CN103386521B - 微小孔电火花-电解组合加工多通道对称冲液装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微小孔电火花-电解组合加工多通道对称冲液装置及方法，属于电加工技术领域。其中该装置包括工具电极、夹持导向装置、导流装置、冲液密封装置，电火花加工时工作液由工具电极内部高速流入加工区域，实现电火花穿孔加工；电解加工时，工作液通过导流装置沿工具电极外壁流入加工区域，实现电解扩孔加工。本发明实现工作液两种冲液方式，分别满足电火花、电解加工对流场的要求，使两种加工方法在同一机床、同一工位、同一工具电极下完成，避免频繁更换工装夹具带来的误差，简化了操作，提高了加工效率和质量。此外，其冲液密封装置和导流装置可实现小间隙大流量冲液，保证流场稳定性，提高制孔效果。

Description

微小孔电火花-电解组合加工多通道对称冲液装置及方法

技术领域：

本发明涉及一种用于电火花-电解组合加工的冲液装置及方法，特别是针对微小孔的电火花-电解组合加工冲液装置及方法，具体来说是一种微小孔电火花-电解组合加工多通道对称冲液装置及方法，属于电加工技术领域。

背景技术：

电火花加工是利用两极间脉冲放电对材料进行电蚀去除，以获得所需尺寸形状和表面质量的加工方法。由于电火花加工时工具电极与工件间无直接接触，不会产生宏观机械作用力，因此能用较软的工具电极加工较硬的工件。此外，由于电火花加工两极间无宏观机械作用力，因此适宜于微细加工及低刚度工件的加工。

电解加工是利用电化学阳极溶解原理进行材料蚀除，实现零件成型加工的特种加工工艺。该工艺不受被加工材料机械性能限制，可以加工各种难加工的导电材料，且加工后零件表面质量高，无残余应力、无热影响区。

电火花-电解组合加工利用两种加工方法的各自优点，将二者有机地组合在一起，作用在同一个加工表面上，使其具备加工精度高，表面质量好，生产效率高等优点。电火花-电解组合制孔主要应用于难切削材料上的孔加工，如空心冷却涡轮叶片和导向器叶片上的许多微小孔结构。普通机械钻削方法加工微小孔困难、工具耗损大，同时零件易产生残余应力；电火花、激光加工存在表面再铸层问题，再铸层内部存在的裂痕、孔洞等缺陷和残余应力，在热应力作用下易开裂形成发丝状微裂纹，对工作在高温环境下的航空发动机零件极为不利，大大降低了其可靠性和使用寿命。采用电火花-电解组合制孔技术，加工质量明显提高，加工成本大大降低。

但火花-电解组合制孔过程中，加工间隙很小，通常在几百微米左右，因此如何实现小间隙大流量冲液是电火花-电解组合加工技术的关键问题。此外，研究可同时满足电火花、电解加工过程内、外冲液要求的电火花-电解组合加工冲液装置，以实现电火花加工和电解加工在同一机床、同一工位、同一工具电极下完成，可以提高制孔效率， 简化操作过程，避免二次装夹引起的加工误差。因此微小孔电火花-电解加工多通道对称冲液装置及方法研究具有十分重要的意义，同时也具有很大应用价值。

2013年3月27日，申请号为201210530743.0的中国专利公开了一种高速电弧放电铣削加工用冲液***。该冲液***由工作液供给单元、流量分配执行单元、控制单元和多路喷嘴组成。此发明利用布置在工具电极的圆周方向上的外冲液多路喷嘴向放电间隙的不同位置提供不同液流特性的工作液，使放电电弧得到有效的控制，提高了加工效率和加工精度，但该发明主要针对放电铣削加工，且结构较为复杂不适宜于电火花-电解组合加工。

2005年8月24日，申请号为200510024579.6的中国专利公开了一种可内冲液式电火花加工集束成型电极。该成型电极主要包括电极单元、电极基座，其特点在于将大量管状或棒状电极集合成整体式成型电极，实现了电极大流量内冲液，且降低了成型电极制作成本及难度，但该成型电极不能实现工作液外冲液的电解加工。

2003年12月24日，申请号为03219172.3的中国专利公开了一种带反向冲液装置的高速电火花小孔加工机。其反向冲液装置的喷头对工件的加工出口喷射一定压力的工作液，可以弥补漏液所带来的不良后果，对加工孔出口区起冷却及排屑作用，提高孔出口处的加工精度和加工效率，但该装置只是实现孔口的局部冲液，不能实现对整个孔的外冲液过程，且装置结构不利于用于空间复杂结构的冲液加工。

