CN116100098A - 内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工系统及方法，加工系统包括中空金刚石工具电极、旋转系统、控制系统、供液循环系统、工作液箱及电源，工作时浸没在工作液箱里的金刚石电极和辅助电极与电源相连，使得工具电极产生火花放电对工件材料进行蚀除与软化；随即旋转的金刚石电极与工件材料便会发生磨削修整去除，露出新的待加工基体材料；同时利用中空通道不断更新补充极间电解液，保障极间产生稳定的火花放电蚀除与软化材料过程，再利用金刚石工具电极进行磨削修整加工，遵循“放电蚀除‑软化‑磨削修整”循环叠加的一个复合加工过程。该方法克服了传统加工方法极间电解液无法及时更新的问题，有利于加工效率和加工质量的提高。
Description
技术领域
本发明涉及特种加工领域，具体涉及一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工系统及方法。
背景技术
在科技迅速发展的今天，特种加工以其独特的加工机理和良好的加工性能在难加工材料、复杂型面、低刚度零件制造中都有广泛地应用。针对不同工件与材料的加工方法主要有微磨削加工、辅助电极电火花加工、超声加工、化学加工、激光加工和电解电火花加工等。
目前，由于特种加工的特殊性，人们不断追求高效、低耗、清洁等制造原则，其中电解电火花加工技术作为特种加工的重要方法，其利用工具电极对周围电解液放电产生的局部高温及化学反应蚀除工件材料，加工效率相对较高、精度控制较好、柔性好、成本低，是绝缘硬脆材料加工的一种兼顾加工质量和效率的较经济的放电加工技术。然而，受制于电解电火花加工本身的放电加工技术特点，随着被加工对象面积及孔深度的增加，电解液难以深入加工区域，无法形成有效的放电，导致材料去除率及加工深径比降低；受到浮力作用，气泡倾向于逃逸出加工区域，造成加工区最需要气泡的电极端部很难“留住”气泡，放电多在电极侧面进行，造成“既打不深，加工面积上不去，又产生较大的锥度和喇叭口”等现象。
中国专利CN103231133B公开了一种非导电材料的电解电火花复合加工方法及装置，该方法采用硝酸铝作为电解液，在对工件进行加工前，先通过电化学反应和电解电火花的共同作用在工具电极表面形成一层氧化铝绝缘膜，将工具电极进行绝缘处理机床主轴带动经绝缘处理后的工具电极运动到工件需要加工的位置；在工具电极底面与工件表面之间发生的放电和磨削的共同作用下，完成对工件的加工。该方法中的工具电极在加工时只有电极底面导电，而电极侧壁绝缘，保证了加工能量集中而不分散，提高深孔加工时的加工精度和加工效率。然而，随着加工孔的深度增加，蚀除产物的排屑逐渐困难，会阻碍放电加工状态，进而影响加工质量。
发明内容
本发明公开了一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工系统及方法，其可有效解决背景技术中涉及的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工系统，其特征在于，该加工系统包括中空金刚石工具电极、旋转系统、控制系统、供液循环系统、工作液箱及电源，工作时浸没在工作液箱里的中空金刚石工具电极和辅助电极与电源相连，使得中空金刚石工具电极产生火花放电对工件材料进行蚀除与软化；所述旋转系统由机床主轴、电极夹持装置组成，所述供液循环系统由通液管道、阀门、微量泵、过滤器、电解液组成；所述工作液箱分为电解液箱与辅助电解液箱；所述中空金刚石工具电极的一端固定于电极夹持装置上，一端与工件接触；所述电极夹持装置将所述中空金刚石工具电极固定在机床主轴上做旋转运动；所述中空金刚石工具电极由供液循环系统供给所述电解液；所述控制系统用于控制所述中空金刚石工具电极在加工过程中的运动与旋转。
进一步的，所述中空金刚石工具电极目数范围选用50-800目，所述中空金刚石工具电极外径范围为0.5-50mm，内径范围为0.1-30mm。
进一步的，所述中空金刚石工具电极选用中空烧结金刚石电极或中空电镀金刚石电极。
进一步的，所述中空金刚石工具电极的转动速度为1-2000r/min。
进一步的，所述电解液选用浓度5.0-50.0wt％的NaOH、KOH、NaCl溶液；所述的供液循环系统向所述中空金刚石工具电极供液流量为0.001-10.0L/min。
进一步的，在加工时所述中空金刚石工具电极与所述工件的接触力为0.01-50N。
一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工方法，采用导电中空且含有金刚石磨料的材料作为中空金刚石工具电极，工作时旋转的中空金刚石工具电极与工件材料会发生磨削修整去除，露出新的待加工基体材料；同时利用中空通道不断更新补充极间电解液，保障极间产生稳定的火花放电蚀除与软化材料过程，再利用中空金刚石工具电极进行磨削修整加工，遵循“放电蚀除-软化-磨削修整”循环叠加的一个复合加工过程。该方法具体包括以下步骤：
1)待加工工件固定在电解液箱中的工件夹具上，中空金刚石工具电极的一端由电极夹持装置夹紧，固定在机床主轴上；
2)电解液箱中盛有电解液，辅助电极与待加工工件浸没在电解液中；电源正极与辅助电极连接，电源负极与中空金刚石工具电极连接，通过电源给电极间供电；控制系统根据压力信号控制机床主轴带动工具电极作旋转运动并向工件移动；
