一種帶沉頭微小孔激光-電火花-電解組合加工裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶沉頭微小孔激光-電火花-電解組合加工裝置，其裝置包括：激光發(fā)生裝置、電火花加工與電解加工組合裝置、加工方式轉換裝置、工作液循環(huán)系統(tǒng)、電源和控制系統(tǒng)。其中激光發(fā)生裝置、電火花加工與電解加工組合裝置并排安裝在加工方式轉換裝置上，并通過控制系統(tǒng)發(fā)出的移動指令移動；工作液循環(huán)系統(tǒng)分別為電火花加工和電解加工提供加工液。本裝置對帶沉頭微小孔以激光和電火花加工為主，再輔以電解加工；兼顧零件加工的速度、精度和表面質量。本裝置可以實現(xiàn)帶有各種帶異形沉頭微小孔的快速加工，克服以往使用單一特種加工方式帶來的各種弊端。
【專利說明】—種帶沉頭微小孔激光-電火花-電解組合加工裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種加工沉頭微小孔結構的組合加工裝置，具體來說，涉及一種利用激光-電火花-電解組合加工裝置。

【背景技術】
[0002]電火花加工、電解加工和激光加工分別是上世紀四、五、六十年代開始發(fā)展起來的加工工藝，由于其各具有不同的優(yōu)越性而得到了飛速發(fā)展，在航空航天、武器裝備、汽車、電子、船舶等制造業(yè)中得到廣泛應用。三者對于上述領域中廣泛存在的細小孔加工具有各自鮮明的特點。電火花加工微細孔有兩種方法，即電火花穿孔和高速電火花小孔加工，它們和其它方法相比，在微細孔加工方面有一定優(yōu)勢:可以將任何導電材料，不受工件材料的強度和硬度限制，其次，可在工件表面上加工盲孔、深孔、斜孔及異型孔等，加工過程中切削力很小，對工具的強度和剛度要求較低。但是電火花加工微細孔的深度有限，而且隨著孔的加工深度的增加，拉弧的頻率越高，最終使加工無法進行而被迫中斷，而且電火花加工的零件表面會殘留一層很薄的再鑄層。激光加工是一種高能量束流加工方法，它以光量子為能量載體，利用聚焦后的高能量密度產(chǎn)生的光熱效應來去除材料，具有加工速度快、加工精度高(可至微米級)、鎢切削力、無需加工工具等優(yōu)點，易于實現(xiàn)加工過程中的自動化、數(shù)字化。但激光加工后工件表面存在再鑄層、殘余應力和微裂紋等缺陷而影響工件的疲勞強度，限制了其部分領域的應用。上述細小孔的電解加工方法主要采用行管電解加工和電液束加工。電液束加工是利用陰極充電電解液噴射到工件表面，在噴射點上產(chǎn)生陽極溶解而去除材料，該工藝技術具有可達性好、表面完整性好、深徑比大的特點，是公認的“三無”(無再鑄層、無殘余應力、無微裂紋)加工技術。美、俄、英、德等國家已成熟應用于航空發(fā)動機葉片的小孔加工。
[0003]經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利號CN1919514A，記載了一種噴射液束電解-激光復合加工方法及其裝置。其方法是利用激光發(fā)生裝置產(chǎn)生激光束在工件上進行孔、縫、槽的加工，同時，噴射液束裝置產(chǎn)生于激光束同軸的高速噴射液束去除材料；其裝置包括激光器和工件安裝夾具，還包括電源和噴射液束裝置，噴射液束裝置包括噴射裝置安裝座、絕緣轉接座、陰極、聚焦透鏡、。防護鏡、絕緣外套和噴嘴。該發(fā)明的方法一激光加工為主，在激光加工的基礎上增加了高速噴射液束的沖刷、冷卻以及在激光輻照條件下的噴射液束電解的復合加工作用，從而可以實現(xiàn)在激光加工過程中“在線”去除再鑄層。
