通孔内表面磁控电火花加工装置及方法
【专利摘要】通孔内表面磁控电火花加工装置包括电极，工件固定在工作平台上，电极与工件的待加工通孔内表面之间留有间隙，工件外周设有磁场产生机构，所述磁场产生机构包括外壳、套接在工件外周的磁芯体及磁芯体上绕制的线圈，外壳覆盖在绕制有线圈的磁芯体外周，外壳由导磁材料制成，所述磁场产生机构固定在移动板上，移动板由动力机构带动沿待加工通孔的轴向移动，外部绕丝机构牵引电极沿待加工通孔的轴向移动，通电时，电极产生的电弧位于所述磁场产生机构产生的磁场内。本发明还公开了相应的通过磁场驱动电火花旋转的加工方法。本发明能够在电极不旋转、工件固定不动的情况下，完成具有通孔零件的通孔内表面的电火花加工，确保加工精度和加工稳定性。
【专利说明】通孔内表面磁控电火花加工装置及方法【技术领域】
[0001]本发明涉及微细加工【技术领域】，具体涉及微细孔电火花加工【技术领域】，尤其涉及待加工工件固定不动、同时利用磁场来使电极丝在非旋转的相对静止状态下实现管状零件内表面精加工的装置及方法。
【背景技术】
[0002]电火花加工是微细加工中发展较为成熟的方法，它非常适合微米级结构尺寸的精细加工，电火花加工微细孔具有加工直径小、精度高和可放在热处理后加工、易于实现自动化等优点，电火花加工技术在微细加工领域应用广泛。由于电火花微细孔加工的基本机理是利用工件和工具电极之间的脉冲性火花放电，产生瞬间高温使工件材料表面有选择地局部熔化和汽化蚀除，从而获得一定形状尺寸和表面粗糙度要求的零部件，因此，在电火花加工微细孔时，需要使电极丝相对于工件匀速旋转以使电弧带电粒子形成匀速圆周运动，或者使工件相对于电极丝旋转，由此完成微细孔的加工，如中国专利CN1266764A公开的“精密微细孔电火花加工装置”，其通过具有旋转套筒、常开式夹丝机构、常闭式夹丝机构等复杂结构的微细电极的旋转进丝复合机构控制旋转中的电极丝的进给，其微细孔的加工完全基于电极丝旋转运动使电弧带电粒子作圆周运动的机理，这种电极丝旋转运动进行微细孔加工的方法存在如下缺陷:第一，电极丝旋转运动存在误差，影响微细孔加工精度和加工的稳定性，并且需要设置复杂的使电极丝旋转的机构；第二，电极丝高速旋转运动过程中，电极丝会出现“拧断”等破坏性失效情况，影响微细孔加工的稳定性。另外，现有技术中无论是电极丝旋转还是工件旋转的电火花加工，均没有公开直接针对带有通孔的零件的通孔内表面精加工的电火花加工。
【发明内容】
[0003]本 申请人:针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种通孔内表面磁控电火花加工装置及方法，其能够在电极不旋转、工件固定不动的情况下，完成具有通孔零件的通孔内表面的电火花加工，确保加工精度和加工稳定性。
[0004]本发明的技术方案如下:
本发明所述通孔内表面磁控电火花加工装置，包括电极，电极两端连接有导线，工件固定在工作平台上，电极与工件的待加工通孔内表面之间留有间隙，工件的外周设有磁场产生机构,所述磁场产生机构包括外壳、套接在工件外周的磁芯体及磁芯体上绕制的线圈,外壳覆盖在绕制有线圈的磁芯体外周，外壳由导磁材料制成，所述磁场产生机构固定在移动板上，移动板由动力 机构带动沿待加工通孔的轴向移动，外部绕丝机构牵引电极沿待加工通孔的轴向移动，通电时，电极与工件产生的电弧位于所述磁场产生机构产生的磁场内。
[0005]其进一步技术方案为:
所述外壳上设有冷却水入口及冷却水出口，用于使冷却水进出磁芯体与外壳内壁之间的空间。[0006]所述动力机构采用丝杆副，所述丝杆副中的丝母与移动板固接。
[0007]所述工件的待加工通孔内通入有惰性气体。
[0008]本发明所述通孔内表面磁控电火花加工方法，包含以下步骤:
第一步，将工件固定在加工平台上，通过外部绕丝机构牵引电极移动至工件的待加工通孔的底端；
第二步，在工件的待加工通孔和电极之间连接电弧电源，放电形成电弧，同时，磁芯体和线圈通过连接励磁电源形成外加磁场，在磁场的作用下，电火花中的带电粒子产生旋转运动，由此驱动电弧旋转，电弧开始对待加工通孔的内表面加工；
