气中高效电火花铣削加工方法
【专利摘要】本发明属于特种加工领域，涉及一种气中高效电火花铣削加工方法。本发明通过大幅增加加工间隙输入能量的峰值电流和脉冲宽度，保证足够量的工件材料被熔化，再通过高速空气流和高速电极旋转保证加工碎屑的有效排出和工具电极的充分冷却。该方法在加工不锈钢和钛合金等材料时的加工效率达到5000mm3/min以上，使得电火花加工的效率首次达到机械加工水平。可实现高强高硬导电材料的大型型腔、复杂零件等的经济、环保、快速加工。
【专利说明】
气中高效电火花铣削加工方法
技术领域
[0001 ]本发明属于特种加工领域，涉及一种气中高效电火花铣削加工方法。
【背景技术】
[0002]电火花加工是将直流脉冲电源的正负极接在工件和工具电极上，电介质充满加工间隙，通过放电击穿电介质形成的高温等离子体来去除材料。这种非接触的加工方法，可以加工任意导电的材料，而不用考虑它的强度，硬度，粘性等物理性质。被广泛应用在航空航天，汽车制造，生物工程等领域。该技术在使用液体电介质时，由于液体介质的分解作用会产生环境污染。而干式电火花加工使用空气作为电介质，不仅节约了成本，而且减少了环境污染。加工环境的改善还可以增加工人的工作热情和效率，提升企业形象。然而，较低的加工效率一直是制约该项技术广泛应用的瓶颈。国内外专家学者为了提高其加工效率，进行了大量的探索，然而效果并不明显，其加工效率最高仅到60mm3/min，这远低于传统机械加工的几千mm3/min0
【发明内容】
[0003 ]本发明旨在解决现有干式电火花加工方法的低效率，提出了气中高效电火花加工方法。该方法通过增加加工间隙输入能量的峰值电流和脉冲宽度，保证足够量的工件材料被熔化，再通过高速空气流和高速的电极旋转保证加工碎肩的有效排出和工具电极的充分冷却。该方法在加工不锈钢和钛合金等材料时的加工效率达到5000mm3/min以上，使得电火花加工的效率首次达到机械加工水平。可实现高强高硬导电材料的大型型腔、复杂零件等的经济、环保、快速加工。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的。高功率脉冲电源的正负极分别连接工件和电极，高功率脉冲电源提供足够的加工能量给加工间隙，来熔化足够多的工件材料;高速旋转的石墨电极在主轴的带动下向工件伺服进给，并保持一个维持电火花加工的微小间隙；空气压缩机将高压高速的空气流通过空心电极的内部通入加工间隙，空气流起到排除加工碎肩和冷却电极的作用。
[0005]所述高功率脉冲电源是指峰值电流100?1000A，峰值电压70?310V，脉冲宽度和脉冲间隔调节范围0.1?1000ms。
[0006]所述高速旋转主轴转速调节范围200?3000r/min。
[0007]所述石墨电极为高纯石墨厚壁管，外径范围4?30mm，内径范围I?10mm。
[0008]所述石墨电极向工件伺服进给，速度范围0.001?15m/min。
[0009]所述高压高速空气流的压力调节范围0.1?0.7MPa，流速调节范围2?17m3/h。
[0010]本发明的实施例所用石墨管状电极的内径为4mm，外径为12mm，这与传统干式电火花加工使用的薄壁管状电极不同。传统干式电火花加工不能使用厚壁石墨管的原因是加工间隙非常小，厚壁时加工碎肩很难排出。该方法的加工能量要比传统干式电火花加工大得多，从而导致较大的加工间隙和较好的排肩效果;较大的壁厚可以增加该种方法的加工效率，而且较小的内径能够增大空气流的速度，从而改善排肩效果;该方法使用的石墨电极旋转速度范围是500?3000rpm，这比传统干式电火花加工使用的100?300rpm要快，高速的电极旋转也有利于碎肩的有效排出。
【附图说明】
[0011 ]图1气中高效电火花铣削加工方法原理图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图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。
[0013]如图1所示，本发明【具体实施方式】包括以下步骤:厚壁管状石墨电极I装夹在具有内冲气功能的机床主轴3上，伺服电机2通过皮带带动主轴3高速旋转，同时通过伺服电机4带动主轴3和石墨电极I向工件5进行伺服进给运动，通过反馈控制系统6控制伺服电机4的运动，来调节加工间隙距离，保证放电加工稳定进行。高功率脉冲电源7的正负极分别连接在石墨电极I和工件5上，为加工间隙提供足够高的能量来熔化工件材料。空气压缩机8通过机床主轴3的内孔和石墨电极I的内孔向加工间隙提供高速空气流，空气流起到快速排除加工碎肩和冷却电极的作用。
[0014]实施例1:
[0015]工件材料为不锈钢AISI 304，尺寸60mmX 12mmX4mm;电极为高纯石墨管，内径4mm，外径12mm;加工介质为高速空气，空气压缩机最大压力0.7MPa;利用脉冲宽度9ms，脉冲间隔2ms，峰值电压250V，峰值电流600A的电源参数进行加工，工件接正极性，空气流压力
0.7MPa，所用铣削机床主轴旋转速度3000rpm，横向伺服进给速度6m/min，单步进给深度1mm，铣削加工所得槽型结构的深度为2mm，宽度为12mm，长度为50mm，加工效率为5162mm3/min，相对电极损耗率为15%。
[0016]实施例2:
[0017]工件材料为钛合金Ti6A14V，尺寸55mmX12mmX5mm;所用脉冲宽度为10ms，峰值电压为300V，其余参数与实施例1中相同，加工效率为5862mm3/min，相对电极损耗率为1.5%。
【主权项】
1.一种气中高效电火花铣削加工方法，其特征在于:高功率脉冲电源提供足够高的加工能量给加工间隙，管状石墨电极高速旋转并向工件伺服进给，高压高速的空气流通过空心电极的内部通入加工间隙。2.根据权利要求1所述的气中高效电火花铣削加工方法，其特征在于，所述的高功率脉冲电源，其供电的峰值电流为100?1000A，峰值电压为70?310V，脉冲宽度和脉冲间隔调节范围为0.1?1000ms。3.根据权利要求1所述的气中高效电火花铣削加工方法，其特征在于，所述的管状石墨电极为高纯石墨厚壁管，外径范围为4?30mm，内径范围为I?10mm。4.根据权利要求1所述的气中高效电火花铣削加工方法，其特征在于，所述的高速旋转电极，电极的旋转速度为200?3000r/min。5.根据权利要求1所述的气中高效电火花铣削加工方法，其特征在于，所述的伺服进给，速度为0.001?15m/min。6.根据权利要求1所述的气中高效电火花铣削加工方法，其特征在于，所述的高压高速空气流，压力调节范围为0.1?0.7MPa，流速调节范围为2?17m3/h。
【文档编号】B23H1/10GK105880757SQ201610392051
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】刘永红, 申泱, 董行, 纪仁杰, 武鑫磊, 孙万运, 张现智
【申请人】中国石油大学(华东)