高瞬時(shí)能量密度電火花高速銑削加工方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種高瞬時(shí)能量密度電火花高速銑削加工方法，屬于機(jī)械加工領(lǐng)域。該方法是在加工過程中，將具有內(nèi)沖液孔的旋轉(zhuǎn)棒狀電極接電源負(fù)極，被加工工件接電源正極，利用電極與工件之間的高瞬時(shí)能量密度火花放電，將工件材料熔化去除；高速流動(dòng)的工作液將熔化的材料排出放電間隙，并實(shí)現(xiàn)對被加工工件的冷卻。本發(fā)明專利技術(shù)利用高瞬時(shí)能量密度的火花放電，并采用高壓強(qiáng)迫內(nèi)沖液與低壓外沖液相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了加工的穩(wěn)定性與高效性，可對任何導(dǎo)電材料，包括具有弱導(dǎo)電性的工程陶瓷以及高溫合金在內(nèi)的傳統(tǒng)難加工材料實(shí)現(xiàn)高效加工。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及的是一種，屬于機(jī)械加工領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
目前，傳統(tǒng)的加工方法很難對一些具有高硬度、高強(qiáng)度、高韌性以及高脆性的材料實(shí)現(xiàn)高效加工，且加工成本普遍較高。對于航空航天領(lǐng)域常用的一些鎳基合金、鈦基合金以及一些工程陶瓷的加工，一直是加工領(lǐng)域的難題。放電加工為以上材料的加工提供了一種有效的方法，相對于昂貴的高速銑削加工設(shè)備以及其加工成本，電加工方法體現(xiàn)了其良好的經(jīng)濟(jì)性。電火花加工是一種通過電極與被加工工件之間的連續(xù)火花放電來去除材料的加工方法。由于工具電極與工件之間沒有直接接觸，所以電火花加工具有宏觀作用力小，對機(jī)床剛性要求低以及容易實(shí)現(xiàn)精密加工等優(yōu)點(diǎn)。但是目前的電加工設(shè)備普遍存在材料去除效率低的缺點(diǎn)。中國專利文獻(xiàn)號CN 1657208A中記載了一種用于電火花加工的可實(shí)現(xiàn)大流量內(nèi)沖液的集束電極。集束電極的有益效果在于，把整體式成形電極離散化為可由大量管狀或棒狀單元電極聚合而成，使得帶有復(fù)雜輪廓、加工成本較高的成形電極的加工被簡化為利用可大批量、低成本生產(chǎn)的簡單管狀或棒狀單元電極的組合集束而成，因此大幅度降低電極成本，縮短制作時(shí)間。中國專利文獻(xiàn)號CN 102091839 A中進(jìn)一步公開了集束電極高速放電加工方法，上述加工方法采用集束電極實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化高壓、大流量多孔內(nèi)沖液，運(yùn)用流體動(dòng)力斷弧機(jī)制來保證短電弧放電加工。該加工方法為成型加工方式，即工具電極和工件沒有相對轉(zhuǎn)動(dòng)，降低了加工柔性。本專利技術(shù)人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用銑削的加工方式，并對放電間隙施以足夠的沖液能量以及足夠的放電能量，可以在具有三軸或者三軸以上自動(dòng)伺服進(jìn)給及回退功能的機(jī)床上實(shí)現(xiàn)高速電火花加工。專利技術(shù)內(nèi)容本專利技術(shù)針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種“”，利用電極與工件之間的高瞬時(shí)能量密度火花放電，將工件材料熔化；高速流動(dòng)的工作液將熔化的材料排出放電間隙，保證加工的穩(wěn)定性；借助于具有三軸或者三軸以上自動(dòng)伺服進(jìn)給及回退功能的機(jī)床，可簡單、方便、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)高速電火花銑削加工，該方法尤其適合復(fù)雜曲面、超大型腔的高速加工。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本專利技術(shù)首先將含有單個(gè)或多個(gè)內(nèi)沖液孔的棒狀石墨電極裝夾在具有內(nèi)沖液功能的機(jī)床主軸上，使其以一定轉(zhuǎn)速隨機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)；電極外部另設(shè)一套外沖液機(jī)構(gòu)，使由水基工作液供液系統(tǒng)提供的具有不同壓力和流量的工作液同時(shí)經(jīng)機(jī)床主軸和外沖液機(jī)構(gòu)送達(dá)由電極和工件組成的放電間隙，加工過程中，電極和工件分別連接直流電源或者直流脈沖電源的負(fù)極和正極，通過電極與工件之間的連續(xù)的高瞬時(shí)能量密度火花放電，實(shí)現(xiàn)對工件材料的去除。所述的工作液供給系統(tǒng)可通過具有內(nèi)沖液功能的機(jī)床主軸向旋轉(zhuǎn)電極的沖液孔提供具有一定壓力和流量的水基工作液并使其流過由電極和工件組成的放電間隙。所述的工作液供給系統(tǒng)還可以通過外沖液機(jī)構(gòu)提供一層具有一定厚度且沿旋轉(zhuǎn)電極外表面高速流向放電間隙的水基工作液。所述的工具電極是指含有單個(gè)或多個(gè)沖液孔的高純度棒狀石墨電極。所述的工具電極轉(zhuǎn)速為(Γ10000 r/min。所述的放電電源是指提供脈沖寬度與脈沖間隔范圍分別為O. Γ1000 ms，峰值電 壓為50 300 V，峰值電流為ΚΚΓ5000 A的大功率直流脈沖電源。所述的機(jī)床是指至少具有三軸自動(dòng)伺服進(jìn)給及回退功能的機(jī)床。所述的水基工作液為含水量大于95%的水包油型乳化液。