解高频脉冲电源2，设定电压100V，电流30A；

将电火花机床按需求进给；

调整抗电解高频脉冲电源2的抗电解电压，使电解电流为0；

记录电流电压波形，得到多通道放电数据。

实施例三具体如下：

1.多通道群电极3制备安装过程：

准备100个多通道子电极32，多通道子电极32选用直径为2mm的紫铜管电极，将紫铜管电极用酒精清洗干净；准备电阻为50Ω的上拉电阻31；准备直径为4mm的绝缘热缩管作为绝缘层321；准备环氧绝缘胶；准备直径10mm的PVC管；

使用锡焊将上拉电阻31焊接于紫铜管电极端部的外壁面，用砂纸打磨焊点；

焊接后的紫铜管电极套上热缩管，热缩管只包裹紫铜管电极，不包裹上拉电阻31，加热热缩管，使之收缩，完成单个多通道子电极32的制作。

将所述多通道子电极32插入所准备的开过孔的PVC管，并在PVC管内灌入环氧绝缘胶；

恒温干燥24小时；

用锡焊连接上拉电阻31的公共端；

将所制备的多通道群电极3安装在电火花机床上。

2.配制弱电解质工作液52：

配制弱电解质工作液52，具体为原液体积: 去离子水体积 =1:20；

将所配置弱电解质工作液52摇匀，倒入工作液循环箱51。

使用时打开增压阀，给工作液循环箱51增压，使弱电解质工作液52依工作液循环设备开始循环。

3.调整抗电解高频脉冲电源2参数：

连接示波器电压探头，电流探头，观察并记录放电电压、放电电流、电解电流

打开抗电解高频脉冲电源2，设定电压100V，电流30A；

将电火花机床按需求进给；

调整抗电解高频脉冲电源2的抗电解电压，使电解电流为0；

记录电流电压波形，得到多通道放电数据。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置，包括放电电路和工作液循环设备，其特征在于：放电电路设有抗电解高频脉冲电源（2），抗电解高频脉冲电源（2）负极串联有开关（1），开关（1）串联有多通道群电极（3），多通道群电极（3）由并联的数个上拉电阻（31）分别串联有多通道子电极（32）构成，多通道子电极（32）外壁设有绝缘层（321），抗电解高频脉冲电源（2）的正极用以和待加工工件（6）形成电路连接，待加工工件（6）与多通道子电极（32）之间形成临界放电间隙（7），工作液循环设备有工作液循环箱（51），工作液循环箱（51）控制有弱电解质工作液（52），弱电解质工作液（52）循环依次流经多通道群电极（3）与待加工工件（6）。

2.根据权利要求1所述的一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置，其特征在于，所述弱电解质工作液（52）由去离子水和电解液原液配置，配置体积比为1：10～20。

3.根据权利要求1所述的一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置，其特征在于，所述多通道子电极（32）的数量为20～100。

4.根据权利要求1所述的一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置，其特征在于，所述多通道子电极（32）为直径0.3～2mm的紫铜管电极。

5.根据权利要求1所述的一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置，其特征在于，所述绝缘层（321）为直径1～4mm的热缩管。

6.根据权利要求1所述的一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置，其特征在于，所述工作液循环设备包括用于放置待加工工件（6）的液槽（53）。

7.根据权利要求1所述的一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置，其特征在于，所述上拉电阻（31）采用0.1～50Ω的上拉电阻。

8.一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置制造方法，其特征在于：包括权利要求1至权利要求7中任一项所述的一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置的制造方法，具体为：多通道群电极（3）制作是将多通道子电极（32）与上拉电阻（31）完成焊接，焊接后在在多通道子电极（32）外部用热缩管制成绝缘层（321），将多个多通道子电极（32）用环氧绝缘胶完成整体性固定，连接各个上拉电阻（31）制成；将制造后的多通道群电极（3）安装在电火花机床上；按需配置弱电解质工作液（52），摇匀后置入工作液循环箱（51）。

9.根据权利要求8所述的一种基于抗电解电源的多通道放电加工装置制造方法，其特征在于，所述多个多通道子电极（32）使用PVC管侧面开孔穿入，PVC管内灌入环氧绝缘胶，恒温干燥。

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