TWI503194B - 電解加工裝置及其加工方法 - Google Patents

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Description

電解加工裝置及其加工方法
本發明涉及一種電解加工裝置及其方法，特別是涉及一種管電極電解加工裝置及其方法。
管電極電解加工(Shaped tube electrochemical drilling，簡稱STED)進行時，電解液從工具陰極即中空金屬管(圓管或異型管)中高速流出，充滿加工間隙。工具陰極進給，工件陽極在電化學反應作用下溶解並逐漸形成與金屬管截面一致之孔形，同時電解液將電解產物帶出加工區。
當電解液為中性鹽溶液時，電解產物為絮狀不溶物，如果絮狀產物無法及時排出，將瞬間導通陰陽兩極，造成火花放電甚至短路，損壞工具陰極及工件陽極。為此，一般藉由振動工具陰極使其在加工間隙內形成壓力波動，從而加快電解液更新速率進而有效排出絮狀電解產物。然，採用電極振動方式加工時，易於工件陽極表面形成流紋，使工件陽極之表面粗糙度增大。
鑒於前述內容，有必要提供可降低工件表面粗糙度之電解加工裝置及其方法。
一種電解加工裝置，用於加工工件陽極，其包括控制器、驅動件、驅動台、電極夾具、工具陰極、脈衝電源模組、電解槽、儲存 有電解液之電解液箱及抽液泵，該驅動件、該驅動台及該脈衝電源模組均與該控制器電性連接，該電極夾具裝設於該驅動件之驅動端上，該電解槽固設於該驅動台上，該工具陰極裝設於該電極夾具上並與該脈衝電源模組電性連接，該抽液泵與該電解液箱及該電極夾具相連通。該控制器控制該驅動件驅動該工具陰極於該工件陽極之加工間隙中上下往復運動，該電解加工裝置還包括電液伺服閥，該電液伺服閥連通該抽液泵及該電極夾具，並與該控制器電性連接，該控制器控制該電液伺服閥以與該工具陰極上下往復運動相匹配之頻率及流量對該工具陰極注入所需電解液，以使該工具陰極上下往復運動時該工件陽極加工區內之液壓維持穩定。
一種電解加工裝置之加工方法，其包括以下步驟：控制器設置初始加工間隙、加工電壓及電解液注入之頻率與流量；將工件陽極安裝在電解槽中，該控制器控制驅動台移動該電解槽以對該工件陽極進行初定位；將該工件陽極與脈衝電源電性連接，該控制器控制驅動件朝向該工件陽極運動，電流感測器感測電流變化並回饋給該控制器，以使該工件陽極與工具陰極精確對位元，並使工具陰極位於預定加工間隙中；啟動抽液泵，將電解液以恒定壓力藉由管道輸送電液伺服閥；該控制器控制該驅動件帶動該工具陰極於該加工間隙中上下往復運動，該控制器控制該電液伺服閥以其設定之頻率與流量對工具陰極注入所需之電解液，以使該工具陰極朝向及遠離該工件陽極運動時自該工件陽極向外排出之電解液排出量相等。
本發明之電解加工裝置藉由在電極夾具前裝設一電液伺服閥，利 用控制器控制電液伺服閥調節注入工具陰極中之電解液，使得工具陰極對工件陽極進行加工時，電解液壓力穩定，從而避免產生流紋，降低工件陽極之表面粗糙度，提高加工品質。
100‧‧‧電解加工裝置
200‧‧‧導線
300‧‧‧工件陽極
400‧‧‧管道
10‧‧‧控制器
21‧‧‧驅動器
23‧‧‧驅動件
25‧‧‧驅動台
30‧‧‧電極夾具
40‧‧‧工具陰極
50‧‧‧脈衝電源模組
52‧‧‧脈衝電源
54‧‧‧電流感測器
60‧‧‧電解槽
61‧‧‧開口
70‧‧‧電解液箱
80‧‧‧抽液泵
90‧‧‧電液伺服模組
92‧‧‧蓄液器
94‧‧‧電液伺服閥
96‧‧‧伺服控制器
圖1係本發明電解加工裝置之原理示意圖。
圖2係本發明電解加工裝置之加工流程圖。
請參閱圖1，本發明之電解加工裝置100包括控制器10、驅動器21、驅動件23、驅動台25、電極夾具30、工具陰極40、脈衝電源模組50、電解槽60、電解液箱70、抽液泵80、電液伺服模組90、複數導線200及複數管道400。該電解加工裝置100用於電解加工定位於電解槽60中之工件陽極300。
