高速切割放電加工方法
【專(zhuān)利摘要】一種電弧放電加工領(lǐng)域的線電極高速切割放電加工方法，根據(jù)加工型面特征分析，確定多孔中空線電極幾何結(jié)構(gòu)以及進(jìn)給路徑，機(jī)床工作液供液系統(tǒng)通過(guò)線電極孔隙為加工間隙提供具有一定壓力及流量的工作液，機(jī)床放電電源正極接工件、負(fù)極接線電極，為放電間隙提供直流或脈沖直流，通過(guò)擊穿加工間隙中的工作液在間隙中形成短電弧放電，通過(guò)線電極在預(yù)定進(jìn)給路徑下運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)加工型面的高速成形下料放電加工。本發(fā)明可簡(jiǎn)化工具進(jìn)給路徑，利用強(qiáng)化高壓、大流量?jī)?nèi)沖液可保證短電弧穩(wěn)定放電高效加工，從而方便、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)具有成形下料切割特征功能的高速切割放電加工的工藝方法，該方法適合于平面、曲面及型腔的高速成形下料加工。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高速切割放電加工方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種放電加工【技術(shù)領(lǐng)域】的加工方法，具體是一種可進(jìn)行高速柔性切割放電加工的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)現(xiàn)對(duì)貴重難加工材料的高效、低耗綠色環(huán)保加工一直是材料加工領(lǐng)域的努力方向。放電加工具有“以柔克剛”、非接觸式加工的優(yōu)點(diǎn)，特別是采用短電弧放電過(guò)程進(jìn)行加工，其放電過(guò)程可傳導(dǎo)上萬(wàn)安培的高能放電電流，是工業(yè)界認(rèn)可并全力發(fā)展的一種高效加工難加工材料的有效手段。在這一工業(yè)環(huán)境下，形成了多種基于電弧放電的高效加工方法。
[0003]據(jù)專(zhuān)利檢索可知，葉良才在專(zhuān)利CN 87106421A及CN 1061175A中涉及了電熔爆高效加工的加工方法，主要用于軋輥、磨輥等外圓類(lèi)零件的加工及開(kāi)槽等。通用電氣公司在專(zhuān)利CN 1693024A及蘇州中特機(jī)電科技有限公司在專(zhuān)利CN1397399A中均涉及了短電弧加簡(jiǎn)單管電極銑削方式的高效放電加工方法。上海交通大學(xué)在專(zhuān)利CN 102091839A中涉及了短電弧加成形電極下沉方式的高速放電加工方法。上述兩種方法主要用于曲面及型腔的高效加工。
[0004]這些現(xiàn)有方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)材料的高效加工，但它們均是通過(guò)將工件毛坯多余材料以微小蝕除顆粒的方式去除，來(lái)獲得最終零件結(jié)構(gòu)的。這使得去除材料體積大，造成能耗高、加工時(shí)間長(zhǎng)且去除材料再利用困難等不足，不符合綠色環(huán)保的制造理念。特別是對(duì)大型航空難加工材料零件的加工。這些零件多為貴重金屬材料，并且零件成品與毛坯體積之比一般都很低，多數(shù)情況下，毛坯材料的絕大部分要被當(dāng)作加工余量去除掉。如鈦合金材料零件成品與毛坯體積比都低于20%。除此之外，由于這些現(xiàn)有方法受其加工方式限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)類(lèi)似傳統(tǒng)電火花線切割特點(diǎn)的下料加工。
[0005]彌補(bǔ)現(xiàn)有高速放電加工技術(shù)的不足，進(jìn)一步拓展高速放電加工技術(shù)功能，推進(jìn)其進(jìn)一步綠色化，正是推廣高速放電加工`技術(shù)工程化的意義所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種“高速切割放電加工方法”，通過(guò)采用具有特征幾何結(jié)構(gòu)的多孔線電極，可簡(jiǎn)化工具進(jìn)給路徑，利用強(qiáng)化高壓、大流量?jī)?nèi)沖液，可保證短電弧穩(wěn)定放電加工，從而方便、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)具有成形下料切割特征功能的高速切割放電加工的工藝方法，該方法適合于平面、曲面及型腔的高速成形下料加工。