一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工装置及方法

本发明涉及玻璃、石英材料加工，具体涉及一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工装置及方法。

背景技术：

1、玻璃、石英材料如玻璃、石英、半导体、工程陶瓷等因耐磨性强、硬度高、绝缘性好等优良的性能，在电子、光学、仪器仪表、航空航天、国防及民用工业等诸多领域有着越来越广泛的应用。由于玻璃、石英材料的脆性高、断裂韧性低、弹性极限与强度非常接近，导致其可加工性非常差。目前，应用较多的传统机械加工方法有切割加工技术、切削加工技术和磨削加工技术等。但玻璃、石英材料承受的载荷经常会超过其弹性极限而发生断裂破坏，从而在加工表面形成裂纹和凹坑，严重影响其表面质量和性能。

2、电化学放电加工是一种非接触式加工工艺，其在一定程度上将传统电解加工与电火花加工工艺进行了结合。电化学放电加工过程中，首先通过电解作用在工具电极表面形成致密难导电气膜，进一步随着电压提高气膜被击穿并形成瞬时火花放电，放电产生的热量经电解液传导至加工区域内的工件材料，工件材料在高温、热冲击及化学蚀除的作用下实现去除，因而不受被加工材料导电性机械性能的影响。

3、然而现阶段电化学放电线切割多数采用水平放置电极浸没电解液以及喷电解液形式完成电极的放电，且电解液多为强碱性溶液等，水平放置电解液浸没式会由于重力的问题导致工具电极表面气膜厚度不均匀影响加工质量，喷液式又由于喷射水压会影响工具电极表面气膜的形成影响放电效率，而强碱电解液处理成本高，对环境、人体危害较大。因此需要一种绿色环保，且加工质量好的加工装置及方法。

技术实现思路

1、为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工装置，包括xy运动进给机构和切割机构，所述切割机构包括线锯传动机构、液位平衡泵、辅助电极、上层电解液槽、脉冲电源以及导电块，所述xy运动进给机构上活动安装有安装板，所述下层电解液槽和线锯传动机构固定在安装板上，所述下层电解液槽内的上方位置固定有上层电解液槽，上层电解液槽的一侧设有用于调节电解液浸没深度的液面控制机构，所述液位平衡泵输入端与下层电解液槽连接，液位平衡泵输出端与上层电解液槽连接；

2、所述线锯传动机构上设置有金刚石线锯，线锯传动机构带动金刚石线锯做往复运动，一段区域内的金刚石线锯沿y向设置，且沿y向设置的金刚石线锯位于上层电解液槽内并穿过上层电解液槽的底面；

3、所述导电块与金刚石线锯接触，所述辅助电极位于上层电解液槽内，所述脉冲电源负极与导电块电连接，脉冲电源正极与辅助电极电连接。

4、优选的，所述线锯传动机构包括导轮和丝筒，所述金刚石线锯绕设在导轮和丝筒上。

5、优选的，液面控制机构包括挡板，所述上层电解液槽一侧壁的高度低于上层电解液槽的其它侧壁，上层电解液槽高度低的侧壁上设有螺纹孔，所述挡板上设有沿y向设置的长孔，挡板通过螺栓、长孔和螺纹孔的配合安装在上层电解液槽的一侧。

6、一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工方法，包括以下步骤：

7、s1、将金刚石线锯安装在线锯传动机构上，并使一段区域内的金刚石线锯置于上层电解液槽内并穿过上层电解液槽的底面，将脉冲电源的正极和负极分别与辅助电极和导电块连接，金刚石线锯与导电块接触，然后根据所需液位高度调节液面控制机构；

8、s2、通过y向移动装置向上层电解液槽内放置待加工工件，工件相对于上层电解液槽固定，工件与上层电解液槽底面保持有间距；

9、s3、向上层电解液槽内注入电解液，直至达到所需液位高度，当有电解液从上层电解液槽中流至下层电解液槽中，造成液位高度下降时，启动液位平衡泵，对液位进行平衡；

10、s4、开启脉冲电源，金刚石线锯浸没在电解液中的部分电解电解液生成氢气膜，氢气膜逐渐隔绝金刚石线锯和电解液，当氢气膜两侧电压超过阈值时，氢气膜被击穿，产生火花放电，火花放电会使加工区域的工件软化，通过xy运动进给机构带动金刚石线锯进行材料去除和切割运动，加工工件。

