专利名称：纳米磁性粒子改善微细电解线切割产物排出方法
技术领域：
本发明中的纳米磁性粒子改善微细电解线切割加工产物排出的方法，属于微细电解加工领域。
背景技术：
随着精密器械产品朝着高性能、高可靠性以及集成化的方向快速发展，在产品零件中出现了大量形状各异的微结构，对于航空航天、精密器械产品中广泛存在微细孔、窄槽、细缝等微结构的加工，目前已发展了多种微尺度加工方法，主要有微细切削和微细特种加工技术，其中微细特种加工技术占据主导地位，主要包括微细电火花加工、微细电解加エ、激光加工、LIGA技术、电子束加工、离子束加工以及它们的复合、组合加工。微细电解加工是基于电化学离子去除原理来微量溶解エ件的技术，理论上可以达 到原子级的加工精度，具有高效、低成本、与材料硬度无关、不产生加工应カ等原理上的优势，在微细加工方面存在着巨大的发展潜力。微细电解线切割是电解原理和线切割形式相结合的ー种新型微细电解加工技术，由于线电极没有损耗，可以采用微米级直径金属丝做电极，加工出小至数微米的切缝。电解加工过程中产生气泡和固体加工产物，如果这些加工产物不能及时排出，蓄积在加工区内，将会导致加工区局部电解液成分、浓度发生很大程度的改变，从而降低加工反应速度甚至中断加工。当采用线电极去电解加工高深宽比微细结构的时候，由于侧面间隙通常縮小到数微米甚至达到亚微米尺度，加工产物极易蓄积在加工区，造成短路，使加工无法持续进行。为了有效地移除电解产物，保证加工的持续进行，常规电解加工主要利用高压、高速的电解液流动来带走反应产物。但在微细电解加工吋，由于电极本身尺寸微小，高冲液压力可能导致电极发生振动甚至变形损坏；且由于加工间隙微小，电解液沿程压カ损失大，夕卜部冲液对加工区域内部较深处电解液的扰动和更新能力很弱。目前微细电解加工改善电解产物排出、更新加工间隙内部电解液的途径有工具电极高速旋转、工具电极间歇回退、线电极轴向微幅振动和PZT压电陶瓷高频振动。微细电解线切割采用的线电极直径在微米级，必须依靠夹具固定，无法实现旋转，间歇回退会大大降低加工效率。线电极轴向微幅振动和PZT压电陶瓷高频振动可以在一定程度上改善加工间隙内流场，提高加工稳定性和加工精度，但是加工过程中仍存在固体加工产物和气泡附着在电极丝和エ件表面的问题，加工产物排出效果仍需改善。如何更好地解决加工过程中加工产物及时、稳定排出的问题，已成为电解线切割エ艺进一步发展的瓶颈。
发明内容
本发明的目的是针对现有微细电解线切割エ艺中加工产物排出困难，提供ー种高效率、稳定性好的方法。ー种改善电解线切割エ艺加工产物排出情况的方法，其特征在于在加工区域上、下方分别安装磁性粒子发射器和磁铁，磁性粒子发射器用于发射纳米磁性粒子，磁铁用于引导并加速磁性粒子；选用的纳米磁性粒子不溶于电解液，不參加工件加工过程中电化学反应，密度大；工作过程中，纳米磁性粒子在重力和磁铁磁力弓I导下，穿过加工区域，冲击和扰动加工区域，达到改善产物排出情况的目的磁性粒子向下运动，促进固体加工产物的排出；磁性粒子冲击、扰动加工区域有利于气泡排出，阻碍大气泡生成并击破已生成的大气泡。所述的改善电解线切割 エ艺加工产物排出的方法，其特征在于上述磁性粒子发射器和电极丝共同安装于电极丝块，使得磁性粒子发射器与电极丝同步进给；同时使得纳米磁性粒子沿线电极轴向穿过加工区域。选择的纳米磁性粒子不能溶于电解液，不參加加工过程中电化学反应，不改变电解液成分，利用纳米磁性粒子向下运动的机械能冲击加工区域，提高加工产物排出效率。可见，本发明的特点是在加工区域上方工具电极丝周围沿轴向发射纳米磁性粒子，并在加工区域下方磁铁磁性引力和重力作用下沿电极丝轴向向下运动。纳米磁性粒子作用是 中穿过并冲击、扰动加工区域，带出固体加工产物； 击破大直径气泡，阻碍气泡生长变大，防止大直径气泡附着在加工间隙挤压电极丝，导致电极丝变形；③冲击、扰动加工区域，使得气泡难以附着在线电极和エ件上，提高气泡排出效率。应用本发明能改善电解线切割エ艺加工质量，提高加工精度、表面粗糙度等指标。