3)供液循环系统将辅助电解液箱中的电解液通过中空金刚石工具电极内部通道送入加工区，调节微量泵至合适流量，使得通入的辅助电解液既能起到补充电解液的作用，也避免加工区域电蚀固体小颗粒的聚集和沉积，加快加工区域的电解液更新循环；
4)加工时中空金刚石工具电极和待加工工件间发生电解电火花放电现象，利用放电时产生的瞬间高温和冲击力蚀除材料；同时通过中空金刚石工具电极上的金刚石颗粒对工件上熔融软化区进行磨削修整，在电解电火花与磨削加工的复合作用下完成对工件的加工。
进一步的，所述步骤1)～4)为孔加工方法，利用运动控制系统控制机床主轴带动中空金刚石工具电极水平移动时，实现铣削加工、钻削加工或切割加工。
本发明的有益效果是：
(1)电解电火花加工时产生的高温使加工位置的工件材料软化，利用金刚石工具电极以较小的切削力在线磨除修整熔融热影响区，减轻热影响区的裂纹，在电解电火花以及金刚石磨粒磨削的共同作用下，实现对工件材料的去除，完成对工件的加工，以此来提高加工精度和加工效率。
(2)由于电解电火花加工时产生的电弧冲击力将加工位置的部分熔融材料排出放电中心，但会有少量熔融材料围绕弧柱边缘附着在工件表面，影响下一次放电效果，利用金刚石工具电极，使这一部分材料被金刚石磨粒刮除，让每次产生的电火花都作用在新的加工表面，获得更平整的加工表面。
(3)烧结金刚石材料具有自我修复的优势，整个烧结金刚石电极部分由内而外皆由金刚石颗粒烧结而成，随着加工过程中工具电极的损耗，在磨头内部的金刚石颗粒会自然地露出，可以保证金刚石磨粒始终参与加工；选用电镀金刚石工具电极加工时，工具电极不会因损耗而改变自身尺寸，进而就不会影响放电间隙。
(4)利用供液循环系统通过中空金刚石工具电极向加工区域不断供给电解液，使加工区域电解液得到更新，可以提高电解电火花加工的稳定性；利用微量泵使电解液产生的压力可以将放电间隙的加工屑冲出加工区域，来改善极间放电条件。
附图说明
图1为本发明提供的一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工系统及方法的结构示意图；
图2为电解电火花放电蚀除示意图；
图3为中空金刚石工具电极磨削修整示意图；
图中：1、控制系统；2、中空金刚石工具电极；3、机床主轴；4、金刚石颗粒；5、气层；6、电解液箱；7、通液管道；8、阀门；9、微量泵；10、辅助电解液箱；11、过滤器；12、电解液；13、工件；14、工件夹具；15、辅助电极；16、电源；17、中空金刚石工具电极基体；18、加工屑；19、熔融凝固层。
具体实施方式
下面通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示，一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工系统，该系统包括控制系统1、中空金刚石工具电极2、机床主轴3、电解液箱6、电解液12、工件13、工件夹具14、辅助电极15、电源16、电极夹持装置；所述电源16正极与所述辅助电极15连接，所述电源16负极与所述中空金刚石工具电极2连接；所述中空金刚石工具电极2的一端固定于电极夹持装置上，一端与工件13接触；所述电极夹持装置将所述中空金刚石工具电极2固定在机床主轴3上做旋转运动；所述中空金刚石工具电极2由供液循环系统供给所述电解液12；所述控制系统1用于控制所述中空金刚石工具电极2在加工过程中的运动与旋转。
一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工方法，具体包括如下步骤：
1)待加工工件13固定在电解液箱6中的工件夹具14上，中空金刚石工具电极2的一端由电极夹持装置夹紧，固定在机床主轴3上；所述机床主轴3的转动速度为1-2000rpm；所述中空金刚石工具电极2目数范围选用50-800目，所述中空金刚石工具电极2外径0.5-50mm，内径0.1-30mm；
所述中空金刚石工具电极2选用中空烧结金刚石电极或中空电镀金刚石电极；
2)电解液箱6中盛有电解液12，辅助电极15与待加工工件13浸没在电解液12中。电源16正极与辅助电极15连接，电源16负极与中空金刚石工具电极2连接，通过电源16给电极间供电，控制系统1根据压力信号控制机床主轴3带动中空金刚石工具电极2作旋转运动并向工件13移动；
所述中空金刚石工具电极2与工件13的接触力为0.01-50N；
所述电解液12选用浓度5.0-50.0wt％的NaOH、KOH、NaCl溶液；
所述的供液循环系统向所述中空金刚石工具电极2供液流量为0.001-10.0L/min。
3)供液循环系统使辅助电解液箱10中的电解液12从中空金刚石工具电极2内部通液管道7送入加工区，调节微量泵9流量，使得通入的辅助电解液既能起到补充电解液12的作用，又不会因过大的流量而导致难以形成稳定气膜，通过中空金刚石工具电极2流向加工区域的电解液12，避免了电蚀固体小颗粒的聚集和沉积，同时弥补因气泡或加工微孔过深而产生的工件加工区域表面缺液现象，加快加工区域的电解液12更新循环。