11、优选的，所述脉冲电源的电压为0~100v。

12、优选的，所述电解液质量分数为10%~20%的nahco3溶液。

13、优选的，所述丝筒转速为0~3000r/min。

14、优选的，所述击穿电压放电阈值为74v。

15、优选的，所述金刚石线锯直径为0.08~0.42mm。

16、优选的，所述xy运动进给机构固定在基座上，所述基座上设有龙门架，所述y向移动装置固定在龙门架顶部。

17、本发明具有以下有益效果：

18、1、本发明采用浸没式加工，可在金刚石线锯表面生成稳定的绝缘气膜，避免了由于喷液等原因导致的气膜被破坏，进而形成较为稳定的火花放电。

19、2、本发明中金刚石线锯呈竖直状态进行加工，从而能够保持加工使工具电极竖直，在工具电极表面四周均维持较为稳定的气膜，保证加工质量。

20、3、本发明使用nahco3溶液作为电解液进行加工，nahco3溶液可自然分解、无毒性、不会污染环境，而且刺激性很低不刺激皮肤，避免了对环境、人体的危害。

21、4、本发明采用金刚石线锯作为切割加工用线锯，由于线锯表面覆盖金刚石，当电化学放电软化工件后，可以刮除材料以及形成的热影响区等热缺陷，提高了加工表面质量，提高加工效率。

22、5、本发明可以调节电解液的液位高度，进而可调节金刚石线锯被电解液浸没的深度，通过对金刚石线锯浸没深度的调节，完成不同厚度工件的加工，降低了火花放电能量，提高了加工精度。

技术特征：

1.一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工装置，其特征在于：包括xy运动进给机构（10）和切割机构，所述切割机构包括线锯传动机构、液位平衡泵（9）、辅助电极（6）、上层电解液槽（7）、脉冲电源（5）以及导电块（4），所述xy运动进给机构（10）上活动安装有安装板（16），所述下层电解液槽（8）和线锯传动机构固定在安装板（16）上，所述下层电解液槽（8）内的上方位置固定有上层电解液槽（7），上层电解液槽（7）的一侧设有用于调节电解液浸没深度的液面控制机构，所述液位平衡泵（9）输入端与下层电解液槽（8）连接，液位平衡泵（9）输出端与上层电解液槽（7）连接；

2.根据权利要求1所述的一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工装置，其特征在于：所述线锯传动机构包括导轮（2）和丝筒（3），所述金刚石线锯（1）绕设在导轮（2）和丝筒（3）上。

3.根据权利要求1所述的一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工装置，其特征在于：液面控制机构包括挡板（12），所述上层电解液槽（7）一侧壁的高度低于上层电解液槽（7）的其它侧壁，上层电解液槽（7）高度低的侧壁上设有螺纹孔，所述挡板（12）上设有沿y向设置的长孔（121），挡板（12）通过螺栓（122）、长孔（121）和螺纹孔的配合安装在上层电解液槽（7）的一侧。

4.一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工方法，其特征在于：所述脉冲电源（5）的电压为0~100v。

6.根据权利要求4所述的一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工方法，其特征在于：所述电解液质量分数为10%~20%的nahco3溶液。

7.根据权利要求4所述的一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工方法，其特征在于：所述丝筒（3）转速为0~3000r/min。

8.根据权利要求4所述的一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工方法，其特征在于：所述击穿电压放电阈值为74v。

9.根据权利要求4所述的一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工方法，其特征在于：所述金刚石线锯（1）直径为0.08~0.42mm。

10.根据权利要求4所述的一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工方法，其特征在于：所述xy运动进给机构（10）固定在基座（14）上，所述基座（14）上设有龙门架（15），所述y向移动装置（13）固定在龙门架（15）顶部。

技术总结
本发明提出了一种电化学放电复合金刚石线锯精密切割加工装置及方法，装置包括XY运动进给机构和切割机构，切割机构包括线锯传动机构、液位平衡泵、辅助电极、上层电解液槽、脉冲电源以及导电块，下层电解液槽内设有上层电解液槽，上层电解液槽的一侧设有液面控制机构，液位平衡泵输入端与下层电解液槽连接，其输出端与上层电解液槽连接；线锯传动机构上设置有金刚石线锯，线锯传动机构带动金刚石线锯做往复运动，一段区域内的金刚石线锯沿Y向设置；导电块与金刚石线锯接触，辅助电极位于上层电解液槽内，脉冲电源负极和正极分别与导电块和辅助电极电连接。本发明加工过程绿色环保，且能够使线锯表面的气膜均匀，稳定产生火花放电，保证加工质量。

技术研发人员：王承志,刘勇,王丽,王侃,彭传校,徐海超,陈永康
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8