专利名称：一种非导电材料的电解电火花线切割加工装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种线切割加工装置及方法，特别是关于一种非导电材料的电解电火花线切割加工装置及方法。
背景技术：
石英、玻璃和陶瓷等非导电材料具有耐磨、耐高温、耐腐蚀和良好的耐热冲击等性能，已经被广泛应用于微机电系统、微流体系统、生物医学及航空航天等领域。然而，这些材料通常具有硬脆性，而且不导电，所以难以用传统的机械切削方法和常规的电火花线切割加工技术对其进行切割加工。目前，国内外非导电材料的切割方法主要有金刚砂轮切割、激光切割、等离子体切割、磨料水射流切割、辅助电极电火花线切割和电解电火花复合线切割等方法。金刚石切割方法成本高，而且容易出现裂纹。激光切割、等离子体切割和磨料水射流切割方法都存在加工精度低，表面粗糙度高，加工厚度小的问题。辅助电极电火花线切割方法是将绝缘陶瓷表面覆盖一层导电材料作为辅助电极，利用金属电极丝和辅助电极之间在煤油中发生击穿放电产生的热量来去除绝缘陶瓷的一种加工方法，该方法得以进行的必要条件是煤油受热分解生成碳并且覆盖在绝缘陶瓷表面，该过程不可控，因此难以保证稳定加工，加工效率低。电解电火花复合加工方法是目前研究较多的绝缘材料的电加工技术，这种技术是利用电解液中火花放电作用来对工件材料进行去除加工的。电解液通常为氢氧化钠溶液、硝酸钠溶液或氯化钠溶液。该技术的关键是通过电解反应在电极丝表面形成完整的气体薄膜，将电极丝和电解液隔离开，继而在电压的作用下击穿气体薄膜，发生火花放电，利用火花放电时的瞬间高温和冲击作用来去除工件材料。这种传统的加工方法所能加工工件的厚度严重受限，因为参与加工的电极丝长度越长，气体薄膜需要包裹的电极丝的面积就越大，越不容易生成完整的气体薄膜。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种非导电材料的电解电火花线切割加工装
置及方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种非导电材料的电解电火花线切割加工装置，其特征在于:其包括一用于固定工件的主轴、若干导轮、一电极丝、一辅助电极和一盛有电解液的加工槽；所述电极丝通过外部运丝机构连接外部电源负极，且所述电极丝的其中一段通过所述导轮浸设在所述电解液中；所述辅助电极浸设在所述电解液中，且所述辅助电极的一端连接外部电源正极。所述电解液为硝酸铝溶液。所述电极丝为钥丝或钢丝。所述辅助电 极的材料为不锈钢。所述电极丝为水平设置或竖直设置。
采用所述装置的一种非导电材料的电解电火花线切割加工方法，其包括以下步骤:1)主轴带动工件以恒定的速度向电极丝作进给运动，电极丝在外部运丝机构的带动和导轮的导向作用下做往复直线运动；2)向电极丝和辅助电极施加直流或者脉冲电压，电极丝和辅助电极在施加的直流或脉冲电压的作用下通过电解液形成回路；3)浸入电解液中的电极丝表面附近发生电化学反应和电解电火花放电现象并在电极丝表面迅速附着一层绝缘层；4)随着电极丝的往复直线运动，与工件接触的电极丝的绝缘层瞬间被磨掉并发生电解电火花放电，电解电火花放电产生的瞬间高温和冲击作用去除工件材料；5)主轴继续带动工件以恒定的速度向电极丝作进给运动，直到完成对工件的切割加工。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明由于在对工件进行加工时，主轴带动工件以恒定的速度向电极丝作进给运动，电极丝在外部运丝机构的带动和导轮的导向作用下做往复直线运动，向电极丝和辅助电极施加直流或者脉冲电压，电极丝和辅助电极在施加的直流或脉冲电压的作用下通过电解液形成回路，浸入电解液中的电极丝表面附近发生电化学反应和电解电火花放电现象并在电极丝表面迅速附着一层绝缘层，随着电极丝的往复直线运动，与工件接触的电极丝的绝缘层瞬间被磨掉并发生电解电火花放电，电解电火花放电产生的瞬间高温和冲击作用去除工件材料，主轴继续带动工件以恒定的速度向电极丝作进给运动，直到完成对工件的切割加工，因此本发明在相对狭小空间内更容易形成完整的气体薄膜，增大参与切割的电极丝的最大长度，从而明显增大所能加工工件的厚度。2、 本发明由于浸入电解液中参与加工的电极丝表面附近发生电化学反应和电解电火花放电现象，并在电极丝表面迅速附着一层绝缘层，该绝缘层材料为氧化铝，其耐高温和腐蚀性能良好，因此本发明能够保证电极丝在加工过程中稳定存在。3、本发明由于对电极丝绝缘处理的过程和对工件的加工过程可以在同一装置中进行，因此本发明可以简化设备，降低成本。基于以上优点，本发明可以广泛应用于各种较厚非导电材料的加工中。
