微小孔振动电极电火花电解可控复合加工方法及振动系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微小孔振动电极电火花-电解可控复合加工方法及振动系统，属于特种加工技术领域。
【背景技术】
[0002]随着航空工业的不断发展，航空发动机内部结构设计越来越复杂，其关键零部件出现越来越多微小孔结构，其加工难点主要表现在以下几个方面:I)不仅要求高尺寸、形状精度、高表面质量，还有无毛刺、孔口锐边等特殊要求；2)需要加工微小孔的零件材料一般多为高强度高硬度的难加工材料，如高温合金、钛合金、金属间化合物等；3)由于孔径小，所以微小孔加工长径比往往较大；4)对孔壁的金相组织有特殊要求，如要求孔壁无重铸层、无微裂纹。为了克服这些困难，国内外的学者和工程师研宄并尝试了多种方法来制造微小孔构件。目前，微小孔的加工方法主要有机械钻孔、激光打孔、电化学加工和电火花加工等。
[0003]与其他微小群孔加工技术相比，电火花-电解复合加工技术利用电火花加工快速、高效的优点，结合电解加工无再铸层的特点，形成了一种针对微小孔加工的特殊工艺，不仅可以提高加工速度，还可改善加工精度和表面质量，是解决航空发动机微小群孔结构高效、高精度加工的有效途径。
[0004]2009年6月17日，公开号为CN 101456095 A的中国专利公开了一种在电火花加工中加速排出被加工材料的方法，针对微小孔及深孔加工中加工产物不易排出的难题，提出了在电火花加工细微深孔的同时采用超声波振动辅助的方法，通过工具电极与工件之间的相对运动，加速加工区域中产物的排出，提高加工质量和加工效率，但该方法未应用于电火花电解复合加工。
[0005]2011年3月30日，授权号为CN101693313 B的中国专利公开了一种微三维结构的电火花电解组合铣削加工方法，借助分层铣削原理，采用简单电极进行微细电火花铣削和微细电解铣削的组合加工方式，进行多种金属合金材料和复杂型腔型面的加工，该发明可充分利用电火花伺服扫描铣削加工速度快以及微细电解数控铣削加工电极不损耗表面质量好的优势，达到加工精度高、速度快、成本低的有益效果，但该发明主要针对铣削加工，不适宜应用于微小孔加工。
[0006]2011年8月17日，申请号为201110111842.0的中国专利公开了一种电火花诱导可控烧蚀及电解复合较高效加工方法，该方法的主要特征是电解液作为工作介质，将待加工工件和管电极的一端浸没在工作介质中，向加工区域间歇性通入助燃气体并在待加工工件与管电极间形成气膜，在电火花放电作用下引燃气体实现高效燃烧，电火花加工后，关闭气源，进行电解加工及表面修整。该发明提高了蚀除效率并消除了加工表面的残余应力和变质层，但该方法对于微小孔加工效果不明显，且管电极损耗大，加工成本高。
[0007]2013年8月7日，公开号为CN103231133 A的中国专利公开了一种非导电材料的电解电火花复合加工方法及装置，该方法对非导电材料进行打孔前先对工具电极进行绝缘处理，在电化学反应、电解电火花共同作用下，使工具电极表面形成一层氧化铝绝缘膜，对工件进行打孔加工过程中，工具电极侧壁保持绝缘，仅在工具电极与工件接触的底面发生电解电火花放电，在电解电火花放电时的高温和冲击及磨削的共同作用下实现材料去除，完成工件的加工，该方法主要针对非导电材料的复合加工，不能应用于高温合金等难加工的导电材料的加工。
[0008]韩国首尔大学Do Kwan Chung和Bo Hyun Kim等提出了以离子水为工作液的微小孔电火花电解组合加工方法，电火花加工采用RC回路作为供电系统进行电火花加工，电解加工切断RC回路中的电容利用直流电源进行直接供电，通过控制RC回路中电容的通断，实现电火花加工和电解加工的有效结合，从而实现金属材料的高速电火花制孔和电解光整加工，最终获得无重铸层、无裂纹等缺陷的微小孔结构，该工艺实现了电火花电解组合加工，加工效率相对较低。
[0009]新加坡国立大学的M.Rahman教授提出了一种在低电导率的去离子水中进行微细电火花和微细电解同步加工的工艺方法，分析了不同加工参数对加工精度和表面质量的影响，该工艺方法主要应用于微细加工，加工效率相对较慢。
[0010]台湾地区YanBiing-Hwa等进行了电火花-电化学抛光组合制孔工艺研宄，选取镍基高温合金作为加工对象进行微小孔组合加工试验，利用电火花加工进行高速制孔加工，然后对加工后含有重铸层、微裂纹等缺陷的孔壁通过电化学抛光的原理进行去除，通过实验分析了加工电压、电极转速对表面质量和孔型精度的影响，并利用此工艺加工出不同形状的孔，故电加工效率较低，而添加研磨工艺后，工序变得复杂，且加工时间较长。
[0011]哈尔滨工业大学王振龙等进行了三维金属微结构的微细电火花和微细电解铣削复合加工研宄，米用相同的工具电极在同一机床上利用不同的工作介质，实现了微细电火花加工和微细电解铣削的依次进行。此外，王振龙等进一步研宄了微细电火花和微细电解复合制孔技术。首先利用电火花磨削原理制造出微细棒状电极，然后利用所制造的工具电极依次进行电火花快速制孔和电解光整加工，以去除电火花加工产生的重铸层和微裂纹等，该工艺方法主要应用于微细加工领域，加工效率较低。
[0012]清华大学李勇等采用微细电解和微细电火花组合加工的方法，利用电火花加工的高效率和电解铣削加工的高表面质量等优点，实现了 3D微小结构的加工。此外，李勇等利用先电火花加工后电化学加工的工艺组合，开展了燃油喷嘴到锥孔加工实验，研宄了加工电压、脉冲持续时间、占空比以及工具电极进给速度等工艺参数对于加工孔径的影响，并通过控制电解加工的电压、电流以及工具电极进给速度，获得了内圆角及表面加工质量较好的倒锥孔，该工艺方法主要应用于微细加工领域，且组合加工方式相比于复合加工方式，加工效率较低。
[0013]南京航空航天大学朱荻等利用电火花-电解组合加工工艺实现异型孔的加工，即在高速电火花加工后，利用同一机床、同一管电极、同一工作液进行原位电解加工，加工出异型孔，该工艺虽然减少了二次装夹及频繁更换工作液所带来的时间消耗和加工误差，但相比于复合加工，加工效率仍相对较低。
[0014]2014年I月I日，公开号为CN103480926A的中国专利公开了一种微小孔电火花-电解异区同步复合加工方法及其专用工具，该方法利用超低浓度中性盐溶液在高压脉冲的作用下，在管电极的端面实现电火花轴向进给高速穿孔加工，在低压脉冲的作用下，对电火花加工后的孔壁进行径向电解光整加工。从而实现微小孔的高速加工，同时利用电化学作用，对加工孔壁表面进行了光整加工，去除表面重铸层，从而实现电火花-电解的异区同步复合，而本专利采用振动电火花-电解复合加工，既可实现电火花-电解的异区同步复合，也可实现电火花-电解的同区域复合，振动模式的改变可以实现电火花-电解复合的可控性，此外施加的振动可有效改善微小加工区域的排肩效果，从而提高加工效率、改善加工效果。
[0015]航空工业领域存在大量的微小单群孔结构，此类孔往往加工精度和表面质量要求较高