2007年8月8日，申请号为200710019451.X的中国专利公开了一种电解液轴向流动的微细加工方法及其专用电极喷嘴。该装置主要由喷嘴夹头、电极套管、喷嘴内套、喷嘴外套组成，可有效增加加工的稳定性，提高加工精度和微细程度，该装置主要用于电解加工，初步实现的电解加工的外冲液，但该装置只能实现水平冲液，且只有两个流道，此外，不能实现内冲液过程，不能用于电火花加工，因此不能用于电火花-电解组合加工。

发明内容：

本发明提供一种微小孔电火花-电解加工多通道对称冲液装置及方法，为同时满足电火花-电解组合加工时不同工序对工作液流场的要求，避免组合加工时频繁更换工作液冲液装置，针对工作液的冲液装置进行了研究和改进，设计了双多向对称倾斜冲液装 置，实现小间隙大流量冲液，可明显改善加工效果，此外，利用该装置可实现电火花加工和电解加工在同一机床、同一工位、同一工具电极下完成，从而提高制孔效率，简化操作过程，避免二次装夹引起的加工误差。

本发明采用如下技术方案：一种微小孔电火花-电解组合加工多通道对称冲液装置，其包括工具电极、夹持导向装置、导流装置、冲液密封装置，所述微小孔电火花-电解组合加工多通道对称冲液装置还包括有冲液装置支座，所述冲液装置安装于所述冲液装置支座的卡槽内，所述夹持导向装置与所述导流装置螺纹连接且两者之间形成用于工作液外冲液的空腔，所述冲液密封装置采用聚氨酯材料，粘接在夹持导向装置出口处，所述工具电极依次穿过所述导流装置、夹持导向装置、冲液密封装置形成工作液内、外导流通道，所述工具电极为普通管电极、螺纹管电极、开槽管电极或由其中任意几种电极组成的具有不同形状的组合电极单元。

所述夹持导向装置为一体式或者组合式夹持导向装置，所述组合式夹持导向装置由组合夹持模块和夹持导向装置组成用以组合电极单元的夹持和导向。

所述导流装置包含两个或多个对称导流通道，所述导流通道是水平的或者是倾斜向下的。

所述冲液密封装置包括密封垫、密封圈。

本发明还采用如下技术方案：一种使用如前述的微小孔电火花-电解组合加工多通道对称冲液装置的加工方法，其包括如下步骤：

(1)电火花加工采用工具电极内冲液的供液方式，工作液通过机床主轴压头，流经工具电极内部进入加工区域，然后由孔壁与电极之间空隙流出加工区域；

(2)保持电极丝位置不变，机床主轴沿Z轴向下移动，使冲液密封装置与工件接触，进行电解加工；

(3)电解加工采用外冲液的供液方式，工作液依次通过电解液循环***、导流装置、冲液密封装置沿工具电极外壁进入加工区域。

本发明具有如下有益效果：

(1)该装置实现内、外两种冲液过程，分别满足电火花、电解加工对工作液流场的要求，使电火花和电解加工在同一机床、同一工位、同一工具电极下完成，避免频繁 更换及装夹冲液装置带来的加工误差，简化了操作，提高了加工精度和效率；

(2)该装置可实现小间隙大流量冲液，保证电解液流场稳定性，提高制孔效果；

(3)该装置不仅可用于加工普通的圆孔，也可用于加工不同形状的异型孔；

(4)该装置可用于复杂空间曲面结构的制孔加工；

(5)该装置能有效的保证加工的稳定性，提高加工精度和表面质量。

附图说明：

图1是电火花-电解组合加工***示意图。

图2是双向对称倾斜电火花-电解组合加工冲液装置示意图。

图3是双向对称倾斜电火花-电解组合加工冲液装置局部示意图。

图4是多向对称水平式电火花-电解组合加工冲液装置示意图。

图5是组合式电火花-电解组合加工冲液装置示意图。

图6是电火花-电解组合加工冲液方法示意图。

其中：

1-机床床身，2-工作槽，3-工作台，4-夹具，5-冲液装置支座，6-工件，7-冲液装置，8-机床主轴，9-电极夹持装置，10-电解加工电源，11-第一压力表，12-第一截止阀，13-第一止回阀，14-多级离心泵，15-第二止回阀，16-净液槽，17-精过滤器，18-第二压力表，19-第三止回阀，20-压力泵，21-第四止回阀，22-第二截止阀，23-浊液槽，24-导流装置，25-夹持导向装置，26-工具电极，27-密封垫，28-导流通道，29-冲液密封装置，30-组合夹持模块。

