基于復(fù)合斷弧和高效排屑的電弧輪廓切割放電加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種特種加工技術(shù)領(lǐng)域的放電加工方法，具體為一種基于流體動力和機(jī)械動力復(fù)合斷弧和高效排肩的電弧輪廓切割放電加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了解決航天和軍工等領(lǐng)域中難加工材料的大厚度工件加工中存在的各種問題，本發(fā)明提出了一種基于流體動力和機(jī)械動力復(fù)合斷弧及高效排肩的電弧輪廓切割放電加工方法。
[0003]據(jù)專利檢索可知，葉良才在專利CN87106421A和CN1061175A中闡述了電熔爆高效加工的加工方法，主要運(yùn)用于軋輥、碾壓輥等旋轉(zhuǎn)體類工件的外輪廓加工和切斷加工。蘇州中特機(jī)電科技有限公司在專利CN1397399A及GE公司在專利CN1693024A中涉及了單管電極銑削方式的高效放電加工方法；上海交通大學(xué)在專利CN102091839A中涉及了成型電極沉入式的高效放電加工方法。上述兩種方法主要用于曲面和型腔的高效加工。
[0004]這些現(xiàn)有加工方法雖然能實(shí)現(xiàn)對難加工材料的高效加工，但它們在工件的輪廓直紋面和切割切斷加工過程中都是采取類似于層銑的方式將工件多余材料一層一層的去除，來獲得需要的加工結(jié)構(gòu)。這樣造成能耗高、加工時間長且去除材料再利用困難等缺點(diǎn)。電弧輪廓切割放電加工方法與上述放電加工方式有著本質(zhì)的不同。上述的電弧放電加工方法中，電極端面是參與放電的主要部分，而電弧輪廓切割加工中電極側(cè)面是參與加工的主要部分。因此，對于難加工材料的窄縫、大深度切割以及輪廓切割等加工有著很大的優(yōu)勢。
[0005]同時據(jù)對現(xiàn)有專利檢索發(fā)現(xiàn)，李磊在專利CN103801771A中也提及了高效切割放電加工方法。該專利有如下闡述: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貨品時脈沖直流，通過擊穿加工間隙中的工作液在間隙中形成短電弧放電，通過線電極在預(yù)定進(jìn)給路徑下運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)加工型面的高速成形下料。本發(fā)明可以簡化工具進(jìn)給路徑，利用強(qiáng)化高壓、大流量內(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)具有成型下料切割特征功能的高速電弧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。
[0006]但本發(fā)明提出的電弧輪廓切割放電加工方法與該專利中提及的高效切割放電加工方法存在本質(zhì)區(qū)別:
[0007]1.該發(fā)明沒有明確闡述加工中的斷弧機(jī)制和過程，而本發(fā)明提出采用流體和機(jī)械運(yùn)動復(fù)合斷弧方式，能有效穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)加工過程中的斷弧。根據(jù)在實(shí)際的電弧放電加工試驗(yàn)中可知，有效穩(wěn)定的斷弧方式將直接影響著放電加工的效果。
[0008]2.該發(fā)明沒有提及放電加工中高效排肩的相關(guān)內(nèi)容，發(fā)明人實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高效排肩對于加工過程的穩(wěn)定性非常重要。采用比對發(fā)明的方法，無法實(shí)現(xiàn)正常的連續(xù)加工，而本發(fā)明則強(qiáng)調(diào)了通過電極旋轉(zhuǎn)、電極振動實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動輔助高效排肩和高速沖液實(shí)現(xiàn)流體輔助高效排泄，從而實(shí)現(xiàn)了復(fù)合輔助高效排肩方式，并且實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的穩(wěn)定切割。根據(jù)在實(shí)際的電弧放電加工試驗(yàn)中可知，高效排肩將直接影響著放電加工的穩(wěn)定連續(xù)進(jìn)行，排肩不及時將造成加工短路。
