用于电火花加工的方法和脉冲形成设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及根据权利要求1和权利要求12的前序部分的在产生最佳表面质量和 最高精度方面用于在钻孔、开模、锐削和线切割过程中使用的电火花加工的方法和脉冲形 成设备。
【背景技术】
[0002] 间颗定女： 借助于电火花加工从工件移除材料的机床的制造商一般会遭遇如下问题，即：不管 他们付出的所有努力，当给工作区域布线时，非常难W将短的、矩形加工脉冲（processing pulse)传送到火花隙。
[0003] 对大于大约5A的电流幅值和短于大约0. 5yS的脉冲持续时间而言尤其是运样。 脉冲W变宽和变平的方式变形的原因是脉冲源和火花放电之间的寄生漏电感，所述寄生漏 电感即使在最好的情况下也能超过30化H。
[0004] 一个选择将会是增加脉冲源电压，但运是不可能的，运是由于必须可W独立地调 整脉冲电压，因为它是最重要的工艺参数之一。
[0005] 电火花加工中设及的物理过程在短于大约l(K)ns的脉冲持续时间的范围中是特 别令人关注的，运是因为在此极限W下，机加工过程从部分烙化过程变成纯粹蒸发过程，即 所谓的烧蚀。放电位置处的溫度梯度改变得如此突然，W至于工件材料未经历任何结构改 变。
[0006] 此金属蒸汽的冷凝物由于不会在电介质中分解成金属氧化物或金属氨氧化物而 仅W极细颗粒的形式存在于电介质中。运产生另一重要优点，即，横跨被蚀除材料(例如，当 进行精密钻孔时）的较大微粒抑制不可控的、有破坏性的横向放电。
[0007] 当考虑到与电火花加工紧密相关的激光切割的近期的历史时，会认识到类似的发 展。利用越来越短的激光束脉冲(短至飞秒）W及越来越高的脉冲功率来实现与移除速率 和表面品质相关的部分意外良好的加工结果。当超过了脉冲持续时间和束功率的离散极值 时，会产生突破性的改进。
[0008] 对于在物理原理方面W类似的方式起作用的放电过程，基于上文提及的原因，迄 今选择的路径已是沿着超短脉冲的方向。因此，需要根本性的新方案，W便有效地降低放电 位置处的寄生漏电感。
[0009] 现有巧术: 同轴电缆或条形导体已经用作脉冲形成设备几乎100年了。主要应用领域是用于核研 究工业、超声波发生器和雷达系统的高能物理W及细胞生物学研究。
[0010] Mitsubishi的JPS56-119316A公开了在每种情况下都具有电容的馈线（feed line)。但是，具有电容的馈线的上升时间过长。矩形脉冲也同样等同地难W实现。
[0011] 本申请的图4图示了使用同轴电缆的已知方案。发明人D'Amario的专利EP1 719 570,其中，现有功率电缆在放电线切割机器中W创新的方式用作脉冲形成设备，W便 实现lOOkW/mm2的特定脉冲功率。150ns脉冲持续时间之后36A的脉冲电流或IWns脉冲持 续时间之后43A的脉冲电流被引用，并且被发现足W用于抛光范围之前的中间加工范围。
[0012] D'Amario包括对叫Imann等人的专利DE26 53 857的参考，并且运样做时设及 可使用滑动接触件进一步改进电流上升时间的事实。
[0013] 同样，长期W来已知将作为成行布置的延迟元件的电容元件和电感元件用作替代 的同类延迟线，即所谓的离散延迟线。
[0014] 作为示例，早在1957年，来自Pfau的专利US3, 033, 971中也提出了用于不包括 任何电子开关装置的放电发生器的离散延迟线。图5中所示的解决方案展示了用于给离散 延迟线充电的退禪阻抗R、L和作为开关元件的饱和反应器Ls。能够借助于预磁化来改变 饱和反应器的电压时间积分。与火花隙并联的电阻确保在火花隙处于非常高的电阻状态的 情况下饱和能够W稳定的方式发生。
[0015] 必须明确地提及基于同轴电缆或条形导体的所有解决方案的不良可伸缩性是现 有技术的缺点。如果目的在于实现即较高的脉冲功率，则此解决方案立刻变得极度庞大和 成本局昂。
[0016] 在此情况下，来自D'Amario的专利EP1 719 570成为一个例外，运是因为具有 大约1，000欧元的材料价值的适于他的发明的目的的电缆巧合地在机器上已可获得。
[0017] 但是，D'Amario在他的专利EP1 719 570中也没有隐瞒理论上他已预期W42ns 的50A的脉冲湘应地1. 2A/ns)，但仅测量到W15化S的36A的脉冲诵应地0. 24A/ns)。运 显然绝对足W实现他的发明的目的，但是，随之而来的放电技术的进一步发展需要更激进 的方法。
