專利名稱：冷電極不對稱散熱電火花加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種電火花加工的方法，尤其是一種通過強制散熱降低電火花加工過程中電弧放電的發(fā)生概率，提高電火花加工效率并改善加工表面質(zhì)量并能夠降低工具電極的損耗的電火花加工方法，具體地說是ー種冷電極不對稱散熱電火花加工方法。
背景技術(shù)：
電火花放電加工是利用兩電極間脈沖火花放電產(chǎn)生的熱能，熔化、氣化和拋出エ件電極材料，達到加工エ件的目的。經(jīng)過半個多世紀的研究和開發(fā)，電火花加工已成為機械制造中ー種重要的加工手段，在機械、宇航、電子、儀器、輕エ、汽車等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。影響電火花加工效率和加工質(zhì)量的因素有很多，因為電火花加工本身就是ー個熱傳遞的過程，所以溫度的影響更加顯著。常規(guī)電火花加工中，主要通過工作液對エ件和工具同時進行冷卻。但是，放電過程中，放電通道中心的溫度最高可達Ioooo°c，通過一段時間加エ，工具電極加工端面的平均溫度迅速升高，在水基工作介質(zhì)中加工時，有可能使極間工作液處于沸騰狀態(tài)，導致氣態(tài)介質(zhì)占到很大一部分比例，液態(tài)介質(zhì)明顯減少，因而極間介質(zhì)的絕緣性能大大下降，同時工作液的冷卻性能也大幅下降；在油基工作介質(zhì)中加工吋，由于煤油的閃點低，容易燃燒而増大加工的危險性，且提高了煤油的溫度，降低了原本散熱性能就差的煤油的冷卻性能，從而極易造成短路、拉弧現(xiàn)象，影響加工過程的穩(wěn)定性，甚至可能燒傷エ件表面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)電火花加工中出現(xiàn)的工具電極在加工中易出現(xiàn)溫度升高而導致?lián)p耗增加且易引發(fā)電弧放電等問題，發(fā)明一種冷電極不對稱散熱電火花加工方法。在加工過程中，通過對工具電極進行強制制冷，能夠加速放電加工區(qū)域工具電極ー側(cè)的熱量的散發(fā)，從而降低了拉弧放電的幾率，而エ件的溫度基本沒有改變，因此能夠保證加工表面質(zhì)量與效率。本發(fā)明法大大提高了工具電極的冷卻效果，從而改善了極間消電離的狀態(tài)，提高了電火花加工的穩(wěn)定性，降低了電極損耗，提高了加工效率和加工表面質(zhì)量。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種冷電極不對稱散熱電火花加工方法，其特征是以加工區(qū)域的工具電極的溫度為判斷依據(jù)，當電極溫度達到設(shè)定范圍時，通過溫度控制器控制強制冷卻裝置運行，加大對工具電極的冷卻力度。若檢測到溫度仍繼續(xù)上升，超過設(shè)定的溫度范圍時，溫度控制器則會控制機床電源斷電、機床抬刀，等到溫度降到設(shè)定溫度后再控制機床通電，繼續(xù)進行加工。同時為了延長每次的加工時間，在加工過程中也采取一定的措施對電極進行冷卻，減緩電極溫度的上升速度。該方法控制了工具電極加工時的溫度，使電極附近的溫度始終處于ー個較低的范圍內(nèi)，改善了極間消電離的狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)減少或者避免拉弧放電引起的不正常放電現(xiàn)象，從而在保證加工表面質(zhì)量基本不變的情況下，提高加工效率、減少電極損耗，甚至使工具電極達到無損耗狀態(tài)。工具電極的平均溫度控制范圍為20°C到80°C。對工具電極進行冷卻的強制冷卻裝置包括內(nèi)部沖液或內(nèi)部沖氣冷卻裝置、外部加散熱片冷卻裝置、內(nèi)部埋熱管冷卻裝置或半導體制冷冷卻裝置。所述的內(nèi)部沖液冷卻裝置的沖液介質(zhì)包括自來水以及易揮發(fā)無毒性的物質(zhì)；所述的內(nèi)部沖氣冷卻裝置的沖氣介質(zhì)包括空氣、氮氣、氨氣或ニ氧化碳。所述的外部加散熱片冷卻裝置使用的散熱片的材質(zhì)包括鋁散熱片、銅散熱片、銅鋁結(jié)合散熱片和鐵散熱片。所述的內(nèi)部埋熱管冷卻裝置中使用的熱管管殼采用的材料包括銅、鋁、碳鋼、不銹鋼和合金鋼；熱管的形狀根據(jù)電極的形狀而定，可以是標準圓形，也可以是橢圓形、正方形、 矩形、扁平形、波紋管等；熱管的管芯形式有燒結(jié)粉末管芯、軸向槽道式管芯和組合管芯。所述的半導體制冷冷卻裝置中使用的半導體材料包括ニ元固溶體、三元固溶體、P型Ag (1-X) Cu (X) Ti Te材料、N型Bi — Sb合金材料和YBaCuO超導材料。