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008]本發(fā)明首先根據(jù)加工型面特征分析，確定多孔中空線電極幾何結(jié)構(gòu)以及進(jìn)給路徑，將線電極工裝端與機(jī)床的主軸固定連接，將線電極進(jìn)液口與機(jī)床工作液供液系統(tǒng)固定連接，加工工件固定于機(jī)床工作臺(tái)上，通過(guò)機(jī)床主軸伺服進(jìn)給保持線電極工作區(qū)域與工件待加工區(qū)域的穩(wěn)定放電加工間隙，機(jī)床工作液供液系統(tǒng)通過(guò)線電極為加工間隙提供具有一定壓力及流量的工作液，通過(guò)工作液供液系統(tǒng)、線電極、加工間隙形成沖液回路，機(jī)床放電電源正極接工件、負(fù)極接線電極，為放電間隙提供直流或脈沖直流，通過(guò)擊穿加工間隙中的工作液在間隙中形成短電弧放電，使得加工間隙、線電極、工件、放電電源之間形成放電回路，在沖液回路、放電回路共同作用下通過(guò)線電極在預(yù)定進(jìn)給路徑下運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)加工型面的高速成形下料放電加工。
[0009]所述的多孔中空線電極是指:一端或兩端開(kāi)孔，在其側(cè)壁開(kāi)有孔隙，且內(nèi)部呈中空的電極。
[0010]所述的線電極幾何結(jié)構(gòu)是指:加工目標(biāo)型面的特征幾何結(jié)構(gòu)，通常為目標(biāo)幾何型面母線。
[0011 ] 所述的線電極進(jìn)液口是指:電極開(kāi)孔端口，兩端開(kāi)孔線電極可選擇一進(jìn)液口或兩進(jìn)液口。
[0012]所述的進(jìn)給路徑是指:利用線電極完成目標(biāo)型面加工的電極運(yùn)動(dòng)路線。
[0013]所述的電源系統(tǒng)是指:提供電壓值為35V-120V，峰值電流為100A-10000A的直流電源。
[0014]所述的電源系統(tǒng)或者是指:提供脈沖寬度與脈沖間隔范圍分別為20 μ s-20ms,峰值電壓值范圍為35V-120V，峰值電流為100A-10000A的脈沖電源。
[0015]所述的機(jī)床是指:具有一軸或多軸自動(dòng)伺服進(jìn)給及回退功能的機(jī)床。
[0016]所述的工作液是指水基工作液，如切削乳化液、民用自來(lái)水(電導(dǎo)率為125?1250 μ S/cm)。
[0017]所述的沖液回路是指:工作液供液系統(tǒng)為線電極及工件加工間隙內(nèi)提供具有1.5MPa及以上的壓力、5L/min及以上的流量的流動(dòng)工作液，保證極間穩(wěn)定的短電弧高速放電加工過(guò)程。
[0018]所述的放電回路是指:機(jī)床電源系統(tǒng)在線電極及工件加工間隙上施加可擊穿放電間隙的開(kāi)路電壓，當(dāng)間隙擊穿后在極間維持具有設(shè)定量大小的放電電流的等離子體通道，保證極間形成短電弧放電加工過(guò)程。
[0019]所述的成形下料是指:線電極按照進(jìn)給路徑對(duì)工件毛坯件進(jìn)行成形切割，將毛坯件分割為目標(biāo)件及具有其反銬型面余料的過(guò)程。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:利用多孔中空線電極在極間進(jìn)行高壓、大流量?jī)?nèi)沖液，保證通過(guò)短電弧進(jìn)行材料蝕除，具有傳統(tǒng)電火花加工所無(wú)法比擬的高效材料去除能力；利用線電極采用切割放電加工方式可以大幅降低加工目標(biāo)型面所需的材料去除量，從而能夠有效節(jié)省能源并且大量保留貴重金屬材料，這是技術(shù)背景中所介紹的已公開(kāi)的采用短電弧加工方法所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的；加工適用范圍廣，不光可以實(shí)現(xiàn)直紋面加工，通過(guò)設(shè)置線電極的幾何結(jié)構(gòu)可以方便實(shí)現(xiàn)型腔及復(fù)雜曲面的加工。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為高速切割放電加工原理示意圖。
[0022]圖2為高速切割放電加工直紋面作業(yè)示意圖。
[0023]圖3為高速切割放電加工空間曲面型面作業(yè)示意圖。
[0024]圖4為高速切割放電加工型腔作業(yè)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0026]如圖1所示，本實(shí)施例應(yīng)用環(huán)境包括:多孔中空線電極1、工件2、機(jī)床3、放電電源