[0004]雖然該技術提供了一種可以加工細小孔、縫、槽等結構，并具有可消除再鑄層、無殘余應力、無微裂紋、效率高等諸多優(yōu)點的加工方法及專用加工裝置。但是，該技術并沒有給出如何加工出帶沉頭微小孔的高效精密加工方法。然而在現(xiàn)代高性能航空發(fā)動機中，由于燃氣的溫度很高，往往會對發(fā)動機中的高溫部件產(chǎn)生不良影響，需采用氣膜冷卻技術對高溫部件加以保護。影響氣膜冷卻效率的因素有很多，其中氣膜孔的出口形狀對冷卻效率的影響不容忽視。有研究通過實驗比較了圓柱形孔、圓錐形孔及簸箕形孔的冷卻效率，發(fā)現(xiàn)當吹風比較大時，帶有擴張形出口的氣膜冷卻效率優(yōu)于圓柱形孔。因此圓錐形孔和簸箕形孔在航空航天、汽車、船舶等領域中的應用越發(fā)重要，而快速準確的制造加工出帶有擴張形出口的氣膜孔是上述應用的保證。帶擴張形出口的氣膜孔的加工對加工方法及加工裝置設備的要求較高，既要有加工速度，又要有出口形狀，又要避免表面重鑄層、殘余應力和微裂紋。而本實用新型綜合激光加工、電火花加工和電解加工三種加工方式，可以實現(xiàn)對帶擴張形出口的氣膜孔快速成形加工等。


【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種帶沉頭微小孔激光-電火花-電解組合加工裝置，在現(xiàn)有的微小孔特種加工技術基礎之上，將激光加工、電火花加工和電解加工綜合運用，達到快速、精準的加工帶沉頭微小孔。并可消除沉頭微小孔壁上的再鑄層、無殘余應力、高效的加工出帶沉頭微小孔。
[0006]本實用新型的技術方案:利用激光束在工件上進行沉頭微小孔的通孔預加工，再利用管狀銅電極對微小孔的沉頭進行電火花加工，基本達到所需沉頭形狀精度，最后再利用與電火花加工電極同軸的高速噴射電解液束對整個帶沉頭微小孔進行電解加工，去除前兩者加工后留下的再鑄層。
[0007]本實用新型的一種帶沉頭微小孔激光-電火花-電解組合加工裝置包括:激光發(fā)生裝置、電火花加工與電解加工組合裝置、加工方式轉換裝置、工作液循環(huán)系統(tǒng)、電源和控制系統(tǒng)。其特征在于:激光發(fā)生裝置、電火花加工與電解加工組合裝置并排安裝在加工方式轉換裝置上，并通過控制系統(tǒng)發(fā)出的移動指令移動；工作液循環(huán)系統(tǒng)分別為電火花加工和電解加工提供加工液。
[0008]所述的加工方式轉換裝置，控制系統(tǒng)通過控制與精密滾珠絲杠連接的電機來實現(xiàn)激光發(fā)生裝置、電火花加工與電解加工組合裝置的移動，或控制系統(tǒng)通過控制滑動導軌上的直線電動機來驅動上述裝置的移動。
[0009]所述的激光發(fā)生裝置、電火花加工與電解加工組合裝置，其在Z軸方向的移動通過電動機驅動精密滾珠絲杠來實現(xiàn)，或由直線電動機驅動上述裝置。
[0010]所述的電火花加工與電解加工組合裝置，其電火花加工用電極為管狀銅電極，電極端部形狀與所需成型的沉頭形狀相同，電解加工時的電解液噴嘴利用管狀銅電極內孔實現(xiàn)，保證二者加工同軸，避免對工件二次找正。
[0011]所述的對微小孔沉頭的電火花加工，當加工帶錐形沉頭等軸對稱的沉頭時，電火花加工中電極是旋轉的；當加工帶簸箕形沉頭等非軸對稱的沉頭時，電火花加工中電極不旋轉。
[0012]所述的工作液循環(huán)系統(tǒng)包括電火花加工液循環(huán)系統(tǒng)和電解加工液循環(huán)系統(tǒng)，二者分別為電火花加工和電解加工提供相應的加工液，并且在電火花加工液循環(huán)系統(tǒng)中增設了一個去離子設備。
[0013]所述的電火花加工液為去離子水或蒸餾水，所述的電解液為低濃度的強酸強堿鹽
[0014]本實用新型的有益效果:本實用新型裝置將激光加工、電火花加工、電解加工三種各具優(yōu)勢又各有不足的加工方式組合起來，完成對帶沉頭微小孔的高效精密加工。其中激光加工微小孔時與材料的硬度無關，幾乎能在所有材料上打孔，速度快，效率高，熱影響區(qū)小，可對航空發(fā)動機葉片海量氣膜冷卻孔進行高效加工；電火花加工過程中切削力小，對于工具的強度、剛度要求低，加工精度高，可加工出帶各種形狀沉頭的微小孔；電解加工表面粗糙度值低，并且為三無加工，可避免重鑄層、微裂紋、殘余應力。本實用新型即綜合了上述三者各自的優(yōu)點于一體，用同一裝置實現(xiàn)，可避免工件二次裝夾，提高加工精度，可實現(xiàn)帶沉頭微小孔的快速成形、精確加工，實現(xiàn)航空發(fā)動機葉片氣膜孔的高效、高精度、高表面質量加工。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型結構示意圖。
[0016]圖2為電火花加工用工作液循環(huán)系統(tǒng)。