具体实施方式：

图1所示电火花-电解组合加工***中，机床床身1，工作槽2，工作台3，夹具4，冲液装置支座5，机床主轴8，电解加工电源10，工具电极26组成了机床本体。由冲液装置7，工具电极夹持装置9，第一压力表11及第二压力表18，第一截止阀12及第二截止阀22，第一止回阀13、第二止回阀15、第三止回阀19及第四止回阀21，多级离心泵14，净液槽16，精过滤器17，压力泵20，浊液槽23，导流装置24，夹持导向装 置25，密封垫27，冲液密封装置29，组合夹持模块30以及管道组成了机床的工作液循环***，供给加工用的工作液及排出加工产物。

上述夹持导向装置25可以是一体式也可以是组合式夹持导向装置；组合式夹持导向装置由组合夹持模块和夹持导向装置组成，用于组合电极单元的夹持和导向。上述导流装置24包含两个或多个对称导流通道，该导流通道可以是水平的，也可以是倾斜向下的，倾斜的角度是可优化选择。上述冲液密封装置29可包含密封垫、密封圈等。

其中冲液装置7安装于冲液装置支座5的卡槽内，夹持导向装置25通过螺纹与导流装置24连接，两者之间形成空腔，用于工作液外冲液，冲液密封装置29采用聚氨酯材料，粘接在夹持导向装置25出口处，工具电极26依次穿过导流装置24、夹持导向装置25、冲液密封装置29形成工作液内、外导流通道。

图2中电火花-电解组合加工冲液装置固定在冲液装置支座5上，导流装置24通过螺纹与夹持导向装置25连接，导流装置包含两个对称倾斜导流通道28，且其倾斜的角度可以优化选择，导流装置出口装有冲液密封装置29，保证冲液的密封性，工具电极26依次穿过夹持导向装置25、导流装置24、冲液密封装置29进入加工区域。

图3双向对称倾斜电火花-电解组合加工冲液装置局部示意图，进行冲液加工的工具电极26除可以采用普通的管电极外，还可以采用螺纹管电极和开槽管电极或由其中任意几种电极组成的具有不同形状的组合电极单元。

图4多向对称水平式电火花-电解组合加工冲液装置示意图中，电火花-电解组合加工冲液装置7固定在冲液装置支座5的卡槽内，导流装置24通过螺纹与夹持导向装置25连接，导流装置包含多个水平对称导流通道28，导流装置出口装有冲液密封装置29，保证冲液的密封性，工具电极26依次穿过夹持导向装置25、导流装置24、冲液密封装置29进入加工区域。

图5所示组合式电火花-电解组合加工冲液装置中，由多根工具电极26组合形成电极单元，在组合夹持模块30的夹持作用下，安装在机床的工具电极夹持装置9中，其另一端穿过冲液装置对工件进行内、外冲液加工，且组合电极可以形成不同形状的电极单元，加工不同形状的异型孔。

图6为电火花-电解组合加工冲液方法示意图。电火花加工采用工具电极内冲液的供液方式，工作液通过机床主轴压头，经工具电极内部流入加工区域，然后由孔壁与工 具电极之间空隙流出加工区域，保持电极丝位置不变，机床主轴沿Z轴向下移动，使冲液密封装置29与工件6接触，进行电解加工；电解加工采用外冲液的供液方式，工作液依次通过电解循环***、导流装置、冲液密封装置沿工具电极外壁进入加工区域。

请参照图1至图6所示，由工具电极26、导流装置24和夹持导向装置25组成的冲液装置7，其包含两个或多个对称的导流通道28，从多个对称方向向导流装置内部供液，减小了非对称供液所引起的紊流乱流现象，导流装置出口处安装有聚氨酯冲液密封装置29，对电解加工区域进行密封，防止电解液泄漏。因此，可实现小间隙大流量冲液，保证电解液流场稳定性，提高制孔效果。

冲液装置7安装在电火花-电解组合加工机床的冲液装置支座5上。工件6安装在夹具4上，机床主轴8带动工具电极26沿Z轴穿过冲液装置7，进入加工区域，对工件进行加工。因此，利用该装置可对复杂空间曲面结构的进行不同孔型的加工，能有效的保证加工的稳定性，提高加工精度和表面质量。