第三步，由动力机构驱动移动板沿待加工通孔的轴向移动，同时通过外部绕丝机构牵引电极沿待加工通孔的轴向移动，二者的移动满足电极产生的电弧位于所述磁场产生机构产生的磁场内，直至完成对待加工通孔的内表面加工。
[0009]其进一步技术方案为:
所述第一步骤之后、第二步之前，将冷却水通过外壳上的冷却水入口通入磁芯体与外壳内壁之间的空间，并且开启冷却水出口，使冷却水循环进出磁芯体与外壳内壁之间的空间。
[0010]所述第二步及第三步的电火花加工过程中，在所述工件的待加工通孔内通入有惰性气体。
[0011]本发明的技术效果:
本发明在传统的电火花加工的基础上，增加了磁场产生机构，相比于传统的电火花加工，利用外加线圈及磁芯体产生磁场，并且使产生的电火花始终处于磁场域内，使电极与工件之间的放电电弧在磁场的作用下高速旋转，电火花带电粒子在均匀磁场中沿着磁感线做螺旋运动，同时驱动所述磁场产生机构和电极沿工件待加工通孔轴向移动，直至完成工件待加工通孔的精加工，本发明利用外加线圈及磁芯体产生磁场，驱动电极与工件之间的放电电弧旋转，从而在工件固定不动、电极无需旋转且不受外力干扰的状态下完成对孔的内表面的精加工，由于电极无需自转，且工件也无需转动，因而能够确保加工精度和加工稳定性；在电火花加工过程中，外壳与磁芯体之间玄幻通入冷却水，能够对工件、线圈、电极进行降温冷却，同时在工件的待加工通孔与电极之间通入惰性气体，能够防止高温氧化，提高加工质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的结构示意图。
[0013]图2为本发明所述装置产生的电火花和磁场的运动过程示意图。
[0014]其中:1、电极；2、导线；3、工件;301、待加工通孔;302、已加工通孔;4、磁芯体；5、线圈；6、外壳；601、冷却水入口 ；602、冷却水出口 ；7、移动板；8、丝杆副。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图，说明本发明的【具体实施方式】。
[0016]见图1，本发明所述通孔内表面磁控电火花加工装置包括电极1，电极I两端连接有导线2，工件3固定在工作平台上，电极I与工件3的待加工通孔301内表面之间留有间隙，工件3的外周设有磁场产生机构,所述磁场产生机构包括外壳6、套接在工件3外周的磁芯体4及磁芯体4上绕制的线圈5，外壳6覆盖在绕制有线圈5的磁芯体4外周，外壳6由导磁材料制成，透磁性外壳6爱到屏蔽的作用，所述磁场产生机构固定在移动板7上，移动板7由动力机构带动沿待加工通孔301的轴向移动,具体地,所述动力机构采用丝杆副8,丝杆副8中的丝母与移动板7固接，所述动力机构也能够采用皮带传动、蜗轮蜗杆传动等机械领域常见的动力传动机构，外部绕丝机构牵引电极I沿待加工通孔301的轴向移动，通电时，电极I与工件3产生的电弧位于磁场产生机构产生的磁场内。
[0017]进一步地，外壳6上设有冷却水入口 601及冷却水出口 602，用于使冷却水进出磁芯体4与外壳6内壁之间的空间，从而对所述磁场产生机构进行冷却；工件3的待加工通孔301内通入有惰性气体，防止工件高温氧化，保证加工质量。
[0018]本发明所述通孔内表面磁控电火花加工方法，包含以下步骤:
第一步，将工件3固定在加工平台上，通过外部绕丝机构牵引电极I移动至工件3的待加工通孔301的底端，且电极I与待加工通孔301的内表面之间间留有间隙；
第二步，在工件3的待加工通孔301和电极I之间连接电弧电源，放电形成电弧，同时，磁芯体4和线圈5通过连接励磁电源形成外加磁场，在磁场的作用下，工件3与电极I之间产生的电火花中的带电粒子产生旋转运动，由此驱动电弧旋转，电弧开始对待加工通孔301的内表面进行圆周向加工；
第三步，由动力机构驱动移动板7沿待加工通孔301的轴向移动，同时通过外部绕丝机构牵引电极I沿待加工通孔301的轴向移动，二者的移动满足电极I产生的电弧位于磁场产生机构产生的磁场内，并且优选移动板7的移动速速与产生的电弧对待加工通孔301的电蚀速率一致，以保证对孔的完全加工和设备的安全，移动板7以及电极I轴向移动直至完成对待加工通孔301的内表面加工，对待加工通孔301进行点火的精加工后形成已加工通孔 302。
[0019]加工完成后，电极1、线圈5断电，停止供应冷却水。
