专利名称：电极及其在金属碎解机中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属碎解机和金属碎解工艺中的改进。
背景技术：
金属碎解机用于切割对于更为传统的切割技术(比如钻、磨、锯、研磨或氧乙炔切 割)来说通常太硬、不能实现或不实用的金属部件已经有数十年了。金属碎解机使石墨电 极振动以与待切割的金属部件接触或脱离接触。在电极的切割端部处施加的电流使被切割 部件的局部区域熔化，并且当电极周期性地从部件退离时，水或其它液体冷却剂使该局部 熔化的区域固化并碎裂成小的自由颗粒。该过程一秒钟循环很多次，例如60或50赫兹，直 到切割达到期望的深度。当要将具有大横截面的部件从周围的本体切断时，比如对于锁定在孔中的柱螺 栓，使用具有外直径稍微小于柱螺栓的管状电极是已知的。电极用于在柱螺栓的操作长度 上对其进行烧制，而留下脱离实体的芯。与使用实心或无芯电极所需的总能量相比，该技术 极大地减小了用于烧制柱螺栓而没有烧掉其周围实体的情况下所需的总能量。实践中，现 有技术的管状电极在切割的尺寸、或者所包括的横截面以及长度或深度方面受到限制。超 出某种电极所包括的横截面和长度的组合，切割作用减慢或最终停止，以及危及或丧失精 确性。
发明内容
本发明通过提供具有用于电极内部的冷却剂排放路径的中空电极而推动了接触 弧热冲击金属切割机(通称为金属碎解机)技术发展。已经发现冷却剂的通过电极保持器 端部对中空电极内部的连续冲洗作用极大地提高了切割性能。排放路径允许利用液体冷却 剂对电极内部进行连续冲洗以带走金属颗粒，该金属颗粒否则会在随机位置处再次产生电 弧而加速电极磨损和丧失切割精确性。而且，根据本发明，排放避免了液体冷却剂的过量背 压，否则会使由碎解机的头部与被碎解的部件接触和脱离接触所引起的电极的必要振动受 到干扰并最终停止。
图1是金属碎解机的某些部分的图示，其包括电极保持器和电极的沿着图2中以 1-1表示的偏移平面剖切的竖直剖视图；和图2是电极保持器和电极的沿着图1的平面2-2剖切的轴向视图。
具体实施例方式现在参照附图，金属碎解机10包括承载在臂部13上并且可在臂部13上水平调整 的头部12。臂部13又可在竖直支柱14上竖直调整。头部12安装在臂部上和臂部安装在 支柱14上提供了绕水平轴线和竖直轴线的角度调整。本领域的技术人员应意识到，头部13可被支承在超出所示方位的其它方位，而且可安装在专用硬件或支架上以适应特定工作。 头部12可在竖直引导件16上竖直滑动，头部(包括容纳在头部中的引起振动的螺线管)、 电极保持器17和电极18的大部分重量主要与空气缸19相平衡，其中空气缸19与引导件 16竖直对准并且由稳定的空气源供给以超过大气压的空气压力。电源21将相对于头部12具有较低电压(例如32伏)和较高电流(例如300+安) 的交流电通过电缆22输送至头部12，电缆23用于将待碎解部分所位于的本体接地。冷却 剂(通常是水)源24可以是泵或者通过合适的压力控制器连接至公用工程管线。所示出的电极保持器17包括圆形的大致平坦的板28，所述板28在其上侧具有一 体的、位于中心的、直立的柱螺栓29。保持器优选由铝制成，以使得它具有高导电性。如本 领域已知的，柱螺栓29被接收在位于头部12中的振动螺线管的电枢上的插口中。柱螺栓 29可装配有青铜套管31以被夹持在插口中。电源通过电缆22连接至螺线管插口以将电力 传导至保持器17。保持器17的下表面32机加工有或者以其它方式形成有圆形凹穴33，以用于接收 电极18的安装端部34。环形槽36邻近凹穴33的外周形成并且与两个端口 37连通，所述 两个端口 37通过保持器板的上表面38经由供应管线39连接至冷却剂源24。