游离电极的电火花放电加工方法及其设备与流程

本发明涉及一种游离电极的电火花放电加工方法及其设备。

背景技术：

电火花加工是使工件和工具电极之间不断产生脉冲性的电火花，靠放电时局部、瞬时产生的高温把工件上的多余材料蚀除下来，从而实现对零件的加工。但是在加工过程中，不仅工件材料会被去除，工具电极也会产生相应的损耗。

由于工具电极的制作较为复杂，特别是一些包含复杂曲面工具电极，为增加其使用次数，并提高加工质量。国内外大量学者在减少工具电极的损耗方面进行了大量的研究，并提出了一些减少工具电极损耗的方法，主要是利用电火花加工过程中存在的几个效应：1，极性效应：针对不同的加工要求，确定合适的加工电参数，根据极性效应，选择工件和工具电极的极性，利用此方法能有效减少工具电极的相对损耗；2，吸附效应：以煤油之类的碳氢化合物为工作介质时，工具电极接脉冲电源的正极，工件接负极，利用放电过程中碳氢化合物热裂解产生的大量带电荷的碳胶粒(一般带负电荷)在电场的作用下吸附在正极表面，从而保护工具电极，此方法在一定程度上也能减少电极的损耗；3，传热效应：电火花加工的本质是利用高温的能量使材料去除，通过选择导热性能好的工具电极材料和优化加工电参数，使作用在工件上的能量更加集中，同时使工具上的能量快速扩散，也能实现减少工具电极损耗的目的，但是当工件和工具电极材料相同，或者工件材料导热效果更好时，此方法基本不起作用；4，面积效应：在加工条件相同的条件下，加工面积加大，增加了排屑和冷却难度，提高了非正常放电的概率，因而增加了工具电极的相对损耗，通过采用集束电极的方式，减少加工面积，能有效减少损耗。

由上述可知，尽管大量的学者在减少工具电极相对损耗方面提出了很多有益的方法，取得了很好的效果，但是不能从更本上避免工具电极的损耗。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：加工过程中，不仅工件材料会被去除，工具电极也会产生相应的损耗，从而使工具电极不能重复使用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种游离电极的电火花放电加工方法，工件和工具电极分别与脉冲电源的正负两极连接，形状相同、尺寸均匀的游离电极在工具电极表面运动，在电火花加工过程中，工件、工具电极和游离电极都浸没在绝缘介质中，利用工具电极给游离电极进电，运动的游离电极与所要加工的工件产生电火花放电，进而去除工件表面的材料，最终将工具电极的形状复制在工件上，实现零件的加工。

用于实现上述加工方法的一种游离电极的电火花放电加工设备，包括工作介质槽，工件、脉冲电源和工具电极，工件和工具电极分别与脉冲电源的正负两极连接，游离电极形状相同、尺寸均匀，工具电极位于工件的下方，游离电极在磁控装置的电磁力驱动下在工具电极的表面往复运动；或者，工具电极的表面具有倾斜度，游离电极利用工具电极的表面的倾斜度在自身重力的作用在工具电极的表面由高点移动到低点后被游离电极回收装置回收，游离电极回收装置将回收的游离电极重新输送至工具电极的表面的高点，使工具电极的表面不断有游离电极在移动。

进一步限定，游离电极回收装置为输送带式游离电极回收装置，输送带式游离电极回收装置通过输送带和相应的游离电极导向轨道将将回收的游离电极重新输送至工具电极的表面的高点，输送带上具有推动游离电极移动的刮板。

进一步限定，游离电极回收装置包括循环槽、回收导向轨道、输送带、输送导向轨道和工作介质循环泵，循环槽位于工作介质槽的外部，并相对工作介质槽处于低位，回收导向轨道连通工作介质槽和循环槽，将落下工具电极的游离电极导入循环槽，输送导向轨道连通循环槽和工作介质槽，输送导向轨道和输送带配合设置，输送带上具有推动游离电极移动的刮板，输送带提供推动游离电极由循环槽向工作介质槽移动的动力，而输送导向轨道对游离电极的移动轨迹进行导向，将游离电极导向至工具电极的表面的高点，工作介质循环泵通过管路将流入循环槽的工作介质返回工作介质槽。

进一步限定，游离电极的形状为球体、立方体。

进一步限定，游离电极的体积为1×10^-3～1×10⁶mm³。

进一步限定，游离电极的尺寸偏差小于0.1mm。

进一步限定，游离电极在工具电极表面的运动速度为0.01～10m/s。

进一步限定，工件和工具电极通过倾斜设置的方式，使工具电极的表面具有倾斜度。

本发明的有益效果是：

1、通过工具电极表面运动的游离电极与工件产生放电，将工具电极的形状复制在工件上，实现了零件的加工。在此过程中，工具电极不参与放电，因而不会产生损耗，可重复利用，能有效降低电火花加工的成本，特别适用于复杂型面的加工。

2、由于游离电极始终处于运动状态，且运动速度可控，能极大改善极间的放电状态，改善产物的排出条件，减少非正常放电的发生概率，进而提高加工效率，改善加工质量。

3、在不需重新装夹的条件下，可不断更新游离电极，从而提高加工精度。

4、在加工过程中，游离电极能自我修正，使其尺寸更加均匀，从而提高加工精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；

图1是本发明的磁控立方体游离电极电火花加工原理图；

图2本发明的磁控球形游离电极电火花加工示意图；

图3本发明的重力驱动球形游离电极电火花加工示意图；

图中，1.工件，2.工具电极，3.脉冲电源，4.游离电极，5.磁控装置，6-1.循环槽，6-2.回收导向轨道，6-3.输送带，6-4.输送导向轨道，6-5.工作介质循环泵，7.工作介质槽，8.检测伺服系统，9.进给装置。