4、工作液供給系統(tǒng)5，其中:首先根據(jù)加工型面特征確定多孔中空線電極I的幾何結(jié)構(gòu)以及其進(jìn)給路徑，將線電極I工裝端與機(jī)床3的主軸固定連接，將線電極I進(jìn)液口與機(jī)床工作液供液系統(tǒng)5供液端固定連接，加工工件2固定于機(jī)床工作臺(tái)上，通過(guò)機(jī)床主軸伺服進(jìn)給保持線電極I工作區(qū)域與工件2待加工區(qū)域的穩(wěn)定放電加工間隙，機(jī)床工作液供液系統(tǒng)5通過(guò)線電極I多孔結(jié)構(gòu)為加工間隙提供具有一定壓力及流量的工作液，通過(guò)工作液供液系統(tǒng)5、線電極1、加工間隙形成沖液回路，機(jī)床放電電源4正極接工件2、負(fù)極接線電極1，為放電間隙提供直流或脈沖直流，通過(guò)擊穿加工間隙中的工作液在間隙中形成短電弧放電，使得加工間隙、線電極1、工件2、放電電源4之間形成放電回路，在沖液回路、放電回路共同作用下，通過(guò)線電極I在預(yù)定進(jìn)給路徑下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)加工型面的高速成形下料放電加工。
[0027]實(shí)施例1。
[0028]高速切割放電加工輪廓為橢圓的直紋面，如圖2所示。根據(jù)目標(biāo)型面特征選擇具有直線特征的線電極I，選擇具有三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控功能的機(jī)床，預(yù)設(shè)進(jìn)給路徑為目標(biāo)橢圓。其中線電極I長(zhǎng)200mm,外徑為8mm,內(nèi)徑為4mm,沖液孔徑為2mm,材料為石墨,工件材料為高溫合金(GH4169)。電源參數(shù)為:峰值電壓60V、峰值電流550A、脈沖寬度2000 μ s以及脈沖間隔100 μ S。工作液為切削乳化液，工作液壓力為1.5MPa，流量為10L/min。在上述工藝條件下，實(shí)現(xiàn)了高速、穩(wěn)定的短電弧加工過(guò)程，材料去除率可高達(dá)5120mm3/min，并且能夠使電極相對(duì)損耗比保持在3%以下的較低損耗水平。
[0029]實(shí)施例2。
[0030]高速切割放電加工空間曲面型面，如圖3所示。選擇線電極I具有目標(biāo)空間型面的母線幾何特征，選擇具有三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控功能的機(jī)床，根據(jù)目標(biāo)型面特征預(yù)設(shè)進(jìn)給路徑如圖所示。其中線電極I輪廓長(zhǎng)度300mm,外徑為15mm,內(nèi)徑為8mm,沖液孔徑為2.5mm,材料為石墨，工件材料為鈦合金(TC4)。電源參數(shù)為:峰值電壓60V、峰值電流1000A、脈沖寬度2000 μ s以及脈沖間隔100 μ S。工作液為切削乳化液，工作液壓力為1.5MPa，流量為20L/min,進(jìn)行雙端口供液。在上述工藝條件下，短電弧加工過(guò)程穩(wěn)定，電極相對(duì)損耗比保持在3%以下，獲得的材料去除率可高達(dá)9564mm3/min。
[0031]實(shí)施例3。
[0032]高速切割放電加工三維矩形型腔，如圖4所示。選擇線電極I具有型面輪廓幾何特征，選擇具有三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控功能的機(jī)床，根據(jù)目標(biāo)型面特征預(yù)設(shè)進(jìn)給路徑如圖所示。其中目標(biāo)型腔深200mm,寬150mm,長(zhǎng)300mm。線電極I工作區(qū)域外徑為12mm,內(nèi)徑為8mm,沖液孔徑為2mm，材料為石墨，工件材料為鈦合金(TC4)。電源參數(shù)為:峰值電壓60V、峰值電流1000A、脈沖寬度1000 μ s以及脈沖間隔200 μ S。工作液為切削乳化液，工作液壓力為1.5MPa流量為20L/min。在上述工藝條件下，短電弧加工過(guò)程穩(wěn)定，電極相對(duì)損耗比低于3%，材料去除率可高達(dá)6146mm3/mi η。