在电极的所示出的形式中，电极18具有中空的、圆形的一体主体，所述主体包括 圆柱形薄壁管41和端壁42，所述端壁是电极的安装端部34处的部分的代表。电极18的 外直径装配在保持器板28的下表面上的凹穴33内，以使得端壁42的外表面邻接凹穴33 的基部表面43。通过中心孔46组装在端壁42中的螺栓被拧入保持器17中的中心盲孔46 中。螺栓44压缩弹性垫圈48以将电极端壁42保持在保持器17的凹穴33中。多个优选均勻地成角度间隔开的冷却剂通道51通过电极管状壁41从管壁的下切 割端部52到端壁42的外表面(S卩，电极的安装端部34)钻出或以其它方式形成。保持器 端部处的通道或孔51位于环形槽或环形沟36下面并且与该环形槽或环形沟直接连通，从 而能够使环形沟用作孔的支管。一组成角度间隔开对准的孔56、57和58分别设在弹性垫 圈48、电极端壁42和保持器板28中。在操作中，冷却剂(比如普通水)从源24通过供给管线39引导至端口 37并且进 入环形槽或环形沟36中。环形沟36将冷却剂分配到电极管壁41中的冷却剂通道51中。 头部12中的螺线管使电极保持器17和电极18振动以交替地与工件61接触和从工件61退 离。图1示出了在电极18已部分地烧入工件61中之后的电极18，工件61呈现为接收在大 本体62中的螺纹孔中的带螺纹的金属螺栓。本体62 (如果本体62导电)或者工件61相 对于电源11是接地的。螺线管以施加给它的电流的频率(例如，60和50赫兹)振动。电 极18通常具有的尺寸使得电极的外直径稍微小于螺栓或工件61的螺纹齿根直径。当切割端部52接触工件61时，切割端部52利用由施加大电流所产生的电阻加热 而使工件的局部区域熔化。当切割端部52运动远离工件61时，电弧消失，冷却剂通过孔51 排放以突然冷却熔化的金属，从而使其碎解成小的固化颗粒。以这种方式，电极烧制出一条 穿过工件61具有稍微大于电极本身的横截面的路径。也就是说，切割到工件61中的槽的 大直径和小直径分别大于和小于电极18的相应外表面和内表面。在电极18的壁表面和烧 制到工件61的壁表面之间形成的间隙提供用于使冷却剂离开并由冷却剂带走在冲洗作用 中形成的金属颗粒的环形沟。
冷却剂通道或孔51的尺寸和数量取决于电极18的尺寸。弹性垫圈48、电极端壁 42和保持器板28中的对准的孔56、57和58具有使冷却剂从电极18内部排放和允许冷却 剂沿着大致由箭头66表示的路径流动的独特功能。发现在电极的保持器端部34处由排放 孔56、57和58提供的电极内部排放引起碎解机性能方面的显著提高。已经发现通过使电极18内部经过电极的被保持的端部34向后排放，具有大得多 直径和/或超过迄今为止已使用的长度的电极在切割速度和质量方面不仅是实用的而且 工作得非常好。更进一步地，已经发现当垫圈48、端壁42和保持器板28中的孔58、56和57 所提供的总排放或开放区域与冷却剂通道或孔51的总横截面面积相关时，结果得以改善。 根据电极的尺寸和构造，该关系可在大约50%至大约150%的范围内。在多数情况下，期望 调整或限制用于中空电极18内部的排放开放区域，以使得冷却剂流量的一半以上冲洗电 极的外壁。冷却剂通道51可具有大约3/32"至大约1/8"的直径。该尺寸的孔或孔口在电 极18切割穿过工件时没有留下芯或留下很小的芯。由于冷却剂通道的尺寸较大或者由于 其它条件，在可能由冷却剂通道留下芯的情况下，这些芯可简单地通过使电极绕其纵轴线 转动几度而消除。应理解的是，中空的柱体电极可采用其它横截面形状，比如正方形、矩形或六边 形。更进一步地，应该想到电极可在其与切割端部相对的端部处不形成有端壁。在这种情 况下，保持器或其等同物可用于节流并且从而限制冷却剂通过电极内部流回。电极18在其内壁表面和外壁表面的大约1/32"内切割材料。通过本发明，由于在 电极外部和内部上的冲洗作用以及随之避免了否则在电极的外壁和内壁与被切割工件的 相邻壁之间可能被俘获的颗粒再产生电弧，大大提高了电极的切割均勻性和寿命。显而易见的是，通过举例公开了本发明的内容，可通过添加、修改和删除细节来进 行各种改变，而不会偏离包括在本公开中的教导的适当范围。因此，除了下述权利要求必然 限定的范围之外，本发明不限于本公开的具体细节。