[0017]圖3為電火花加工和電解加工組合裝置。
[0018]圖4為電火花加工與電解加工組合裝置與電源、工件加工示意圖。
[0019]圖中的標號名稱:1、電機，2、固定用支座,3、滑動螺母,4、滑動導軌,5、電機,6、滑動導軌，7、固定用支座，8、滑動螺母，9、電機，10、固定用支座，11、精密滾珠絲杠，12、電火花加工與電解加工組合裝置，13、加工槽，14、回液管，15、回液管開關，16、溢流閥，17、加工液儲液箱，18、電火花加工液，19、輸液泵，20、過濾器，21、電解加工液，22、激光部件，23、波長變換元件，24、激光器，25、去離子設備，26、單向閥，27、液壓表，28、電解加工液進液管，29、公用進液管，30、旋轉接頭，31、電機，32、管狀銅電極，33、鉆夾頭，34、電火花加工液進液管，35、工件，36、工件安裝夾具，37、工作臺，38、電源。

【具體實施方式】
[0020]實施案例1:本實施案例為帶錐形沉頭等軸對稱沉頭的微小孔激光-電火花-電解加工裝置，包括激光發(fā)生裝置、電火花加工與電解加工組合裝置、加工方式轉換裝置、工作液循環(huán)系統(tǒng)、電源和控制系統(tǒng)。其中激光發(fā)生裝置、電火花加工與電解加工組合裝置并行安裝在加工方式轉換裝置上，并通過控制系統(tǒng)發(fā)出的移動指令而移動；工作液循環(huán)系統(tǒng)分別為電火花加工和電解加工提供加工液。
[0021]加工方式轉換裝置包括:1、電機，2、固定用支座，6、滑動導軌，7、固定用支座，10、固定用支座，11、精密滾珠絲杠。其中電機I為激光發(fā)生裝置、電火花加工和電解加工組合裝置在滑動導軌6上的移動提供驅動力，該旋轉驅動力通過精密滾珠絲杠11的旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動，為上述加工方式提供找正驅動力；此外通過固定用支座2、7、10加工加工方式轉換裝置、激光發(fā)生裝置、電火花加工和電解加工組合裝置固定在機床本體上。上述加工電機I的運動指令通過控制系統(tǒng)發(fā)出的。
[0022]激光發(fā)生裝置包括:3、滑動螺母，4、滑動導軌，5、電機，22、激光部件，23、波長變換元件，24、激光器。其中安裝在滑動導軌上的滑動螺母3帶動整個激光發(fā)生裝置的找正運動，滑動導軌4提供激光發(fā)生裝置沿機床Z軸移動的方向，電機5為其在Z軸方向的移動提供驅動力，激光部件22，波長變換元件23，激光器24為加工工件提供激光束。上述激光發(fā)生裝置的移動指令均是通過控制系統(tǒng)發(fā)出的。
[0023]電火花加工與電解加工組合裝置包括:8、滑動螺母，9、電機，4、滑動導軌，12、電火花加工與電解加工組合裝置，28、電解加工液進液管，29、公用進液管，30、旋轉接頭，31、電機，32、管狀銅電極，33、鉆夾頭，34、電火花加工液進液管。其中安裝在滑動導軌上的滑動螺母8帶動整個電火花加工與電解加工組合裝置12的找正運動，滑動導軌4提供電火花加工與電解加工組合裝置沿機床Z軸移動的方向，電機9為其在Z軸方向的移動提供驅動力，當采用電火花加工時工作液通過電火花加工液進液管34、公用進液管29、旋轉接頭30、鉆夾頭33、管狀銅電極32對工件進行電火花加工，并且此時管狀銅電極32通過電機31的驅動做慢速旋轉運動；當采用電解加工時工作液通過電解加工液進液管28、公用進液管29、旋轉接頭30、鉆夾頭33、管狀銅電極32對工件進行電解加工。上述裝置的移動指令均是通過控制系統(tǒng)發(fā)出的。
[0024]工作液循環(huán)系統(tǒng)包括:13、加工槽，14、回液管，15、回液管開關，16、溢流閥，17、電火花加工液儲液箱，18、電火花加工液，19、輸液泵，20、過濾器，21、電解加工液，25、去離子設備，26、單向閥，27、液壓表，28、電解加工液進液管，29、公用進液管。其中去離子設備25為區(qū)分電火花加工液循環(huán)系統(tǒng)和電解加工液循環(huán)系統(tǒng)的標志；當電火花加工時啟用帶有去離子設備25的工作液循環(huán)系統(tǒng)，電火花加工液通過進液管34、公用進液管29、旋轉接頭30、鉆夾頭33、管狀銅電極32對工件進行電火花加工；當采用電解加工時，通過控制回液管開關15把電火花加工液回收至加工液儲液箱17，然后將電解加工作液通過電解加工液進液管28、公用進液管29、旋轉接頭30、鉆夾頭33、管狀銅電極32對工件進行電解加工。通過液壓表27的讀數(shù)得到電火花加工和電解加工輸液壓力的大小，通過調節(jié)溢流閥16控制二者工作液輸液壓力進而控制電火花內沖液的流速和電解液束的噴射速度。