驅動器21藉由導線200與控制器10電性連接，以接收控制器10發出之指令。驅動件23及驅動台25均藉由導線200與驅動器21電性連接，以使驅動器21可控制驅動件23及驅動台25之運動。本實施方式中，控制器10為電腦，驅動件23間隔設置於驅動台25上方。可理解，驅動件23還可為固定裝設於驅動台25上之升降裝置。驅動器21亦可集成在控制器10中，直接利用控制器10控制驅動件23及驅動台25之運動。
電極夾具30固定裝設於驅動件23之驅動端上。當驅動器21接收控制器10發出之指令後，驅動器21控制驅動件23驅動電極夾具30沿Z軸方向運動。電極夾具30大致為矩形狀，其一端開設有注液口(圖未示)，且其內部開設有與注液口相通之通道(圖未示)。本實施方式中，驅動件23在控制器10之控制下，可驅動電極夾具 30上下往復運動，從而實現電極振動加工。可理解，還可在電極夾具30或工件陽極300上安裝微振動裝置(如超聲波發生器)，同樣可實現電極振動加工。
脈衝電源模組50包括脈衝電源52及電流感測器54。脈衝電源52藉由導線200與控制器10電性連接。控制器10輸出之電壓經脈衝電源52後轉變為脈衝電壓。電流感測器54藉由導線200與控制器10電性連接。
工具陰極40固定裝設於電極夾具30上，其為中空管狀，其中空部與電極夾具30之通道相連通。工具陰極40還藉由導線200與脈衝電源52電性連接，以獲取加工脈衝電壓。電流感測器54還與連接脈衝電源52與工具陰極40之導線200相連接，用於感測脈衝電流資訊並將其回饋給控制器10。
電解槽60固定裝設於驅動台25上，當驅動台25接收控制器10發出之指令後，驅動台25可帶動電解槽60沿X、Y二方向運動。電解槽60為一具有開口61之矩形槽，其開口61朝向驅動件23。電解槽60用於收集電解液。電解液箱70用於儲存電解液，且其藉由管道400與電解槽60相連通。本實施方式中，電解液為中性電解液。抽液泵80藉由管道400與電解液箱70相連接，用於抽取電解液箱70中之電解液。
電液伺服模組90包括蓄液器92、電液伺服閥94及伺服控制器96。蓄液器92藉由管道400與抽液泵80之出口相連通，用於儲蓄由抽液泵80抽出之電解液。電液伺服閥94藉由管道400與蓄液器92相連通，且其出口藉由管道400與電極夾具30相連通，用於將電解液傳送至電極夾具30中。伺服控制器96之一端與控制器10電性連 接，其另一端與電液伺服閥94電性連接。伺服控制器96接收控制器10發出之指令進而控制電液伺服閥94出口流量從而調節流入電極夾具30中之電解液量。可理解，伺服控制器96可省略，可將其集成在控制器10上，並利用控制器10直接控制電液伺服閥94之出口壓力。蓄液器92可省略，電液伺服閥94直接藉由管道400與抽液泵80之出口相連通，利用管道400儲存抽液泵80抽出之電解液。
請一併參閱圖2，該電解加工裝置100之加工步驟包括：S1：控制器10設置初始加工間隙、加工電壓及電解液注入之頻率與流量；S2：將工件陽極300安裝在電解槽60中，該控制器10控制驅動台25移動該電解槽60以對該工件陽極300進行初定位；S3：將該工件陽極300與脈衝電源52電性連接，該控制器10控制驅動件23驅動工具陰極40朝向該工件陽極300運動，電流感測器54感測電流變化並回饋給該控制器10，以使該工件陽極300與工具陰極40精確對位元，並使工具陰極40位於預定加工間隙中；S4：啟動抽液泵80，將電解液以恒定壓力藉由管道400輸送電液伺服閥94。本實施方式中，啟動抽液泵80後，先將電解液以恒定壓力藉由管道400輸送至蓄液器92中，再利用連通蓄液器92及電液伺服閥94之管道400將電解液輸送至電液伺服閥94；S5：該控制器10控制該驅動件23帶動該工具陰極40於該加工間隙中上下往復運動，該控制器10控制該電液伺服閥94以其設定之頻率與流量對工具陰極40注入所需之電解液，以使該工具陰極40朝 向及遠離該工件陽極300運動時該工件陽極300加工區內之液壓維持穩定。同時，電解液箱70抽取電解槽60中多餘廢液以迴圈利用。
