高速切割放电加工方法
【专利摘要】一种电弧放电加工领域的线电极高速切割放电加工方法，根据加工型面特征分析，确定多孔中空线电极几何结构以及进给路径，机床工作液供液系统通过线电极孔隙为加工间隙提供具有一定压力及流量的工作液，机床放电电源正极接工件、负极接线电极，为放电间隙提供直流或脉冲直流，通过击穿加工间隙中的工作液在间隙中形成短电弧放电，通过线电极在预定进给路径下运行，可以实现对目标加工型面的高速成形下料放电加工。本发明可简化工具进给路径，利用强化高压、大流量内冲液可保证短电弧稳定放电高效加工，从而方便、经济地实现具有成形下料切割特征功能的高速切割放电加工的工艺方法，该方法适合于平面、曲面及型腔的高速成形下料加工。
【专利说明】高速切割放电加工方法【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种放电加工【技术领域】的加工方法，具体是一种可进行高速柔性切割放电加工的方法。
【背景技术】
[0002]实现对贵重难加工材料的高效、低耗绿色环保加工一直是材料加工领域的努力方向。放电加工具有“以柔克刚”、非接触式加工的优点，特别是采用短电弧放电过程进行加工，其放电过程可传导上万安培的高能放电电流，是工业界认可并全力发展的一种高效加工难加工材料的有效手段。在这一工业环境下，形成了多种基于电弧放电的高效加工方法。
[0003]据专利检索可知，叶良才在专利CN 87106421A及CN 1061175A中涉及了电熔爆高效加工的加工方法，主要用于轧辊、磨辊等外圆类零件的加工及开槽等。通用电气公司在专利CN 1693024A及苏州中特机电科技有限公司在专利CN1397399A中均涉及了短电弧加简单管电极铣削方式的高效放电加工方法。上海交通大学在专利CN 102091839A中涉及了短电弧加成形电极下沉方式的高速放电加工方法。上述两种方法主要用于曲面及型腔的高效加工。
[0004]这些现有方法虽然能够实现对材料的高效加工，但它们均是通过将工件毛坯多余材料以微小蚀除颗粒的方式去除，来获得最终零件结构的。这使得去除材料体积大，造成能耗高、加工时间长且去除材料再利用困难等不足，不符合绿色环保的制造理念。特别是对大型航空难加工材料零件的加工。这些零件多为贵重金属材料，并且零件成品与毛坯体积之比一般都很低，多数情况下，毛坯材料的绝大部分要被当作加工余量去除掉。如钛合金材料零件成品与毛坯体积比都低于20%。除此之外，由于这些现有方法受其加工方式限制，无法实现类似传统电火花线切割特点的下料加工。
[0005]弥补现有高速放电加工技术的不足，进一步拓展高速放电加工技术功能，推进其进一步绿色化，正是推广高速放电加工`技术工程化的意义所在。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种“高速切割放电加工方法”，通过采用具有特征几何结构的多孔线电极，可简化工具进给路径，利用强化高压、大流量内冲液，可保证短电弧稳定放电加工，从而方便、经济地实现具有成形下料切割特征功能的高速切割放电加工的工艺方法，该方法适合于平面、曲面及型腔的高速成形下料加工。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0008]本发明首先根据加工型面特征分析，确定多孔中空线电极几何结构以及进给路径，将线电极工装端与机床的主轴固定连接，将线电极进液口与机床工作液供液系统固定连接，加工工件固定于机床工作台上，通过机床主轴伺服进给保持线电极工作区域与工件待加工区域的稳定放电加工间隙，机床工作液供液系统通过线电极为加工间隙提供具有一定压力及流量的工作液，通过工作液供液系统、线电极、加工间隙形成冲液回路，机床放电电源正极接工件、负极接线电极，为放电间隙提供直流或脉冲直流，通过击穿加工间隙中的工作液在间隙中形成短电弧放电，使得加工间隙、线电极、工件、放电电源之间形成放电回路，在冲液回路、放电回路共同作用下通过线电极在预定进给路径下运行，可以实现对目标加工型面的高速成形下料放电加工。
[0009]所述的多孔中空线电极是指:一端或两端开孔，在其侧壁开有孔隙，且内部呈中空的电极。
[0010]所述的线电极几何结构是指:加工目标型面的特征几何结构，通常为目标几何型面母线。
[0011 ] 所述的线电极进液口是指:电极开孔端口，两端开孔线电极可选择一进液口或两进液口。
[0012]所述的进给路径是指:利用线电极完成目标型面加工的电极运动路线。