[0009]3.本發(fā)明提出采取棒狀電極旋轉(zhuǎn)的切割方式，此方式不僅將實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動斷弧，而且可以實(shí)現(xiàn)電極的均勻損耗和利于排肩。
[0010]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于流體動力和機(jī)械動力復(fù)合斷弧及高效排肩的電弧輪廓切割放電加工方法，能很好地彌補(bǔ)現(xiàn)有高速放電加工技術(shù)的不足，進(jìn)一步擴(kuò)展高速放電加工技術(shù)的運(yùn)用領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有電弧放電加工技術(shù)中存在的不足，給出一種基于流體動力和機(jī)械動力復(fù)合斷弧及高效排肩的電弧輪廓切割放電加工方法，通過利用旋轉(zhuǎn)的棒狀電極側(cè)面放電，運(yùn)用復(fù)合斷弧機(jī)制以及沖液和振動輔助高效排肩來保證電弧放電加工，可簡單、方便、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)電極高速放電加工，特別是曲面、型腔加工。
[0012]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:基于流體動力和機(jī)械動力復(fù)合斷弧及高效排肩的電弧輪廓切割放電加工方法，首先，將棒狀電極安裝在電極旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，將電極旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在電極振動機(jī)構(gòu)上，再將電極振動機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)床主軸上，待加工工件固定在機(jī)床工作臺上，由電機(jī)振動機(jī)構(gòu)提供棒狀電極沿進(jìn)給方向上的振動，由電極旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)提供棒狀電極旋轉(zhuǎn)，通過機(jī)床主軸伺服進(jìn)給聯(lián)動實(shí)現(xiàn)本發(fā)明加工方法的加工軌跡；其次，將棒狀電極與放電電源的負(fù)極或正極連接，工件與放電電源的正極或負(fù)極連接，放電電源為放電間隙提供脈沖直流，通過機(jī)床伺服運(yùn)動功能控制棒狀電極與工件在進(jìn)給方向上的間距形成加工放電間隙，由放電電源、棒狀電極、放電間隙和工件構(gòu)成電流回路；再次，將同軸噴嘴安裝在電極振動機(jī)構(gòu)上，通過沖液管路將同軸噴嘴與工作介質(zhì)供給系統(tǒng)連接，由同軸噴嘴、棒狀電極與工件之間的放電間隙、沖液管路和工作介質(zhì)供給系統(tǒng)構(gòu)成沖液回路；然后，施加在放電間隙兩端的電壓通過擊穿加工間隙中的工作介質(zhì)在間隙中形成電弧放電，由棒狀電極的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動斷弧，由加工放電間隙中的高速沖液實(shí)現(xiàn)流體運(yùn)動斷弧，從而實(shí)現(xiàn)了復(fù)合斷弧方式；最后，電弧放電中蝕除工件材料形成的蝕除物，由棒狀電極的旋轉(zhuǎn)和振動實(shí)現(xiàn)機(jī)械輔助排肩效果，由同軸噴嘴高速沖液實(shí)現(xiàn)流體輔助排泄效果，從而實(shí)現(xiàn)了復(fù)合輔助高效排肩方式。
[0013]所述的加工電極為棒狀電極，電極直徑范圍為0.2mm-10mm，電極長度范圍為1mm-1OOOmm0