本專利技術(shù)的有益效果在于利用具有高瞬時(shí)能量密度的火花放電進(jìn)行材料蝕除，并采用內(nèi)沖液與外沖液相結(jié)合的方法保證加工穩(wěn)定性，具有遠(yuǎn)高于普通電火花放電加工所能獲得的材料去除能力；加工過程可以采用三軸或多軸聯(lián)動(dòng)的方式，可輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面與大型腔的高效加工。本加工方法可對一些具有一定導(dǎo)電性的工程陶瓷、高溫合金等其他的傳統(tǒng)難加工導(dǎo)電材料實(shí)現(xiàn)高效加工。附圖說明圖1是高瞬時(shí)能量密度電火花高速銑削加工設(shè)備示意圖。圖2是高瞬時(shí)能量密度電火花高速銑削加工原理示意圖。具體實(shí)施例方式下面對本專利技術(shù)的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本專利技術(shù)技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本專利技術(shù)的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例應(yīng)用環(huán)境包括含有單個(gè)內(nèi)沖液孔的棒狀石墨電極1、待處理工件2、放電電源3、水基工作液供給系統(tǒng)4、外沖液機(jī)構(gòu)5和具有內(nèi)沖液功能的機(jī)床主軸6，其中工具電極I裝夾在具有內(nèi)沖液功能的機(jī)床主軸6上，隨主軸以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，工具電極I外部另設(shè)一套外沖液機(jī)構(gòu)5，使由水基工作液供液系統(tǒng)4提供的具有不同壓力和流量的工作液同時(shí)經(jīng)具有內(nèi)沖液功能的機(jī)床主軸6和外沖液機(jī)構(gòu)5送達(dá)由工具電極I和待處理工件2組成的放電間隙，對被熔化的材料迅速冷卻并將其迅速排出放電間隙，如圖2所示。加工過程中，工件和電極分別連接直流脈沖電源的正極和負(fù)極，通過電極與工件之間的連續(xù)高瞬時(shí)能量密度火花放電，實(shí)現(xiàn)對工件的高效加工。實(shí)施例1 利用具三軸自動(dòng)伺服進(jìn)給及回退功能的機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速3000 r/min，工具電極I的直徑為10 mm，中心沖液孔的直徑為4 mm，材料為高純度的石墨，待處理工件2材料為模具鋼8407，利用脈沖寬度3 ms，脈沖間隔I ms，峰值電壓為80 V、峰值電流為800 A電源參數(shù)進(jìn)行加工，工作液為含水量為95%的水包油型乳化液，內(nèi)沖液系統(tǒng)提供的工作液壓力為O. 5MPa，外沖液系統(tǒng)提供的工作液出口壓力為O. 3 MPa，加工軌跡為工具電極先豎直向下進(jìn)給5mm，然后再水平移動(dòng)50 mm，加工出一鍵槽狀結(jié)構(gòu)，所獲得的模具鋼8407的材料去除率為8952 mmVmi η。實(shí)施例2 變換工件材料，以充分驗(yàn)證高速電弧放電銑削加工對不同材料的普遍適用性，選擇工件材料為鈦合金(型號TC4)，保持實(shí)施例1中其他加工條件不變，TC4的材料去除率為14263 mmVmi η。 實(shí)施例3 選擇工件材料為碳素鋼(S45C)，保持實(shí)施例1中其他加工條件不變，碳素鋼S45C的材料去除率為10127 mm3/min。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高瞬時(shí)能量密度電火花高速銑削加工方法，其特征在于，將含有單個(gè)或多個(gè)內(nèi)沖液孔的棒狀電極裝夾在具有內(nèi)沖液功能的機(jī)床主軸上，使其以一定轉(zhuǎn)速隨機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)；電極外部另設(shè)一套外沖液機(jī)構(gòu)，使由水基工作液供給系統(tǒng)提供的具有不同壓力和流量的工作液同時(shí)經(jīng)機(jī)床主軸和外沖液機(jī)構(gòu)送達(dá)由電極和工件組成的放電間隙，加工過程中，工件和電極分別連接直流脈沖電源的正極和負(fù)極，通過電極與工件之間的高瞬時(shí)能量密度火花放電，實(shí)現(xiàn)對工件的高效加工。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高瞬時(shí)能量密度電火花高速銑削加工方法，其特征在于，將含有單個(gè)或多個(gè)內(nèi)沖液孔的棒狀電極裝夾在具有內(nèi)沖液功能的機(jī)床主軸上，使其以一定轉(zhuǎn)速隨機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)；電極外部另設(shè)一套外沖液機(jī)構(gòu)，使由水基工作液供給系統(tǒng)提供的具有不同壓力和流量的工作液同時(shí)經(jīng)機(jī)床主軸和外沖液機(jī)構(gòu)送達(dá)由電極和工件組成的放電間隙，加工過程中，工件和電極分別連接直流脈沖電源的正極和負(fù)極，通過電極與工件之間的高瞬時(shí)能量密度火花放電，實(shí)現(xiàn)對工件的高效加工。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高瞬時(shí)能量密度電火花高速銑削加工方法，其特征是，所述的工作液供給系統(tǒng)可通過具有內(nèi)沖液功能的機(jī)床主軸向旋轉(zhuǎn)電極的沖液孔提供具有一定壓力和流量的水基工作液并使其流過由電極和工件組成放電間隙。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高瞬時(shí)能量密度電火花高速銑削加工方法，其特征是，所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉永紅，張彥振，王飛，申泱，唐澤民，紀(jì)仁杰，蔡寶平，
申請(專利權(quán))人：中國石油大學(xué)華東，
類型：發(fā)明
國別省市：