电火花加工时采用内冲液的供液方式，工作液通过机床主轴8和电极夹持装置9，经工具电极26内部流入加工区域，然后由孔壁与电极之间空隙流出加工区域；电火花加工后，关闭电火花脉冲电源，保持电极丝位置不变，机床主轴沿Z轴向下移动，使冲液密封装置29与工件6接触，进行工具电极外冲液，工作液依次通过电解循环***、导流装置、冲液密封装置沿工具电极外壁进入加工区域电解加工，打开电解电源，进行电解加工。该装置可实现内、外两种冲液过程，分别满足电火花、电解加工对工作液流场的要求，使电火花和电解加工在同一机床、同一工位、同一工具电极下完成，避免频繁更换及装夹冲液装置带来的加工误差，简化了操作，提高了加工精度和效率。

本发明微小孔电火花-电解组合加工多通道对称冲液装置中导流装置可以同时满足电火花、电解加工过程内、外冲液的要求。外冲液部分采用双、多向对称冲液的方式，将工作液从导流装置的多个对称导流通道同时冲入，相比于非对称冲液方式，冲液稳定性得到了很大的提高。此外，工作液可沿对称导流通道以一定角度倾斜向下冲入，从而进一步改善冲液引发的工作液乱流现象，保证冲液的稳定性，提高制孔效果。工具电极采用管电极满足电火花高速穿孔内冲液的要求,提高电火花穿孔的效率，此外电极外壁采用开槽或者螺纹结构，可改善微小孔加工时小间隙冲液困难问题，提高工作液在小间隙中的流速，加速产物从加工间隙中流出，提高了加工效果。采用整体式夹持导向装置 夹持单一电极进行普通的穿孔加工。采用组合式夹持导向装置夹持多根微细管电极的组合体可以提高工作液的冲液速率，还可实现复杂异型孔的加工。

冲液密封装置采用适合工件不同角度的密封垫，实现电解加工外冲液过程中工作液由导流装置全部进入电解加工区域，保证小间隙中工作液的充足及流场的稳定性。此外，在复杂曲面上进行组合穿孔时，也可不采用冲液密封装置，采用此冲液装置自身的工作液汇聚作用，虽然不能达到密封冲液的效果，但也可满足电火花-电解组合穿孔的要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种微小孔电火花-电解组合加工多通道对称冲液装置，其包括工具电极、夹持导向装置、导流装置、冲液密封装置，其特征在于：所述微小孔电火花-电解组合加工多通道对称冲液装置还包括有冲液装置支座，所述冲液装置安装于所述冲液装置支座的卡槽内，所述夹持导向装置与所述导流装置螺纹连接且两者之间形成用于工作液外冲液的空腔，所述冲液密封装置采用聚氨酯材料，粘接在夹持导向装置出口处，所述工具电极依次穿过所述导流装置、夹持导向装置、冲液密封装置形成工作液内、外导流通道，所述工具电极为普通管电极、螺纹管电极、开槽管电极或由其中任意几种电极组成的具有不同形状的组合电极单元。

2.如权利要求1所述的微小孔电火花-电解组合加工多通道对称冲液装置，其特征在于：所述夹持导向装置为一体式或者组合式夹持导向装置，所述组合式夹持导向装置由组合夹持模块和夹持导向装置组成用以组合电极单元的夹持和导向。

3.如权利要求1所述的微小孔电火花-电解组合加工多通道对称冲液装置，其特征在于：所述导流装置包含两个或多个对称导流通道，所述导流通道是水平的或者是倾斜向下的。

4.如权利要求1所述的微小孔电火花-电解组合加工多通道对称冲液装置，其特征在于：所述冲液密封装置包括密封垫、密封圈。

5.一种使用如权利要求1-4中任意一项所述的微小孔电火花-电解组合加工多通道对称冲液装置的加工方法，其包括如下步骤：

(1)电火花加工采用工具电极内冲液的供液方式，工作液通过机床主轴压头，流经工具电极内部进入加工区域，然后由孔壁与电极之间空隙流出加工区域；

(2)保持电极丝位置不变，机床主轴沿Z轴向下移动，使冲液密封装置与工件接触，进行电解加工；

(3)电解加工采用外冲液的供液方式，工作液依次通过电解液循环***、导流装置、冲液密封装置沿工具电极外壁进入加工区域。