[0018] 使用同轴电缆的许多解决方案产生对脉冲形状而言运样的意外差的结果的主要 原因在于没有在大体积电缆和负载之间实现几乎无电感的连接的能力。充电电压越低，电 感问题就将越大。因此，大部分的相关出版物仅设及理论模拟也就不令人惊讶了。
[0019] 根据来自Pfau的专利US3, 033, 971的发生器的主要缺点在于也被添加到布线的 漏电感的处于饱和状态的饱和反应器Ls的附加的大剩余电感。结果，此解决方案完全不适 于产生极短的脉冲。另外的缺点自然也设及缺少对短路和火花隙上的电弧作用的保护，并 且还设及不能独立地控制工艺参数。
【发明内容】
[0020] 本发明的目的在于帮助克服设及能够传送的脉冲持续时间和可能的脉冲振幅的 上文提及的限制。
[0021] 此目的借助根据权利要求1的方法和根据权利要求12的脉冲形成设备来实现。
[0022] 可W使用根据本发明的方法及其相对应的脉冲形成设备来产生更短和更高强度 的脉冲，运使得关于更好的机加工性能、更精细的轮廓、改进的表面质量和更高的精密度的 放电技术中的显著进步成为可能。
[0023] 与使用离散延迟线和工件上的滑动接触件的两种已知解决方案相比，在根据本发 明的解决方案的情况下，馈线到火花隙的漏电感被完全消除，并且火花隙自身剩余的少量 漏电感被当作离散延迟线的最终存储元件的一体部件处理。
[0024] 用于电火花加工过程的根据本发明的方法，所述电火花加工过程用于借助于使包 括多个存储元件的离散延迟线放电来形成矩形脉冲，所述方法特征能够在于，所述存储元 件在馈线靠近火花隙的部段上被布置为所述馈线到所述火花隙的一部分，并且所述离散延 迟线借助于电极侧接触装置连接到导引头，并且借助于工件侧接触装置连接到所述工件。 因此，可W产生更短和更高强度的脉冲。
[00巧]本发明还设及一种用于借助于使用离散延迟线的火花放电过程产生用于电火花 加工过程的矩形脉冲的脉冲形成设备。运包括W链形式布置的多个存储元件，其中，所述存 储元件在带状和柔性的馈线的端部处的直接邻接火花隙的部段上W印制或表面可安装的 形式被布置为带状和柔性的馈线到火花隙的一部分，并且所述离散延迟线包括电极侧接触 装置，W便产生或确保电接触和机械保持布置，并且包括与工件电接触的工件侧接触装置。
[0026] 本发明的有利的设计和实施例在从属权利要求中公开。
[0027] 本文下面参考多个可行的实施例来解释本发明。然而，不言而喻的是，本发明不限 于运些实施例和应用领域。
[0028] 根据本发明所述的方法及其脉冲形成设备特别适于借助于电火花加工来制造精 巧和非常精细的结构。
[0029] 此外，另外的应用领域也是可行的。本发明一般在同等程度上非常适于使用电火 花加工的钻孔、开模、锐削和线切割技术。但是，由于电极和火花隙之间的高杂散电容，所述 方法较不适于对具有大表面面积的电极开模，运是因为设定的（programmed)脉冲形状同样 将因放电间隙的非常高的杂散电容而变形。
[0030]因此，主要的应用领域是例如喷丝嘴、燃料注入喷嘴、满轮喷气发动机中的冷却钻 孔之类的产品的制造，而且还在冲压工具、拉制工具和压制工具中，W及在精密微型零部件 的批量生产中。
【附图说明】
[0031] 本文下面参照附图进一步解释本发明的优选实施例和变体，在附图中： 图1图示了按照根据本发明的方法的离散延迟线的单存储元件； 图2图示了按照根据本发明的方法的第一变体的具有退禪阻抗和二极管的离散延迟 线； 图3图示了按照根据本发明的方法的另一变体的双离散延迟线； 图4图示了在具有包括多个同轴电缆的同类延迟线的专利EP1 719 570中公开的已 知解决方案； 图5图示了在具有离散延迟线的专利US3 033 971中公开的已知解决方案； 图6图示了按照根据本发明的另一方法的用于电火花钻机的离散延迟线的安装示例； 图7图示了按照根据本发明的另一方法的适于多个离散延迟线的自动交换的电火花 钻机中的集成的示例； 图8a图示了在IOOV的源电压的情况下具有二极管的放电脉冲的示例； 图8b图示了在200V的源电压的情况下具有二极管的放电脉冲的示例； 图9a图示了在IOOV的源电压的情况下不具有二极管的脉冲串的示例； 图9b图示了在200V的源电压的情况下不具有二极管的脉冲串的示例； 图IOa图示了在IOOV的源电压的情况下具有两个二极管的脉冲串的示例； 图I化图示了在200V的源电压的情况下具有两个二极管的脉冲串的示例。[0032]附图标记 1柔性印制电路锥 2 导体轨（conductortrack)-工件 3导体轨-电极 4电感 5SMD电容 6接触钻孔 7发生器连接件-工件 8发生器侧导体轨-工件 9SMD电感 10工件连接件 11