專利名稱：電腐蝕加工系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種電腐蝕加工(Electroerosion Machining)系統(tǒng)及方法,尤其涉及ー種具有較高沖刷(Flushing)能力的可用來加工エ件的電腐蝕加工系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電化學(xué)加工(ElectrochemicalMachining, ECM)和電火花加工(ElectricalDischarging Machining, EDM)是傳統(tǒng)的用來加工如燃氣輪機部件等エ件材料的加工過程。電化學(xué)加工通常在電極和エ件間的間隙中通過電流從而較精密去除エ件上的材料來實現(xiàn)所需的具有相對光滑表面的結(jié)構(gòu)。電火花加工通常在電極和エ件間通過非導(dǎo)電流體，并在電極和エ件間的間隙中進行放電來進行加工。電化學(xué)加工和電火花加工均是在直流電壓下利用電流，從而通過電カ去除エ件上的材料。然而，在電化學(xué)加工中，其在電極和エ件間通過電解液(一種導(dǎo)電流體)，從而使エ件材料進行電化學(xué)溶解，同時對電極和エ件間區(qū)域進行冷卻和沖刷。相対的，電火花加工是在電極和エ件間的間隙中通過非導(dǎo)電(絕緣)流體，從而在間隙中進行放電以去除エ件上的材料。如此處所使用的，術(shù)語“電腐蝕”應(yīng)理解為那些在電極和エ件間的間隙中通過電解液，具有較高的材料移除率且能減少對エ件的熱損害的放電加工過程。電腐蝕加工通常是ー種基于熱來進行材料移除的過程。在加工過程中，エ件上被移除的材料(或碎片，Chips)常處于熔融或液體狀態(tài)。為了確保加工的正常進行，需要從加エ區(qū)域有效的移除出熔融的碎片。然而，在一些應(yīng)用中，在傳統(tǒng)的電腐蝕加工過程中，因為沖刷能力的不足，熔融的碎片可與被加工的エ件相互作用，以至于粘住或附著于エ件上，并傳遞多余的熱能到エ件中，從而導(dǎo)致在エ件上的形成熱影響區(qū)(Heat Affected Zone,HAZ)并導(dǎo)致產(chǎn)生不良的材料特性。這可能不利于后續(xù)的電腐蝕加工以及エ件的加工質(zhì)量。所以，需要提供一種新的具有較高沖刷(Flushing)能力的可用來加工エ件的電腐蝕加工系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例提供了ー種電腐蝕加工系統(tǒng)。該電腐蝕加工系統(tǒng)包括可用于加工エ件電極、可使所述電極和所述エ件具有相反的極性的電源、可提供通過所述エ件與相應(yīng)的所述電極間的電解液的電解液源、可驅(qū)動所述電極相對于所述エ件運動的加工裝置及可控制所述加工裝置來加工エ件的控制裝置。該電腐蝕加工系統(tǒng)進一歩包括移除劑，該移除劑可與來自所述加工液源的加工液相配合來移除從所述エ件上移除的材料。本發(fā)明另一個實施例提供了ー種電腐蝕加工方法。該電腐蝕加工方法包括驅(qū)動電極和エ件彼此相對運動；在所述エ件與相應(yīng)的所述電極上通過電流并在其間形成的間隙內(nèi)通過電解液來加工所述エ件及在所述エ件與相應(yīng)的所述電極間設(shè)置有移除劑以與所述電解液相配合來把從所述エ件上移除的材料移出所述間隙。


通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實施例進行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中圖I為本發(fā)明電腐蝕加工系統(tǒng)的ー個實施例的示意圖；圖2到圖3分別為使用和未使用移除劑的エ件的加工表面的示意圖；及圖4到圖5為本發(fā)明電腐蝕加工系統(tǒng)的其他實施例的示意圖。