[0014]所述的電弧輪廓切割裝置是指能實(shí)現(xiàn)電極旋轉(zhuǎn)、電極沿軸向周期性的往復(fù)運(yùn)動或電極沿進(jìn)給方向小幅振動等電極運(yùn)動方式，以及具有沿電極軸線方向高速沖液功能的專用
目.0
[0015]所述的復(fù)合斷弧為采取電極機(jī)械運(yùn)動和流體動力復(fù)合的方式，使得電極和工件之間的電弧根部的快速移動甚至斷開。其中機(jī)械運(yùn)動斷弧是通過電極旋轉(zhuǎn)和振動實(shí)現(xiàn)，流體動力斷弧是通過加工間隙中的高速沖液實(shí)現(xiàn)。
[0016]所述的高效排肩為采取高速沖液和電極振動，加工間隙中的高速流體可以帶走放電蝕除物，電極周期性高速往復(fù)運(yùn)動以及振動可以促進(jìn)電蝕產(chǎn)物的高效排出。
[0017]所述的采取棒狀電極旋轉(zhuǎn)運(yùn)動方式，電極旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動斷弧和電極在周向的均勻損耗。
[0018]所述的工作介質(zhì)是指水基工作液，空氣或水霧介質(zhì)。
[0019]所述的高速沖液是指利用圓形或環(huán)形的同軸噴嘴對加工區(qū)域?qū)嵤└咚贈_液，高速沖液流體流速不低于lOm/s，以達(dá)到流體動力斷弧和輔助排肩的功能。
[0020]所述的電極振動是指利用電弧輪廓切割裝置上的振動平臺實(shí)現(xiàn)棒狀電極沿進(jìn)給方向上的小幅振動，從而達(dá)到高效排肩和避免加工短路現(xiàn)象。
[0021]所述的加工方法的放電回路是一般的加工情況下(效率優(yōu)先)，電極連接放電電源負(fù)極，工件連接放電電源正極，但是在特定加工需求條件下(表面質(zhì)量優(yōu)先)，可以采用電極連接放電電源正極，工件連接放電電源負(fù)極。
[0022]所述的放電電源是指提供脈沖寬度和脈沖間隙分別為30 μ s-100ms，峰值電流為50-5000A的脈沖電源，以及峰值電流為50-5000A的直流電源。
[0023]所述的機(jī)床是指具有一軸或多軸自動伺服進(jìn)給功能的機(jī)床。
[0024]本發(fā)明的加工方式采取旋轉(zhuǎn)電極側(cè)面參與放電、復(fù)合斷弧機(jī)制以及高速沖液和電機(jī)振動輔助高效排肩等特點(diǎn)，與現(xiàn)有的其他放電加工方式有著本質(zhì)的不同。由于電弧輪廓切割具有加工能量大、加工區(qū)域厚度大、產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物多以及電蝕產(chǎn)物排出間隙狹窄等特點(diǎn)。首先，單純依靠流體動力或是機(jī)械運(yùn)動均無法實(shí)現(xiàn)真正有效斷弧，因此本發(fā)明采取機(jī)械運(yùn)動和流體動力復(fù)合斷弧機(jī)制，從而保證達(dá)到加工過程中的有效穩(wěn)定斷弧。其次，盡管從切割的角度來看，細(xì)絲狀的線電極是電弧切割的最佳工具，但是電弧加工的大能量極易使其熔斷，因此本發(fā)明采取旋轉(zhuǎn)的棒狀電極作為工具電極，適合尺寸的棒狀電極可以承受大的加工電流，而旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)電極的均勻損耗。最后，電弧輪廓切割作為大厚度、大能量的高效切割加工方式，勢必會產(chǎn)生大量的電蝕產(chǎn)物，如果電蝕產(chǎn)物排肩不及時將造成加工過程中存在拉弧和斷弧等不利現(xiàn)象，以此本發(fā)明采取高速沖液以及電極周期性高速往復(fù)運(yùn)動和電極振動的方式來輔助電蝕產(chǎn)物的高效排出。
【附圖說明】
[0025]圖1為基于流體動力和機(jī)械動力復(fù)合斷弧及高效排肩的電弧輪廓切割放電加工方法的原理示意圖；
[0026]圖中:1工件，2.棒狀電極，3.同軸噴嘴，4.電極旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，5.電極振動機(jī)構(gòu)，6.機(jī)床，7.放電電源，8.工作介質(zhì)供給系統(tǒng)。
[0027]圖2為基于流體動力和機(jī)械動力復(fù)合斷弧及高效排肩