具体实施方式

实施例1

一种游离电极的电火花放电加工方法，工件1和工具电极2分别与脉冲电源3的正负两极连接，形状相同、尺寸均匀的游离电极4在工具电极2表面运动，在电火花加工过程中，工件1、工具电极2和游离电极4都浸没在绝缘介质中，利用工具电极2给游离电极4进电，运动的游离电极4与所要加工的工件1产生电火花放电，进而去除工件1表面的材料，最终将工具电极2的形状复制在工件1上，实现零件的加工。

如图1所示，实现该方法的游离电极的电火花放电加工设备，包括工作介质槽，工件1、脉冲电源3和工具电极2，工件1接脉冲电源3的负极，工具电极2接脉冲电源3的正极，游离电极4形状相同、尺寸均匀，工具电极2位于工件1的下方，游离电极4在磁控装置5的电磁力驱动下在工具电极2的表面往复运动。

工件1、工具电极2和立方体形状的游离电极4的材料种类分别为不锈钢、黄铜和45号钢，游离电极4的体积为1×10^-3～1×10⁶mm³，游离电极4的尺寸偏差小于0.1mm，优选游离电极4的形状为立方体，立方体形状的游离电极4的边长为1cm。工作介质为电火花加工专用油，开路电压为160V，峰值电流30A，脉宽50μs,脉间20μs，本实施例的磁控装置5设置在工具电极2的底部，通过磁控装置5产生的移动磁场，驱动游离电极4前后左右往复运动，使游离电极4能在工具电极2整个表面运动，运动速度为0.01～10m/s，优选0.1m/s。通过电火花放电加工设备的检测伺服系统8控制进给装置9驱动工件1接近工具电极2并进行间隙检查以保证整个加工系统顺利进行。加工完成后，发现工具电极2无损耗，且在加工过程中几乎未发现非正常放电现象。

实施例2

如图2所示，工件1安放在工具电极2的上方，工件1接脉冲电源3的负极，工具电极2接正极。工件1、工具电极2和球体形状的游离电极4的材料种类分别为不锈钢、黄铜和45号钢，球体形状的游离电极4的半径为2cm。工作介质为电火花加工专用油，开路电压为120V，峰值电流25A，脉宽80μs,脉间40μs，通过磁控装置5产生的移动磁场，驱动游离电极4前后左右往复运动，使游离电极4能在工具电极2整个表面运动，运动速度为0.05m/s。通过电火花放电加工设备的检测伺服系统8控制进给装置9驱动工件1接近工具电极2并进行间隙检查以保证整个加工系统顺利进行。加工完成后，发现工具电极2无损耗，且在加工过程中几乎未发现非正常放电现象。

实施例3

一种游离电极的电火花放电加工设备，包括工作介质槽，工件1、脉冲电源3和工具电极2，工件1和工具电极2分别与脉冲电源3的正负两极连接，游离电极4形状相同、尺寸均匀，工具电极2位于工件1的下方，工具电极2的表面具有倾斜度，游离电极4利用工具电极2的表面的倾斜度在自身重力的作用在工具电极2的表面由高点移动到低点后被游离电极回收装置回收，游离电极回收装置将回收的游离电极4重新输送至工具电极2的表面的高点，使工具电极2的表面不断有游离电极4在移动。

游离电极回收装置为输送带式游离电极回收装置，输送带式游离电极回收装置通过输送带和相应的游离电极导向轨道将将回收的游离电极4重新输送至工具电极2的表面的高点，输送带上具有推动游离电极4移动的刮板。

实施例4

和实施例3相比，游离电极回收装置包括循环槽6-1、回收导向轨道6-2、输送带6-3、输送导向轨道6-4和工作介质循环泵6-5，循环槽6-1位于工作介质槽7的外部，并相对工作介质槽7处于低位，回收导向轨道6-2连通工作介质槽7和循环槽6-1，将落下工具电极2的游离电极4导入循环槽6-1，输送导向轨道6-4连通循环槽6-1和工作介质槽7，输送导向轨道6-4和输送带6-3配合设置，输送带6-3上具有推动游离电极4移动的刮板，输送带6-3提供推动游离电极4由循环槽6-1向工作介质槽7移动的动力，而输送导向轨道6-4对游离电极4的移动轨迹进行导向，将游离电极4导向至工具电极2的表面的高点，工作介质循环泵6-5通过管路将流入循环槽6-1的工作介质返回工作介质槽7。

如图3所示，工件1和工具电极2都倾斜设置30⁰，以保证游离电极4能从高处运动到低处。工件1接脉冲电源3的负极，工具电极2接正极。工件1、工具电极2和球体形状的游离电极4的材料种类分别为不锈钢、黄铜和紫铜，球体形状的游离电极4的半径为3cm，工作介质为电火花加工专用油，开路电压为120V，峰值电流25A，脉宽80μs,脉间40μs。在加工过程中，利用具有刮板的输送带6-3将循环槽6-1中的游离电极4重新运送到工具电极2的高处，利用游离电极4自身的重力和输送带6-3实现游离电极4循环，游离电极4的运动速度大概为0.2m/s，同时利用工作介质循环泵6-5实现了工作介质的循环。通过电火花放电加工设备的检测伺服系统8控制进给装置9驱动工件1接近工具电极2并进行间隙检查以保证整个加工系统顺利进行。加工完成后，发现工具电极2无损耗，且在加工过程中几乎未发现非正常放电现象。