[0033]盡管此處已經(jīng)對(duì)被認(rèn)為是本發(fā)明的優(yōu)選和典型的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過(guò)此處的教導(dǎo)應(yīng)該易于理解本發(fā)明的其他變形。因此，所希望的是確保在所附技術(shù)方案中所有這些變型都落入本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高速切割放電加工方法，其特征在于，首先根據(jù)加工型面特征，確定多孔中空線電極幾何結(jié)構(gòu)以及進(jìn)給路徑，將線電極工裝端與機(jī)床的主軸固定連接，將線電極進(jìn)液口與機(jī)床工作液供液系統(tǒng)固定連接，加工工件固定于機(jī)床工作臺(tái)上，通過(guò)機(jī)床主軸伺服進(jìn)給保持線電極工作區(qū)域與工件待加工區(qū)域的穩(wěn)定放電加工間隙，機(jī)床工作液供液系統(tǒng)通過(guò)線電極為加工間隙提供具有一定壓力及流量的工作液，通過(guò)工作液供液系統(tǒng)、線電極、加工間隙形成沖液回路，機(jī)床放電電源正極接工件、負(fù)極接線電極，為放電間隙提供恒定直流或脈沖直流，通過(guò)擊穿加工間隙中的工作液在間隙中形成短電弧放電，使得加工間隙、線電極、工件、放電電源之間形成放電回路，在沖液回路、放電回路共同作用下通過(guò)線電極在預(yù)定進(jìn)給路徑下運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)加工型面的高速成形下料放電加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速切割放電加工方法，其特征是，所述的多孔中空線電極是指:一端或兩端開(kāi)孔，在其側(cè)壁開(kāi)有孔隙，且內(nèi)部呈中空的電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速切割放電加工方法，其特征是，所述的線電極幾何結(jié)構(gòu)是指:加工目標(biāo)型面的特征幾何結(jié)構(gòu)，通常為目標(biāo)幾何型面母線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速切割放電加工方法，其特征是，所述的線電極進(jìn)液口是指:電極開(kāi)孔端口，兩端開(kāi)孔線電極可選擇一進(jìn)液口或兩進(jìn)液口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速切割放電加工方法，其特征是，所述的進(jìn)給路徑是指:利用線電極完成目標(biāo)型面加工的電極運(yùn)動(dòng)路線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速切割放電加工方法，其特征是，所述的電源系統(tǒng)是指:提供電壓值為35V-120V，峰值電流為100A-10000A的直流電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速切割放電加工方法，其特征是，所述的電源系統(tǒng)或者是指:提供脈沖寬度與脈沖間隔范圍分別為20μ s-20ms，峰值電壓值范圍為35V-120V，峰值電流為100A-10000A的脈沖電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速切割放電加工方法，其特征是，所述的機(jī)床是指:具有一軸或多軸自動(dòng)伺服進(jìn)給及回退功能的機(jī)床。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速切割放電加工方法，其特征是，所述的工作液是指水基工作液，如切削乳化液、民用自來(lái)水(電導(dǎo)率為125-1250 μ S/cm)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速切割放電加工方法，其特征是，所述的沖液回路是指:工作液供液系統(tǒng)為線電極及工件加工間隙內(nèi)提供具有1.5MPa及以上的壓力、5L/min及以上的流量的流動(dòng)工作液，保證極間穩(wěn)定的短電弧高速放電加工過(guò)程。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速切割放電加工方法，其特征是，所述的放電回路是指:機(jī)床電源系統(tǒng)在線電極及工件加工間隙上施加可擊穿放電間隙的開(kāi)路電壓，當(dāng)間隙擊穿后在極間維持具有設(shè)定量大小的放電電流的等離子體通道，保證極間形成短電弧放電加工過(guò)程。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速切割放電加工方法，其特征是，所述的成形下料是指:線電極按照進(jìn)給路徑對(duì)工件毛坯件進(jìn)行成形切割，將毛坯件分割為目標(biāo)件及具有其反銬型面余料的過(guò)程。
【文檔編號(hào)】B23H1/10GK103801771SQ201210450094
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月12日
【發(fā)明者】李磊 申請(qǐng)人:李磊