图I是微细电解线切割加工系统示意 图2是纳米磁性粒子改善微细电解线切割加工产物排出示意 图中标号名称1、隔振平台，2、示波器，3、磁铁，4、脉冲电源，5、电脑，6、电解液槽，7、电解液Sエ件夹块，9、エ件，10、运动控制卡，11、连接件I，12、连接件!!，13、Z轴电机，14、连接件EI 15、Y轴电机，16、X轴电机，17、支架，18、电极丝块，19、连接板，20、PZT压电陶瓷，21、纳米磁性粒子，22、线电极，23、纳米磁性粒子发射器。
具体实施例方式图I是微细电解线切割加工系统示意图。该系统由隔振平台I、示波器2、磁铁3、脉冲电源4、电脑5、电解液槽6、电解液7、エ件夹块8、エ件9、运动控制卡10、连接件11、连接件12、Z轴电机13、连接件14、Y轴电机15、X轴电机16、支架17、电极丝块18、连接板19、PZT压电陶瓷20组成。其工作过程简述如下通过电脑5中控制软件控制XYZ三轴电机13、15、16，可实现三轴联动进给、自动对刀、轨迹加工等功能，重复精度可达到0. Iym。图2是纳米磁性粒子改善微细电解线切割加工区域产物排出示意图，其特点是加エ过程中，磁性粒子发射器23在线电极周围发射纳米磁性粒子，磁性粒子在重力和磁铁引力作用下，沿线电极轴向穿过并冲击扰动加工区域，改善加工产物的排出。下面结合图I和图2说明实施本发明——“纳米磁性粒子改善微细电解线切割加エ产物排出方法”的操作过程。
( I)连接好设备，开启电源，打开控制软件；
(2)安装エ件夹块8和エ件9，、电极丝块18和线电极22、磁性粒子发射器23，并在电解液槽6中注入适合高度的电解液7 ；
(3)エ件9接脉冲电源4正极，线电极22接脉冲电源4负极；
(4)通过控制软件控制Z轴电机13使得线电极22轴向微幅振动、PZT20在Z向高频振动，打开纳米磁性粒子发射器23 ；
(5)加工过程中，线电极22轴向微幅振动、PZT压电陶瓷20在Z向高频振动以及沿线电极22轴向穿过加工区域的纳米磁性粒子21都能改善加工区域加工产物的排出，提高加エ质量；
(6)通过控制软件设定线电极22相对于エ件9的运动轨迹，实现轨迹或者结构的加工。
权利要求
1.ー种改善电解线切割エ艺加工产物排出情况的方法，其特征在于 (1)在加工区域上、下方分别安装磁性粒子发射器(23)和磁铁(3)，磁性粒子发射器用于发射纳米磁性粒子，磁铁用于引导并加速磁性粒子； (2)选用的纳米磁性粒子不溶于电解液，不參加工件加工过程中 电化学反应，密度大； (3)工作过程中，纳米磁性粒子在重力和磁铁磁力引导下，穿过加工区域，冲击和扰动加工区域，达到改善产物排出情况的目的磁性粒子向下运动，促进固体加工产物的排出；磁性粒子冲击、扰动加工区域有利于气泡排出，阻碍大气泡生成并击破已生成的大气泡。
2.根据权利要求I所述的改善电解线切割エ艺加工产物排出的方法，其特征在于 上述磁性粒子发射器(23)和电极丝(22)共同安装于电极丝块，使得磁性粒子发射器(23)与电极丝(22)同步进给；同时使得纳米磁性粒子沿线电极轴向穿过加工区域。
全文摘要
一种微细电解线切割工艺中改善加工产物排出的方法，属于微细电解加工领域。该方法的特点在于在加工区域上方工具电极丝周围沿轴向发射纳米磁性粒子，磁性粒子在加工区域下方磁铁引力和重力作用下沿电极丝轴向向下运动。纳米磁性粒子作用是冲击、扰动并穿过加工区域，带出固体加工产物；击破大直径气泡，阻碍气泡生长变大，防止大直径气泡附着在加工间隙挤压电极丝，导致电极丝变形；冲击、扰动加工区域，使得气泡难以附着在线电极和工件上，提高气泡排出效率。
文档编号B23H3/00GK102950344SQ20121043866
公开日2013年3月6日 申请日期2012年11月7日 优先权日2012年11月7日
发明者曲宁松, 曾永彬, 徐坤, 朱荻 申请人:南京航空航天大学