[0013]所述的电源系统是指:提供电压值为35V-120V，峰值电流为100A-10000A的直流电源。
[0014]所述的电源系统或者是指:提供脉冲宽度与脉冲间隔范围分别为20 μ s-20ms,峰值电压值范围为35V-120V，峰值电流为100A-10000A的脉冲电源。
[0015]所述的机床是指:具有一轴或多轴自动伺服进给及回退功能的机床。
[0016]所述的工作液是指水基工作液，如切削乳化液、民用自来水(电导率为125?1250 μ S/cm)。
[0017]所述的冲液回路是指:工作液供液系统为线电极及工件加工间隙内提供具有1.5MPa及以上的压力、5L/min及以上的流量的流动工作液，保证极间稳定的短电弧高速放电加工过程。
[0018]所述的放电回路是指:机床电源系统在线电极及工件加工间隙上施加可击穿放电间隙的开路电压，当间隙击穿后在极间维持具有设定量大小的放电电流的等离子体通道，保证极间形成短电弧放电加工过程。
[0019]所述的成形下料是指:线电极按照进给路径对工件毛坯件进行成形切割，将毛坯件分割为目标件及具有其反铐型面余料的过程。
[0020]本发明的有益效果在于:利用多孔中空线电极在极间进行高压、大流量内冲液，保证通过短电弧进行材料蚀除，具有传统电火花加工所无法比拟的高效材料去除能力；利用线电极采用切割放电加工方式可以大幅降低加工目标型面所需的材料去除量，从而能够有效节省能源并且大量保留贵重金属材料，这是技术背景中所介绍的已公开的采用短电弧加工方法所无法实现的；加工适用范围广，不光可以实现直纹面加工，通过设置线电极的几何结构可以方便实现型腔及复杂曲面的加工。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为高速切割放电加工原理示意图。
[0022]图2为高速切割放电加工直纹面作业示意图。
[0023]图3为高速切割放电加工空间曲面型面作业示意图。
[0024]图4为高速切割放电加工型腔作业示意图。【具体实施方式】
[0025]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0026]如图1所示，本实施例应用环境包括:多孔中空线电极1、工件2、机床3、放电电源
4、工作液供给系统5，其中:首先根据加工型面特征确定多孔中空线电极I的几何结构以及其进给路径，将线电极I工装端与机床3的主轴固定连接，将线电极I进液口与机床工作液供液系统5供液端固定连接，加工工件2固定于机床工作台上，通过机床主轴伺服进给保持线电极I工作区域与工件2待加工区域的稳定放电加工间隙，机床工作液供液系统5通过线电极I多孔结构为加工间隙提供具有一定压力及流量的工作液，通过工作液供液系统5、线电极1、加工间隙形成冲液回路，机床放电电源4正极接工件2、负极接线电极1，为放电间隙提供直流或脉冲直流，通过击穿加工间隙中的工作液在间隙中形成短电弧放电，使得加工间隙、线电极1、工件2、放电电源4之间形成放电回路，在冲液回路、放电回路共同作用下，通过线电极I在预定进给路径下运行，实现对目标加工型面的高速成形下料放电加工。
[0027]实施例1。
[0028]高速切割放电加工轮廓为椭圆的直纹面，如图2所示。根据目标型面特征选择具有直线特征的线电极I，选择具有三轴联动数控功能的机床，预设进给路径为目标椭圆。其中线电极I长200mm,外径为8mm,内径为4mm,冲液孔径为2mm,材料为石墨,工件材料为高温合金(GH4169)。电源参数为:峰值电压60V、峰值电流550A、脉冲宽度2000 μ s以及脉冲间隔100 μ S。工作液为切削乳化液，工作液压力为1.5MPa，流量为10L/min。在上述工艺条件下，实现了高速、稳定的短电弧加工过程，材料去除率可高达5120mm3/min，并且能够使电极相对损耗比保持在3%以下的较低损耗水平。
[0029]实施例2。
[0030]高速切割放电加工空间曲面型面，如图3所示。选择线电极I具有目标空间型面的母线几何特征，选择具有三轴联动数控功能的机床，根据目标型面特征预设进给路径如图所示。其中线电极I轮廓长度300mm,外径为15mm,内径为8mm,冲液孔径为2.5mm,材料为石墨，工件材料为钛合金(TC4)。电源参数为:峰值电压60V、峰值电流1000A、脉冲宽度2000 μ s以及脉冲间隔100 μ S。工作液为切削乳化液，工作液压力为1.5MPa，流量为20L/min,进行双端口供液。在上述工艺条件下，短电弧加工过程稳定，电极相对损耗比保持在3%以下，获得的材料去除率可高达9564mm3/min。