具體實施例方式圖I所示為本發(fā)明電腐蝕加工系統(tǒng)10的一個實施例的示意圖。在本發(fā)明實施例中，電腐蝕加工系統(tǒng)10用于從エ件100，如鈦合金上一層ー層的移除材料以形成所期望的結(jié)構(gòu)。如圖I所示，電腐蝕加工系統(tǒng)I包括有設(shè)置有加工裝置11和控制裝置12的數(shù)字控制(Numerical Control,NC)或計算機數(shù)控(Computer Numerical Control,CNC)裝置(未顯示)，電源13，電解液源14和電極15。在ー個非限定示例中，電腐蝕加工系統(tǒng)I包括高速電腐蝕(Highspeed Electroerosion, HSEE)加工系統(tǒng)。在本發(fā)明的實施例中，數(shù)字控制或計算機數(shù)控裝置可用于完成傳統(tǒng)的自動化加エ。在一些示例中，加工裝置11可包括設(shè)置有伺服電機(未顯示)或主軸馬達(未顯示)的機床(Machine Tool)或車床(Lathe)。電極15安裝在加工裝置11上用來進行電電腐蝕加工。這樣，伺服電機可驅(qū)動電極15和エ件100以期望的速度和路徑彼此相對運動，并且主軸馬達可驅(qū)動電極15以期望的速度進行轉(zhuǎn)動?？刂蒲b置12包括有基于在計算機輔助設(shè)計(Computer-aided Design,CAD)及/或計算機輔助制造(Computer-aided Manufacturing, CAM)中對エ件100的描述而預(yù)先設(shè)定的指令?？刂蒲b置12可與加工裝置11連接以控制加工裝置11來驅(qū)動電極15按照一定的操作參數(shù)，如一定的饋送率(Feedrates)、軸位置(Axes Positions)或主軸轉(zhuǎn)速(SpindleSpeeds)進行移動及/或旋轉(zhuǎn)。另外，控制裝置12也可與電源13連接來監(jiān)控電極15和エ件100間的間隙16中的電壓及/或電流的狀態(tài)從而控制固持有電極15的加工裝置11的運動。在非限定示例中，控制裝置12可以是通用控制器，其可包括中央處理單元(Central Processing Units, CPU),只讀存儲裝置(Read Only Memories, ROM),和 / 或隨機存儲裝置(Random Access Memories, RAM)。在一個非限定不例中，控制裝置12可包括一個控制器，其由位于美國弗吉尼亞州夏洛茨維爾市的通用電氣法納克(GE-Fanuc)公司以GE-FANUC 18i CNC的商標(biāo)名進行銷售。在圖I所示的實施例中，電源13可包括直流脈沖發(fā)生器(Direct CurrentPulseGenerator)。電極15和エ件100分別與電源13的負極和正極相連。從而在本發(fā)明實施例中，電極15和エ件100可分別作為負極和正極使用。在其他實施例中，電極15和エ件100的極性也可反過來。在一定的應(yīng)用中，電源13也可不與控制裝置12相連。在一個示例中，電解液源14可與控制裝置12相連以接收來自控制裝置12中預(yù)先設(shè)定的指令從而在電極15和エ件100間通過電解液。在其他示例中，電解液源14可単獨地設(shè)置。在圖I所示的實施例中，噴嘴17可設(shè)置來與電解液源14流體相通，用來噴射電解液使其通過電極15和エ件100間。在一定的應(yīng)用中，也可設(shè)置多個噴嘴來噴射來自電解液、源14的電解液。這樣，在電腐蝕加工過程中，電源13在電極15和エ件100間通過脈沖電流，以便一層ー層地從エ件100上移除材料，從而形成所期望的結(jié)構(gòu)。其間，電解液通過電極15和エ件100間將被移除的材料(碎片)101攜帯出間隙16。在本實施例中，電極15可為砂輪形狀(Wheel Shape)。箭頭18所示為電解液的流動方向。在一些應(yīng)用中，電極15也可具有其他形狀，比如矩形的形狀或具有管狀截面的形狀。在一定的應(yīng)用中，在電腐蝕加工過程中，被移除的材料可能未能有效地被攜帶出間隙16。結(jié)果，至少一部分被移除的材料可能會粘在被加工的エ件的表面上，并轉(zhuǎn)移多余的熱能到エ件中，從而導(dǎo)致在エ件上的形成熱影響區(qū)(HAZ)且導(dǎo)致產(chǎn)生不良的材料特性。例如，在鈦合金的電腐蝕加工過程中，當(dāng)鈦合金被加熱并被電解液迅速冷卻時，在鈦合金中的阿爾法相(alpha)和貝它相(beta)的鈦可能會發(fā)生相變，從而變成易碎的阿爾法相，這對該熱基材料移除過程的效能是不利的。