图1是本发明的电解电火花线切割加工的结构示意2是图1中A的局部放大图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明的电解电火花线切割加工装置包括一用于固定工件2的主轴1、两导轮4、一电极丝5、一辅助电极6和一盛有电解液3的加工槽7。其中，电极丝5通过外部运丝机构(图中未示出)连接外部电源负极，且电极丝5的其中一段在两导轮4的支撑和导向作用下水平浸设在电解液3中。辅助电极6浸设在电解液3中，且辅助电极6的一端连接外部电源正极。电极丝5和辅助电极6在连接外部电源的情况下通过电解液3形成回路。在一个优选的实施例中，电解液3为硝酸铝溶液。在一个优选的实施例中，电极丝5为钥丝或钢丝。在一个优选的实施例中，辅助电极6的材料为不锈钢。在一个优选的实施例中，电极丝5也可以通过导轮4竖直浸设在电解液3中，以便依托现有机床的结构，使机床的制造更为便利。如图2所示，电极丝5和辅助电极6在连接外部电源的情况下，通过电化学反应和电解电火花放电可以在电极丝5表面生成一层绝缘层8。根据本发明提供的电解电火花线切割加工装置，本发明还提出了一种非导电材料的电解电火花线切割加工方法，其包括以下步骤:1、主轴I带动工件2以恒定的速度向电极丝5作进给运动，电极丝5在外部运丝机构的带动和导轮4的导向作用下做高速往复直线运动。2、通过外部运丝机构，给电极丝5和辅助电极6施加直流或者脉冲电压，电极丝5和辅助电极6在施加的直流或脉冲电压的作用下通过电解液3形成回路。3、浸入电解液3中的电极丝5表面附近发生电化学反应和电解电火花放电现象，并在电极丝5表面迅速附着一层绝缘层8。4、当工件2与电极丝5接触时，随着电极丝5的高速往复直线运动，与工件2接触的电极丝5的绝缘层8瞬间被磨掉并发生电解电火花放电。5、电解电火花放电产生的瞬间高温和冲击作用去除工件材料。6、主轴I继续带动工件2以恒定的速度向电极丝作进给运动，直到完成对工件2的切割。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和各实施步骤等都是可以有所变化的，凡是在 本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种非导电材料的电解电火花线切割加工装置，其特征在于:其包括一用于固定工件的主轴、若干导轮、一电极丝、一辅助电极和一盛有电解液的加工槽；所述电极丝通过外部运丝机构连接外部电源负极，且所述电极丝的其中一段通过所述导轮浸设在所述电解液中；所述辅助电极浸设在所述电解液中，且所述辅助电极的一端连接外部电源正极。
2.如权利要求1所述的一种非导电材料的电解电火花线切割加工装置，其特征在于:所述电解液为硝酸铝溶液。
3.如权利要求1 2任一项所述的一种非导电材料的电解电火花线切割加工装置，其特征在于:所述电极丝为钥丝或钢丝。
4.如权利要求1 3任一项所述的一种非导电材料的电解电火花线切割加工装置，其特征在于:所述辅助电极的材料为不锈钢。
5.如权利要求1 4任一项所述的一种非导电材料的电解电火花线切割加工装置，其特征在于:所述电极丝为水平设置或竖直设置。
6.一种采用如权利要求1 5任一项所述装置的非导电材料的电解电火花线切割加工方法，其包括以下步骤: 1)主轴带动工件以恒定的速度向电极丝作进给运动，电极丝在外部运丝机构的带动和导轮的导向作用下做往复直线运动； 2)向电极丝和辅助电极施加直流或者脉冲电压，电极丝和辅助电极在施加的直流或脉冲电压的作用下通过电解液形成回路； 3)浸入电解液中的电极丝表面附近发生电化学反应和电解电火花放电现象并在电极丝表面迅速附着一层 绝缘层； 4)随着电极丝的往复直线运动，与工件接触的电极丝的绝缘层瞬间被磨掉并发生电解电火花放电，电解电火花放电产生的瞬间高温和冲击作用去除工件材料； 5)主轴继续带动工件以恒定的速度向电极丝作进给运动，直到完成对工件的切割加工。
7.如权利要求6所述的一种非导电材料的电解电火花线切割加工方法，其特征在于:所述步骤I)中所述电极丝为钥丝或钢丝。
8.如权利要求6 7任一项所述的一种非导电材料的电解电火花线切割加工方法，其特征在于:所述步骤2)中所述辅助电极为不锈钢，所述电解液为硝酸铝溶液。
全文摘要
本发明涉及一种非导电材料的电解电火花线切割加工装置及方法，其特征在于非导电材料的电解电火花线切割加工装置包括一用于固定工件的主轴、若干导轮、一电极丝、一辅助电极和一盛有电解液的加工槽；在对工件加工前，先对电极丝进行绝缘处理，即浸入电解液中的电极丝表面附近发生电化学反应和电解电火花放电现象并在电极丝表面迅速附着一层绝缘层；随着电极丝的往复直线运动，与工件接触的电极丝的绝缘层瞬间被磨掉并发生电解电火花放电，电解电火花放电产生的瞬间高温和冲击作用去除工件材料；主轴继续带动工件以恒定的速度向电极丝作进给运动，直到完成对工件的切割加工。本发明可以广泛应用于各种较厚非导电材料的加工中。
文档编号B23H7/02GK103231134SQ20131016703
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月8日 优先权日2013年5月8日
发明者韩福柱, 王津, 陈伟 申请人:清华大学