[0020]进一步地，在所述第一步骤之后、第二步骤之前，将冷却水通过外壳6上的冷却水入口 601通入磁芯体4与外壳6内壁之间的空间，并且开启冷却水出口 602，使冷却水循环进出磁芯体4与外壳6内壁之间的空间,对所述磁场产生机构、电极、工件进行降温冷却，同时在第二步及第三步的电火花加工过程中，在工件3的待加工通孔301内通入有惰性气体，在冷却的同时，防止高温氧化。
[0021]本发明相比于传统的电火花加工，利用外加线圈及磁芯体产生磁场，并且使产生的电火花始终处于磁场域内，使电极与工件之间的放电电弧在磁场的作用下高速旋转，电火花带电粒子在均匀磁场中沿着磁感线做螺旋运动，电弧螺旋运动路径见图2中带箭头的螺旋线，磁场方向见图2中带箭头的封闭路径，所述电火花带电粒子的螺旋运动由两部分组成:沿着磁感线匀速直线运动和环绕磁感线的匀速圆周运动，本发明利用外加线圈及磁芯体产生磁场，驱动电极与工件之间的放电电弧旋转，从而在工件固定不动、电极无需旋转且不受外力干扰的状态下对孔的内表面进行进一步地精加工。
[0022]以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
【权利要求】
1.通孔内表面磁控电火花加工装置，其特征在于:包括电极(1)，电极(I)两端连接有导线(2)，工件(3)固定在工作平台上，电极(I)与工件(3)的待加工通孔(301)内表面之间留有间隙，工件(3)的外周设有磁场产生机构,所述磁场产生机构包括外壳(6)、套接在工件(3)外周的磁芯体(4)及磁芯体(4)上绕制的线圈(5)，外壳(6)覆盖在绕制有线圈(5)的磁芯体(4)外周,夕卜壳(6)由导磁材料制成,所述磁场产生机构固定在移动板(7)上,移动板(7)由动力机构带动沿待加工通孔(301)的轴向移动，外部绕丝机构牵引电极(I)沿待加工通孔(301)的轴向移动,通电时，电极(I)与工件(3)产生的电弧位于所述磁场产生机构产生的磁场内。
2.按权利要求1所述的通孔内表面磁控电火花加工装置，其特征在于:所述外壳(6)上设有冷却水入口(601)及冷却水出口(602)，用于使冷却水进出磁芯体(4)与外壳(6)内壁之间的空间。
3.按权利要求1所述的通孔内表面磁控电火花加工装置，其特征在于:所述动力机构采用丝杆副，所述丝杆副中的丝母与移动板(7)固接。
4.按权利要求1至3任一权利要求所述的通孔内表面磁控电火花加工装置，其特征在于:所述工件(3)的待加工通孔(301)内通入有惰性气体。
5.通孔内表面磁控电火花加工方法，其特征在于，包含以下步骤: 第一步，将工件(3)固定在加工平台上，通过外部绕丝机构牵引电极(I)移动至工件(3)的待加工通孔(301)的底端； 第二步,在工件(3 )的待加工通孔(301)和电极(I)之间连接电弧电源，放电形成电弧，同时,磁芯体(4)和线圈(5)通过连接励磁电源形成外加磁场，在磁场的作用下，电火花中的带电粒子产生旋转运动，由此驱动电弧旋转，电弧开始对待加工通孔(301)的内表面加工； 第三步，由动力机构驱动移动板(7)沿待加工通孔(301)的轴向移动，同时通过外部绕丝机构牵弓I电极(I)沿待加工通孔(301)的轴向移动，二者的移动满足电极(I)产生的电弧位于所述磁场产生机构产生的磁场内，直至完成对待加工通孔(301)的内表面加工。
6.按权利要求5所述的通孔内表面磁控电火花加工方法，其特征在于:所述第一步骤之后、第二步骤之前，将冷却水通过外壳(6)上的冷却水入口(601)通入磁芯体(4)与外壳(6 )内壁之间的空间，并且开启冷却水出口( 602 )，使冷却水循环进出磁芯体(4)与外壳(6 )内壁之间的空间。
7.按权利要求5或6所述的通孔内表面磁控电火花加工方法，其特征在于:所述第二步及第三步的电火花加工过程中，在所述工件(3)的待加工通孔(301)内通入有惰性气体。
【文档编号】B23H1/00GK103706904SQ201310682477
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】柴永生, 李宝泉, 范文龙, 刘光, 于志强, 钱东楷 申请人:无锡微研有限公司, 无锡微研精微机械技术有限公司