[0025]所述的電火花加工液為去離子水或蒸餾水，所述的電解液為低濃度的強酸強堿鹽。
[0026]實施例2:本實施例與實施例2的結構基本相同，但是加工對象為帶簸箕形沉頭等非軸對稱沉頭的微小孔。在本實施例中電火花加工用電極不旋轉。
【權利要求】
1.一種帶沉頭微小孔激光-電火花-電解組合加工裝置，其裝置包括:激光發(fā)生裝置、電火花加工與電解加工組合裝置、加工方式轉換裝置、工作液循環(huán)系統(tǒng)、電源和控制系統(tǒng)；其特征在于:激光發(fā)生裝置、電火花加工與電解加工組合裝置并排安裝在加工方式轉換裝置上，并通過控制系統(tǒng)發(fā)出的移動指令移動；工作液循環(huán)系統(tǒng)分別為電火花加工和電解加工提供加工液。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶沉頭微小孔激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的加工方式轉換裝置，控制系統(tǒng)通過控制與精密滾珠絲杠連接的電機來實現(xiàn)激光發(fā)生裝置、電火花加工與電解加工組合裝置的移動，或控制系統(tǒng)通過控制滑動導軌上的直線電動機來驅動上述裝置的移動。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的帶沉頭微小孔激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的激光發(fā)生裝置、電火花加工與電解加工組合裝置，其在Z軸方向的移動通過電動機驅動精密滾珠絲杠來實現(xiàn)，或由直線電動機驅動上述裝置。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的帶沉頭微小孔激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的電火花加工與電解加工組合裝置，其電火花加工用電極為管狀銅電極，電極端部形狀與所需成型的沉頭形狀相同，電解加工時的電解液噴嘴利用管狀銅內孔實現(xiàn)，保證二者加工同軸，避免對工件二次找正。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的帶沉頭微小孔激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的電火花加工與電解加工組合裝置，當加工帶錐形沉頭軸對稱的沉頭時，電火花加工中電極是旋轉的；當加工帶簸箕形沉頭非軸對稱的沉頭時，電火花加工中電極不旋轉。
6.根據(jù)權利要求1所述的帶沉頭微小孔激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的工作液循環(huán)系統(tǒng)包括電火花加工液循環(huán)系統(tǒng)和電解加工液循環(huán)系統(tǒng)，二者分別為電火花加工和電解加工提供相應的加工液，并且在電火花加工液循環(huán)系統(tǒng)中增設了一個去尚子設備。
7.根據(jù)權利要求1或6所述的帶沉頭微小孔激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的電火花加工液為去離子水或蒸餾水，所述的電解加工液為低濃度的強酸強堿鹽。
【文檔編號】B23H5/00GK204018898SQ201420304400
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權日:2014年5月26日
【發(fā)明者】蔣毅, 孔令蕾, 平雪良, 田媛 申請人:江南大學