权利要求
一种使用管状、柱体壁的石墨电极来碎解金属本体的方法，所述电极具有内部、外部和切割端部，所述切割端部用于在金属本体中切割出有闭合边界的沟，所述方法包括使电极沿着与电极的柱体方向平行的方向振动，同时施加电压以在切割端部和本体之间形成电弧和中断电弧，从而使本体的处于电弧处的区域被熔化；从远离切割端部的相对端部通过电极壁供给冷却剂，以便将本体的由电极提供的电流加热而熔化的表面区域热冲击和断裂成固化颗粒接触，其中所述电极接触所述表面区域；电极在其振动循环的靠前位置处接触本体，在电极处于振动循环的靠后位置处向本体传输冷却剂；以及允许冷却剂沿着电极的内部和外部冲洗固化颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其中用于冷却剂从电极的切割端部通过电极的内部运 送固化颗粒的路径被限制成将用于从电极的切割端部通过电极的内部运送固化颗粒的冷 却剂体积限定为小于从电极的切割端部在电极的外部运送固化颗粒的冷却剂体积。
3.根据权利要求2所述的装置，其中用于从切割端部通过电极的内部运送固化颗粒的 冷却剂体积受封闭电极的相对端部的壁中的开放区域的尺寸限制。
4.一种用于金属碎解机的石墨电极，所述电极包括中空柱体主体，所述主体具有裙状 壁，所述裙状壁在一个端部开放且在与所述一个端部相对的端部处至少部分开放，所述裙 状壁具有在所述一个端部和所述相对端部之间延伸的多个孔，所述多个孔适于将液体冷却 剂从所述相对端部引导至所述开放端部，所述相对端部具有布置成使冷却剂的一部分体积 经过所述裙状壁孔排放的排放区域。
5.根据权利要求4所述的石墨电极，其中所述排放区域在裙状壁孔的总横截面面积的 大约50%至150%的范围内。
6.一种用于金属碎解机的石墨电极和电极保持器的组合装置，所述电极包括在一个 端部带有开放的裙状壁的中空柱体主体，所述裙状壁具有在所述一个端部和相对端部之间 延伸的多个孔，所述多个孔适于将液体冷却剂从所述相对端部引导至所述开放端部，当电 极安装在金属碎解机上时，所述保持器在电极的相对端部处成比例地接合电极并且支承电 极，所述电极和保持器被构造和布置成使所述液体冷却剂的一部分体积经过被碎解的部分 和所述裙状壁的内表面之间的空间排放。
7.根据权利要求6所述的组合装置，其中所述保持器被布置成向电极传导碎解电流。
8.根据权利要求7所述的组合装置，其中所述保持器和所述电极中的一个或两个具有 限制经过所述空间的冷却剂体积的排放区域。
9.根据权利要求8所述的组合装置，其中所述保持器和/或所述电极的限定区域的横 截面是裙状壁中的孔的总横截面面积的大约50%至150%。
全文摘要
本发明公开了一种用于金属碎解机的石墨电极，所述电极包括在一个端部带有开放的裙状壁的中空柱体主体，所述裙状壁具有在所述一个端部和相对端部之间延伸的多个孔，所述多个孔适于将液体冷却剂从所述相对端部传输至所述开放端部，当电极安装在金属碎解机上时，所述保持器在电极的相对端部处成比例地接合电极并且支承电极，所述电极和保持器被构造和布置成使所述液体冷却剂的一部分体积经过被碎解的部分和所述裙状壁的内表面之间的空间排放。
文档编号B23H7/26GK101947674SQ20101022511
公开日2011年1月19日 申请日期2010年7月7日 优先权日2009年7月8日
发明者H·R·卡曼 申请人:卡曼公司