因此，為了避免和/或減輕在エ件上不良的材料特性和熱影響區(qū)的產(chǎn)生，在ー些實施例中，如圖I所示，電腐蝕加工系統(tǒng)10可進ー步包括可與電解液源14相配合以促使被移除的材料移除出間隙16的移除劑19。在非限定示例中，移除劑源102也可設(shè)置來提供移除劑19。在一些示例中，移除劑19可包括銅粉、非導(dǎo)電材料、含氮碳氫化合物和其他合適的材料中的ー種或多種。在非限定示例中，非導(dǎo)電材料可包括氧化招(Aluminum Oxide)、碳化物(Carbides)、氮化物(Nitrides)、樹脂(Resins)、金剛石(Diamond)和石槽石(Garnet)。含氮碳氫化合物可包括胺類。碳化物可包括碳化娃(Silicon Carbide)、碳化鶴(Tungsten Carbide)和碳化硼(BoronCarbide)。氮化物可包括立方氮化硼(Cubic BoronNitride, CBN)。樹脂可包括酹醒樹脂(Phenolic)和聚酰亞胺(Polyimide)。在一些應(yīng)用中，移除劑19可為顆粒的形式，且顆粒的尺寸分布可根據(jù)不同的應(yīng)用來確定。在本實施例中，移除劑19與電解液源14的噴嘴17相連通。這樣，在電腐蝕加工過程中，移除劑19可被混合并分散到電解液中從而通過電極15和エ件100間，以促使被移除的材料移出間隙16。在ー些非限定示例中，移除劑19可作為添加劑以分離的固體顆粒的形式分散在電解液中。在一定的應(yīng)用中，移除劑19可包括銅粉、非導(dǎo)電材料、含氮碳氫化合物、碳化物、氮化物、樹脂、金剛石和其他合適的材料中的兩個或兩個以上。在ー個非限定示例中，移除劑19可包括非導(dǎo)電材料，如氧化鋁及含氮碳氫化合物，如胺類的混合物。在這個示例中，在電腐蝕加工過程中，隨著在電極15和エ件100間通過移除劑19，由于非導(dǎo)電材料，如氧化鋁的存在，電源13在電極15和エ件100間的的放電可變成短暫的電弧，這樣，就可以減輕對エ件100的熱影響，并消耗較低的電能。進ー步的，在移除劑19和電解液從噴嘴17噴射出的過程中，氧化鋁可與電解液配合從而產(chǎn)生相對較高的動カ，從而從エ件100加工表面上將被移除的材料進行移除。同吋，含氮碳氫化合物，如胺類也可改變在熔融區(qū)/切削區(qū)(未標(biāo)示)的熔融碎片101的化學(xué)組成，從而熔融碎片的表面張カ被改變以減少熔融碎片在エ件上的粘合力。這樣，在電腐蝕加エ過程中，通過移除劑19和電解液的配合，熔融碎片可被有效地移除出間隙16，而且可避免和/或減輕在エ件100上形成熱影響區(qū)。
表I所示加工相同的エ件，如鈦合金的三個實驗結(jié)果的對比情況。這三個實驗的每ー個的實驗條件均包括電極和エ件間的電壓為15伏(Voltage)及每次的切削深度(DOC)為0.02英寸(約合0.5毫米)。可以看出，在未使用移除劑19的第一個實驗中，熱影響區(qū)約為674um (微米)，消耗的電能約為30700J (焦)。在使用了酚醛樹脂第二個實驗中，熱影響區(qū)約為383umn，消耗的電能約為6150J。在使用了聚酰亞胺的第三個實驗中，熱影響區(qū)約為238um，消耗的電能約為5810J。表一
權(quán)利要求
1.ー種電腐蝕加工系統(tǒng)，包括 電極，其用于加工エ件； 電源，其可使所述電極和所述エ件具有相反的極性； 電解液源，其可提供通過所述エ件與相應(yīng)的所述電極間的電解液； 加工裝置，其可驅(qū)動所述電極相對于所述エ件運動； 控制裝置，其可控制所述加工裝置來加工所述エ件 '及 移除劑，其可與來自所述加工液源的加工液相配合來移除從所述エ件上移除的材料。