[0031]实施例3。
[0032]高速切割放电加工三维矩形型腔，如图4所示。选择线电极I具有型面轮廓几何特征，选择具有三轴联动数控功能的机床，根据目标型面特征预设进给路径如图所示。其中目标型腔深200mm,宽150mm,长300mm。线电极I工作区域外径为12mm,内径为8mm,冲液孔径为2mm，材料为石墨，工件材料为钛合金(TC4)。电源参数为:峰值电压60V、峰值电流1000A、脉冲宽度1000 μ s以及脉冲间隔200 μ S。工作液为切削乳化液，工作液压力为1.5MPa流量为20L/min。在上述工艺条件下，短电弧加工过程稳定，电极相对损耗比低于3%，材料去除率可高达6146mm3/mi η。
[0033]尽管此处已经对被认为是本发明的优选和典型的实施例进行了描述，但本领域的技术人员通过此处的教导应该易于理解本发明的其他变形。因此，所希望的是确保在所附技术方案中所有这些变型都落入本发明的真实精神和范围内。
【权利要求】
1.一种高速切割放电加工方法，其特征在于，首先根据加工型面特征，确定多孔中空线电极几何结构以及进给路径，将线电极工装端与机床的主轴固定连接，将线电极进液口与机床工作液供液系统固定连接，加工工件固定于机床工作台上，通过机床主轴伺服进给保持线电极工作区域与工件待加工区域的稳定放电加工间隙，机床工作液供液系统通过线电极为加工间隙提供具有一定压力及流量的工作液，通过工作液供液系统、线电极、加工间隙形成冲液回路，机床放电电源正极接工件、负极接线电极，为放电间隙提供恒定直流或脉冲直流，通过击穿加工间隙中的工作液在间隙中形成短电弧放电，使得加工间隙、线电极、工件、放电电源之间形成放电回路，在冲液回路、放电回路共同作用下通过线电极在预定进给路径下运行，可以实现对目标加工型面的高速成形下料放电加工。
2.根据权利要求1所述的高速切割放电加工方法，其特征是，所述的多孔中空线电极是指:一端或两端开孔，在其侧壁开有孔隙，且内部呈中空的电极。
3.根据权利要求1所述的高速切割放电加工方法，其特征是，所述的线电极几何结构是指:加工目标型面的特征几何结构，通常为目标几何型面母线。
4.根据权利要求1所述的高速切割放电加工方法，其特征是，所述的线电极进液口是指:电极开孔端口，两端开孔线电极可选择一进液口或两进液口。
5.根据权利要求1所述的高速切割放电加工方法，其特征是，所述的进给路径是指:利用线电极完成目标型面加工的电极运动路线。
6.根据权利要求1所述的高速切割放电加工方法，其特征是，所述的电源系统是指:提供电压值为35V-120V，峰值电流为100A-10000A的直流电源。
7.根据权利要求1所述的高速切割放电加工方法，其特征是，所述的电源系统或者是指:提供脉冲宽度与脉冲间隔范围分别为20μ s-20ms，峰值电压值范围为35V-120V，峰值电流为100A-10000A的脉冲电源。
8.根据权利要求1所述的高速切割放电加工方法，其特征是，所述的机床是指:具有一轴或多轴自动伺服进给及回退功能的机床。
9.根据权利要求1所述的高速切割放电加工方法，其特征是，所述的工作液是指水基工作液，如切削乳化液、民用自来水(电导率为125-1250 μ S/cm)。
10.根据权利要求1所述的高速切割放电加工方法，其特征是，所述的冲液回路是指:工作液供液系统为线电极及工件加工间隙内提供具有1.5MPa及以上的压力、5L/min及以上的流量的流动工作液，保证极间稳定的短电弧高速放电加工过程。
11.根据权利要求1所述的高速切割放电加工方法，其特征是，所述的放电回路是指:机床电源系统在线电极及工件加工间隙上施加可击穿放电间隙的开路电压，当间隙击穿后在极间维持具有设定量大小的放电电流的等离子体通道，保证极间形成短电弧放电加工过程。
12.根据权利要求1所述的高速切割放电加工方法，其特征是，所述的成形下料是指:线电极按照进给路径对工件毛坯件进行成形切割，将毛坯件分割为目标件及具有其反铐型面余料的过程。
【文档编号】B23H1/10GK103801771SQ201210450094
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月12日 优先权日:2012年11月12日
【发明者】李磊 申请人:李磊