4)加工时中空金刚石工具电极2和待加工工件13间发生电解电火花放电现象，利用放电时产生的瞬间高温和冲击力蚀除材料；同时通过中空金刚石工具电极2上的金刚石颗粒4对工件13上熔融软化区进行磨削修整，在遵循“放电蚀除-软化-磨削修整”循环叠加的一个复合加工过程下完成对工件13的加工。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工系统，其特征在于，该加工系统包括中空金刚石工具电极(2)、旋转系统、控制系统、供液循环系统、工作液箱及电源(16)，工作时浸没在工作液箱里的中空金刚石工具电极(2)和辅助电极(15)与电源(16)相连；所述旋转系统由机床主轴(3)、电极夹持装置组成；所述供液循环系统由通液管道(7)、阀门(8)、微量泵(9)、过滤器(11)、电解液(12)组成；所述工作液箱分为电解液箱(6)与辅助电解液箱(10)；所述中空金刚石工具电极(2)的一端固定于电极夹持装置上，一端与工件(13)接触；所述电极夹持装置将所述中空金刚石工具电极(2)固定在机床主轴(3)上做旋转运动；所述中空金刚石工具电极(2)由供液循环系统供给所述电解液(12)；所述控制系统(1)用于控制所述中空金刚石工具电极(2)在加工过程中的运动与旋转。
2.根据权利要求1所述的一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工系统，其特征在于，所述中空金刚石工具电极(2)目数范围选用50-800目，所述中空金刚石工具电极外径范围为0.5-50mm，内径范围为0.1-30mm。
3.根据权利要求2所述的一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工系统，其特征在于，所述中空金刚石工具电极(2)选中空烧结金刚石电极或中空电镀金刚石电极。
4.根据权利要求1所述的一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工系统，其特征在于，所述中空金刚石工具电极(2)的转动速度为1-2000r/min。
5.根据权利要求1所述的一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工系统，其特征在于，所述电解液(12)选用浓度5.0-50.0wt％的NaOH、KOH、NaCl溶液；所述供液系统向所述中空金刚石工具电极(2)供液流量为0.001-10.0L/min。
6.根据权利要求1所述的一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工系统，其特征在于，在加工时所述中空金刚石工具电极(2)与工件(13)的接触力为0.01-50N。
7.一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工方法，其特征在于，在权利要求1-6任一项所述的一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工系统的基础上，采用导电中空且含有金刚石磨料的材料作为中空金刚石工具电极(2)，工作时旋转的中空金刚石工具电极(2)与工件(13)材料会发生磨削修整去除，露出新的待加工基体材料；同时利用中空通道不断更新补充极间电解液(12)，保障极间产生稳定的火花放电蚀除与软化材料过程，再利用金刚石工具电极(2)进行磨削修整加工，遵循“放电蚀除-软化-磨削修整”循环叠加的一个复合加工过程。
8.根据权利要求书7所述的一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)待加工工件(13)固定在电解液箱(6)中的工件夹具(14)上，中空金刚石工具电极(2)的一端由电极夹持装置夹紧，固定在机床主轴(3)上；
2)电解液箱(6)中盛有电解液(12)，辅助电极(15)与待加工工件(13)浸没在电解液(12)中；电源(16)正极与辅助电极(15)连接，电源(16)负极与中空金刚石工具电极(2)连接，通过电源(16)给电极间供电；运动控制系统(1)根据压力信号控制机床主轴(3)带动中空金刚石工具电极(2)作旋转运动并向工件(13)移动；
3)供液循环系统将辅助电解液箱(10)中的电解液(12)通过中空金刚石工具电极(2)内部通液通道(7)送入加工区，调节微量泵(9)流量，使得通入的辅助电解液既能起到补充电解液(12)的作用，也避免加工区域电蚀固体小颗粒的聚集和沉积，加快加工区域的电解液(12)更新循环；
4)加工时，中空金刚石工具电极(2)和待加工工件(13)间发生电解电火花放电现象，利用放电时产生的瞬间高温和冲击力蚀除材料；同时通过中空金刚石工具电极(2)上的金刚石颗粒(4)对工件(13)上熔融软化区进行磨削修整，在电解电火花与磨削加工的复合作用下成对工件(13)的加工。
9.根据权利要求8所述的一种内充液式金刚石电极电解电火花磨削复合加工方法，其特征在于，所述步骤1)～4)为孔加工方法，利用控制系统(1)控制机床主轴(3)带动中空金刚石工具电极(2)水平移动时，实现铣削加工、钻削加工或切割加工。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116100097A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-05-12 | 江苏理工学院 | 一种多孔电极内充液电解电火花加工系统与方法 |
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2023
- 2023-03-22 CN CN202310285211.3A patent/CN116100098A/zh active Pending
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