专利名称：高瞬时能量密度电火花高速铣削加工方法
技术领域：
本发明涉及的是一种高瞬时能量密度电火花高速铣削加工方法，属于机械加工领域。
背景技术：
目前，传统的加工方法很难对一些具有高硬度、高强度、高韧性以及高脆性的材料实现高效加工，且加工成本普遍较高。对于航空航天领域常用的一些镍基合金、钛基合金以及一些工程陶瓷的加工，一直是加工领域的难题。放电加工为以上材料的加工提供了一种有效的方法，相对于昂贵的高速铣削加工设备以及其加工成本，电加工方法体现了其良好的经济性。电火花加工是一种通过电极与被加工工件之间的连续火花放电来去除材料的加工方法。由于工具电极与工件之间没有直接接触，所以电火花加工具有宏观作用力小，对机床刚性要求低以及容易实现精密加工等优点。但是目前的电加工设备普遍存在材料去除效率低的缺点。中国专利文献号CN 1657208A中记载了一种用于电火花加工的可实现大流量内冲液的集束电极。集束电极的有益效果在于，把整体式成形电极离散化为可由大量管状或棒状单元电极聚合而成，使得带有复杂轮廓、加工成本较高的成形电极的加工被简化为利用可大批量、低成本生产的简单管状或棒状单元电极的组合集束而成，因此大幅度降低电极成本，缩短制作时间。中国专利文献号CN 102091839 A中进一步公开了集束电极高速放电加工方法，上述加工方法采用集束电极实现强化高压、大流量多孔内冲液，运用流体动力断弧机制来保证短电弧放电加工。该加工方法为成型加工方式，即工具电极和工件没有相对转动，降低了加工柔性。本发明人通过实验发现采用铣削的加工方式，并对放电间隙施以足够的冲液能量以及足够的放电能量，可以在具有三轴或者三轴以上自动伺服进给及回退功能的机床上实现高速电火花加工。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种“高瞬时能量密度电火花高速铣削加工方法”，利用电极与工件之间的高瞬时能量密度火花放电，将工件材料熔化；高速流动的工作液将熔化的材料排出放电间隙，保证加工的稳定性；借助于具有三轴或者三轴以上自动伺服进给及回退功能的机床，可简单、方便、经济地实现高速电火花铣削加工，该方法尤其适合复杂曲面、超大型腔的高速加工。本发明是通过以下技术方案实现的。本发明首先将含有单个或多个内冲液孔的棒状石墨电极装夹在具有内冲液功能的机床主轴上，使其以一定转速随机床主轴旋转；电极外部另设一套外冲液机构，使由水基工作液供液系统提供的具有不同压力和流量的工作液同时经机床主轴和外冲液机构送达由电极和工件组成的放电间隙，加工过程中，电极和工件分别连接直流电源或者直流脉冲电源的负极和正极，通过电极与工件之间的连续的高瞬时能量密度火花放电，实现对工件材料的去除。所述的工作液供给系统可通过具有内冲液功能的机床主轴向旋转电极的冲液孔提供具有一定压力和流量的水基工作液并使其流过由电极和工件组成的放电间隙。所述的工作液供给系统还可以通过外冲液机构提供一层具有一定厚度且沿旋转电极外表面高速流向放电间隙的水基工作液。所述的工具电极是指含有单个或多个冲液孔的高纯度棒状石墨电极。所述的工具电极转速为(Γ10000 r/min。所述的放电电源是指提供脉冲宽度与脉冲间隔范围分别为O. Γ1000 ms，峰值电 压为50 300 V，峰值电流为ΚΚΓ5000 A的大功率直流脉冲电源。所述的机床是指至少具有三轴自动伺服进给及回退功能的机床。所述的水基工作液为含水量大于95%的水包油型乳化液。本发明的有益效果在于利用具有高瞬时能量密度的火花放电进行材料蚀除，并采用内冲液与外冲液相结合的方法保证加工稳定性，具有远高于普通电火花放电加工所能获得的材料去除能力；加工过程可以采用三轴或多轴联动的方式，可轻松实现复杂曲面与大型腔的高效加工。本加工方法可对一些具有一定导电性的工程陶瓷、高温合金等其他的传统难加工导电材料实现高效加工。
图1是高瞬时能量密度电火花高速铣削加工设备示意图。图2是高瞬时能量密度电火花高速铣削加工原理示意图。