本實施方式中，該工具陰極40上下往復運動時之上升及下降速度相等。且該工具陰極40於該加工間隙中上下往復運動時，當該工具陰極40朝向該工件陽極300運動時，該控制器10控制該電液伺服閥94停止對該工具陰極40注入電解液，且工件陽極300中之電解液向外流出；當該工具陰極40遠離該工件陽極300運動時，該控制器10控制該電液伺服閥94向該工具陰極40注入電解液並噴入該工件陽極300待加工部位，且注入量為該工具陰極40朝向該工件陽極300運動時電解液排出量之兩倍，從而使該工具陰極40朝向及遠離該工件陽極300運動時自該工件陽極300向外排出之電解液排出量相等，即使該工件陽極300加工區內之液壓維持穩定。
可理解，工具陰極40於該加工間隙中上下往復運動時，當工具陰極40朝向工件陽極300運動時，亦可向工具陰極40注入電解液，只要使該工具陰極40朝向及遠離該工件陽極300運動時，從工件陽極300向外排出之電解液之排出量相等即可。如，當工具陰極40朝向工件陽極300運動，其向工件陽極300噴入之電解液流量等於不噴時自工件陽極300向外排出之電解液之流量時，則工具陰極40遠離工件陽極300運動時，其向工件陽極300噴入之電解液流量為上述流量之三倍，上述情況同樣使得該工具陰極40朝向及遠離該工件陽極300運動時自該工件陽極300向外排出之電解液排出量相等，即使得該工件陽極300加工區內之液壓維持穩定。
工具陰極40朝向工件陽極300運動時，工具陰極40之下壓力對加 工區內之電解液產生正壓力，且流入之電解液使位於加工間隙中之電解液排出工件陽極300外，帶出絮狀電解產物；工具陰極40遠離工件陽極300運動時，工具陰極40之提升對加工區內之電解液產生負壓力，控制器10控制電液伺服閥94向工具陰極40注入電解液並噴入工件陽極300，且流量為工具陰極40下壓時電解液流量之兩倍，以克服工具陰極40上升帶來之負壓，由此對加工區之電解液產生正壓力，且該正壓力與工具陰極40下壓時對電解液產生之正壓力大致相等，由此使加工區內之液壓維持穩定，從而使電解液排出加工區之流速均勻，避免流紋之產生。
本發明之電解加工裝置100藉由在電極夾具30之注液口前裝設一電液伺服閥94，利用控制器10控制電液伺服閥94依與工具陰極40上下往復運動相匹配之頻率及流量對工具陰極40注入電解液，使得工具陰極40對工件陽極300加工時之電解液壓力穩定，從而避免產生流紋，降低工件陽極300之表面粗糙度，提高加工品質。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出申請專利。惟，以上該者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之如申請專利範圍內。

Claims (10)

  1. 一種電解加工裝置，用於加工工件陽極，其包括控制器、驅動件、驅動台、電極夾具、工具陰極、脈衝電源模組、電解槽、儲存有電解液之電解液箱及抽液泵，該驅動件、該驅動台及該脈衝電源模組均與該控制器電性連接，該電極夾具裝設於該驅動件之驅動端上，該電解槽固設於該驅動台上，該工具陰極裝設於該電極夾具上並與該脈衝電源模組電性連接，該抽液泵與該電解液箱及該電極夾具相連通，其改良在於：該控制器控制該驅動件驅動該工具陰極於該工件陽極之加工間隙中上下往復運動，該電解加工裝置還包括電液伺服閥，該電液伺服閥連通該抽液泵及該電極夾具，並與該控制器電性連接，該控制器控制該電液伺服閥以與該工具陰極上下往復運動相匹配之頻率及流量對該工具陰極注入所需電解液，以使該工具陰極上下往復運動時該工件陽極加工區內之液壓維持穩定。