2.如權(quán)利要求I所述的電腐蝕加工系統(tǒng)，其中所述移除劑可包括非導(dǎo)電材料可包括氧化鋁、碳化物、氮化物、樹脂、金剛石、石榴石和含氮碳氫化合物中的ー種或多種。
3.如權(quán)利要求2所述的電腐蝕加工系統(tǒng)，其中所述碳化物可包括碳化硅、碳化鎢和碳化硼中的ー種或多種，所述氮化物可包括立方氮化硼，所述樹脂可包括酚醛樹脂和聚酰亞胺，所述含氮碳氫化合物可包括胺類。
4.如權(quán)利要求I所述的電腐蝕加工系統(tǒng)，進ー步設(shè)置有來提供所述移除劑的移除劑源，其中所述移除劑可為固體顆粒形式并可散布在所述加工液中來通過所述エ件與相應(yīng)的所述電極間，
5.如權(quán)利要求4所述的電腐蝕加工系統(tǒng)，進一歩包括可把所述移除劑和所述加工液噴射通過所述エ件與相應(yīng)的所述電極間的噴嘴。
6.如權(quán)利要求I所述的電腐蝕加工系統(tǒng)，其中所述移除劑可設(shè)置在所述電極上。
7.如權(quán)利要求6所述的電腐蝕加工系統(tǒng)，其中所述移除劑包括復(fù)數(shù)個研磨件，設(shè)置在同一個電極上的研磨件間隔的設(shè)置并延伸出該電扱。
8.如權(quán)利要求I所述的電腐蝕加工系統(tǒng)，進一歩包括可安裝于所述加工裝置上并可固持所述電極的基座，該基座可固持ー個以上且間隔設(shè)置其上的電極。
9.如權(quán)利要求8所述的電腐蝕加工系統(tǒng)，其中所述基座開設(shè)有復(fù)數(shù)個可用來收容相應(yīng)的所述電極的開槽，與所述電解液源相連通的中心孔及連通所述開槽和中心孔的通道。
10.ー種電腐蝕加工方法，包括 驅(qū)動電極和エ件彼此相對運動； 在所述エ件與相應(yīng)的所述電極上通過電流并在其間形成的間隙內(nèi)通過電解液來加工所述エ件 '及 在所述エ件與相應(yīng)的所述電極間設(shè)置有移除劑以與所述電解液相配合來把從所述エ件上移除的材料移出所述間隙。
11.如權(quán)利要求10所述的電腐蝕加工方法，其中所述移除劑可包括氧化鋁、碳化物、氮化物、樹脂、金剛石、石榴石和含氮碳氫化合物中的ー種或多種。
12.如權(quán)利要求11所述的電腐蝕加工方法，其中所述碳化物可包括碳化硅、碳化鎢和碳化硼中的ー種或多種，所述氮化物可包括立方氮化硼，所述樹脂可包括酚醛樹脂和聚酰亞胺，所述含氮碳氫化合物可包括胺類。
13.如權(quán)利要求10所述的電腐蝕加工方法，其中所述移除劑可以固體顆粒形式混合并散布于所述加工液中。
14.如權(quán)利要求13所述的電腐蝕加工方法，其中所述移除劑包括復(fù)數(shù)個研磨件，設(shè)置在同一個電極上的研磨件間隔的設(shè)置并延伸出該電扱。
15.如權(quán)利要求13所述的電腐蝕加工方法，其中所述電極可通過可安裝于所述加工裝置上的基座進行固持，該基座可固持ー個以上且間隔設(shè)置其上的電極，所述基座開設(shè)有復(fù)數(shù)個可用來收容相應(yīng)的所述電極的開槽，與所述電解液源相連通的中心孔及連通所述開槽和所述中心孔的通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電腐蝕加工系統(tǒng)和電腐蝕加工方法。該電腐蝕加工系統(tǒng)包括可用于加工工件電極、可使所述電極和所述工件具有相反的極性的電源、可提供通過所述工件與相應(yīng)的所述電極間的電解液的電解液源、可驅(qū)動所述電極相對于所述工件運動的加工裝置及可控制所述加工裝置來加工工件的控制裝置。該電腐蝕加工系統(tǒng)進一步包括移除劑，該移除劑可與來自所述加工液源的加工液相配合來移除從所述工件上移除的材料。
文檔編號B23H3/08GK102642058SQ201110041940
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者塞圖拉.馬克, 特里默.L.安德魯, 羅元豐, 魏斌 申請人:通用電氣公司