具体实施例方式下面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。如图1所示，本实施例应用环境包括含有单个内冲液孔的棒状石墨电极1、待处理工件2、放电电源3、水基工作液供给系统4、外冲液机构5和具有内冲液功能的机床主轴6，其中工具电极I装夹在具有内冲液功能的机床主轴6上，随主轴以一定的转速旋转，工具电极I外部另设一套外冲液机构5，使由水基工作液供液系统4提供的具有不同压力和流量的工作液同时经具有内冲液功能的机床主轴6和外冲液机构5送达由工具电极I和待处理工件2组成的放电间隙，对被熔化的材料迅速冷却并将其迅速排出放电间隙，如图2所示。加工过程中，工件和电极分别连接直流脉冲电源的正极和负极，通过电极与工件之间的连续高瞬时能量密度火花放电，实现对工件的高效加工。实施例1
利用具三轴自动伺服进给及回退功能的机床，主轴转速3000 r/min，工具电极I的直径为10 mm，中心冲液孔的直径为4 mm，材料为高纯度的石墨，待处理工件2材料为模具钢8407，利用脉冲宽度3 ms，脉冲间隔I ms，峰值电压为80 V、峰值电流为800 A电源参数进行加工，工作液为含水量为95%的水包油型乳化液，内冲液系统提供的工作液压力为O. 5MPa，外冲液系统提供的工作液出口压力为O. 3 MPa，加工轨迹为工具电极先竖直向下进给
5mm，然后再水平移动50 mm，加工出一键槽状结构，所获得的模具钢8407的材料去除率为8952 mmVmi η。实施例2
变换工件材料，以充分验证高速电弧放电铣削加工对不同材料的普遍适用性，选择工件材料为钛合金(型号TC4)，保持实施例1中其他加工条件不变，TC4的材料去除率为14263 mmVmi η。
实施例3
选择工件材料为碳素钢(S45C)，保持实施例1中其他加工条件不变，碳素钢S45C的材料去除率为10127 mm3/min。
权利要求
1.一种高瞬时能量密度电火花高速铣削加工方法，其特征在于，将含有单个或多个内冲液孔的棒状电极装夹在具有内冲液功能的机床主轴上，使其以一定转速随机床主轴旋转；电极外部另设一套外冲液机构，使由水基工作液供给系统提供的具有不同压力和流量的工作液同时经机床主轴和外冲液机构送达由电极和工件组成的放电间隙，加工过程中，工件和电极分别连接直流脉冲电源的正极和负极，通过电极与工件之间的高瞬时能量密度火花放电，实现对工件的高效加工。
2.根据权利要求1所述的高瞬时能量密度电火花高速铣削加工方法，其特征是，所述的工作液供给系统可通过具有内冲液功能的机床主轴向旋转电极的冲液孔提供具有一定压力和流量的水基工作液并使其流过由电极和工件组成放电间隙。
3.根据权利要求1所述的高瞬时能量密度电火花高速铣削加工方法，其特征是，所述的工作液供给系统还可以通过外冲液机构提供一层具有一定厚度且沿旋转电极外表面高速流向放电间隙的工作液。
4.根据权利要求1所述的高瞬时能量密度电火花高速铣削加工方法，其特征是，所述的工具电极为含有单个或多个冲液孔的高纯度棒状石墨电极。
5.根据权利要求1所述的高瞬时能量密度电火花高速铣削加工方法，其特征是，所述的放电电源是指脉冲宽度与脉冲间隔范围分别为O. Γ1000 ms，峰值电压为5(Γ300 V，峰值电流为10(T5000 A的大功率直流脉冲电源。
6.根据权利要求1所述的高瞬时能量密度电火花高速铣削加工方法，其特征是，所述的机床是指具有至少三轴自动伺服进给及回退功能的机床。
7.根据权利要求1所述的高瞬时能量密度电火花高速铣削加工方法，其特征是，所述的水基工作液为含水量大于95%的水包油型乳化液。
全文摘要
本发明涉及一种高瞬时能量密度电火花高速铣削加工方法，属于机械加工领域。该方法是在加工过程中，将具有内冲液孔的旋转棒状电极接电源负极，被加工工件接电源正极，利用电极与工件之间的高瞬时能量密度火花放电，将工件材料熔化去除；高速流动的工作液将熔化的材料排出放电间隙，并实现对被加工工件的冷却。本发明利用高瞬时能量密度的火花放电，并采用高压强迫内冲液与低压外冲液相结合的方法，实现了加工的稳定性与高效性，可对任何导电材料，包括具有弱导电性的工程陶瓷以及高温合金在内的传统难加工材料实现高效加工。
文档编号B23H1/08GK103008802SQ20121053006
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者刘永红, 张彦振, 王飞, 申泱, 唐泽民, 纪仁杰, 蔡宝平 申请人:中国石油大学(华东)