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電解加工裝置，其中該電解加工裝置還包括驅動器，該驅動器與該控制器、該驅動件及該驅動台均電性連接，該驅動器接收該控制器發出之指令並控制該驅動件及該驅動台運動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電解加工裝置，其中該電解加工裝置還包括蓄液器及伺服控制器，該蓄液器連通該抽液泵與該電液伺服閥，用於儲蓄該抽液泵從該電解液箱中抽出之電解液，該伺服控制器該控制器及該電液伺服閥電性連接，用於接收該控制器發出之指令進而控制該電液伺服閥調節流入該電極夾具中之電解液量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電解加工裝置，其中該脈衝電源模組包括脈衝電源，該脈衝電源與該控制器及該工具陰極電性連接，用於將該控制 器之電壓轉化為脈衝電壓。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電解加工裝置，其中該脈衝電源模組還包括電流感測器，該電流感測器與該控制器電性連接，並電性連接於連接該脈衝電源與該工具陰極之導線上，用於感測脈衝電流資訊並回饋至該控制器。
  6. 一種電解加工裝置之加工方法，其包括以下步驟：控制器設置初始加工間隙、加工電壓及電解液注入之頻率與流量；將工件陽極安裝在電解槽中，該控制器控制驅動台移動該電解槽以對該工件陽極進行初定位；將該工件陽極與脈衝電源電性連接，該控制器控制驅動件驅動該工具陰極朝向該工件陽極運動，電流感測器感測電流變化並回饋給該控制器，以使該工件陽極與工具陰極精確對位元，並使工具陰極位於預定加工間隙中；啟動抽液泵，將電解液以恒定壓力藉由管道輸送電液伺服閥；該控制器控制該驅動件帶動該工具陰極於該加工間隙中上下往復運動，同時，該控制器控制該電液伺服閥以其設定之頻率與流量對工具陰極注入所需之電解液，以使該工具陰極朝向及遠離該工件陽極運動時該工件陽極加工區內之液壓維持穩定。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電解加工裝置之加工方法，其中在該工具陰極於該加工間隙中上下往復運動時，當該工具陰極朝向該工件陽極運動時，該控制器控制該電液伺服閥停止對該工具陰極注入電解液，且該電解液自該工件陽極中向外排出，當該工具陰極遠離該工件陽極時，該控制器控制該電液伺服閥向該工具陰極注入電解液並噴入該工件陽極待加工部位，且該電解液注入量為該工具陰極朝向該工件陽極運動時電解液排出量之兩倍，以使該工具陰極朝向及遠離該工件陽極運動時該工件陽 極加工區內之液壓維持穩定。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之電解加工裝置之加工方法，其中在該工具陰極於該加工間隙中上下往復運動時，當該工具陰極朝向該工件陽極運動，其向該工件陽極噴入之電解液流量等於不噴時自工件陽極向外排出之電解液之流量時，則該工具陰極遠離該工件陽極運動時向工件陽極噴入之電解液流量上述流量之三倍，以使該工具陰極朝向及遠離該工件陽極運動時該工件陽極加工區內之液壓維持穩定。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之電解加工裝置之加工方法，其中在啟動壓力泵時，壓力泵將抽取之電解液以恒定壓力藉由該管道輸送至蓄液器中，再經由該管道將電解液輸送電液伺服閥。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之電解加工裝置之加工方法，其中在該工具陰極於該加工間隙中上下往復運動時，伺服控制器接收該控制器發出之指令進而控制該電液伺服閥以該控制器設定之頻率與流量對工具陰極注入所需之電解液，以使該工具陰極朝向及遠離該工件陽極運動時該工件陽極加工區內之液壓維持穩定。
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