本發(fā)明的冷電極不對稱散熱電火花加工方法，適用于電火花成型加工、電火花銑削加工或微細電火花加工。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明方法簡便易行，只需在原有的控制電路中增加ー個溫度控制器加上一個測溫裝置，再配上本發(fā)明的強制冷卻裝置即可實現(xiàn)工具電極的低溫運行，實現(xiàn)エ件與工具電極的不對稱散熱，不僅能提高加工質(zhì)量，而且可延長工具電極的使用壽命。本發(fā)明有利于提高材料去除率并降低電極相對損耗，并提高加工的表面質(zhì)量。本發(fā)明能降低拉弧放電的幾率，而エ件的溫度基本沒有改變，因此能夠保證加工表面質(zhì)量與效率。本發(fā)明大大提高了工具電極的冷卻效果，從而改善了極間消電離的狀態(tài)，提高了電火花加工的穩(wěn)定性，降低了電極損耗，提高了加工效率和加工表面質(zhì)量。同時，本發(fā)明實現(xiàn)起來簡單，成本低廉。


圖1是溫度控制電火花加工系統(tǒng)的原理圖。圖2是不同電極溫度下加工的エ件表面。圖3是不同電極溫度下檢測的放電波形。圖4是沖液冷卻電極的示意圖。圖5是沖氣冷卻電極的示意圖。圖6是散熱片冷卻電極的示意圖。圖7是熱管冷卻電極的示意圖。圖8是半導體冷卻電極和半導體制冷原理的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進ー步的說明。如圖1-8所示。—種冷電極不對稱散熱電火花加工方法，它適用于電火花成型加工、電火花統(tǒng)削加工或微細電火花加工。其原理是在電火花放電加工過程中，對工具電極采用強制冷卻的方法，提高工具電極的熱量吸收能力，從而促使極間盡快消電離以維持極間處于良好的絕緣狀態(tài)，減少甚至完全避免拉弧放電現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高放電脈沖的利用率，在降低電極損耗的同時，提高了加工效率，目前行之有效的強制冷卻裝置有圖4所示的沖液冷卻、圖5所示的沖氣冷卻、圖6所示的散熱片冷卻、圖7所示的熱管冷卻和圖8所示的半導體冷卻電極和半導體制冷裝置。具體的方法是以加工區(qū)域的工具電極的平均溫度為判斷依據(jù)，當工具電極的平均溫度達到設(shè)定范圍(20°C到80°C)時，通過溫度控制器控制圖4-8所示的強制冷卻裝置運行，以加大對工具電極的冷卻力度。若檢測到溫度仍繼續(xù)上升，超過設(shè)定的溫度范圍時，溫度控制器則會控制機床電源斷電、機床抬刀，等到溫度降到設(shè)定溫度后再控制機床通電，繼續(xù)進行加工。本發(fā)明控制了工具電極加工時的溫度，使工具電極附近的溫度始終處于ー個較低的范圍內(nèi)，改善了極間消電離的狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)減少或者避免拉弧放電引起的不正常放電現(xiàn)象，從而在保證加工表面質(zhì)量基本不變的情況下，提高加工效率、減少電極損耗，甚至使工具電極達到無損耗狀態(tài)。 根據(jù)冷卻方式的不同，對工具電極進行冷卻的強制冷卻裝置包括內(nèi)部沖液冷卻裝置(圖4)、內(nèi)部沖氣冷卻裝置(圖5)、外部加散熱片冷卻裝置(圖6)、內(nèi)部埋熱管冷卻裝置(圖7)和半導體制冷冷卻裝置(圖8)。圖4所示內(nèi)部沖液冷卻裝置的沖液介質(zhì)包括自來水以及易揮發(fā)無毒性的物質(zhì)，圖4中抽水泵將作為冷卻液的工作液(如去離子水)從工作液箱中抽出，通過節(jié)流閥泵入工具電極中心的冷卻腔中，換熱后的工作液再通過回流管流回工作液箱中。圖5所示的內(nèi)部沖氣冷卻裝置的沖氣介質(zhì)包括空氣、氮氣、氨氣或ニ氧化碳，制冷氣體經(jīng)過安裝在進氣管上的節(jié)流閥后進入工具電極中，通過導熱硅脂實現(xiàn)制冷氣體與工具電極的熱交換后排出，為了延長熱交換時間，充分進行熱交換，制冷氣體輸送管位于工具電極中的一段可制作成盤管狀結(jié)構(gòu)。圖6所示的外部加散熱片冷卻裝置使用的散熱片的材質(zhì)包括鋁散熱片、銅散熱片、銅鋁結(jié)合散熱片和鐵散熱片，它通過將散熱片包裹在工具電極上，并在工具電極的ー側(cè)或周圍安裝散熱風扇，將工具電極傳遞到散熱片上的熱量吹離散熱片從而降低工具電極的溫度。圖7所示的內(nèi)部埋熱管冷卻裝置中使用的熱管管殼采用的材料包括銅、鋁、碳鋼、不銹鋼和合金鋼；熱管的形狀根據(jù)電極的形狀而定，可以是標準圓形，也可以是橢圓形、正方形、矩形、扁平形、波紋管等；熱管的管芯形式有燒結(jié)粉末管芯、軸向槽道式管芯和組合管芯。熱管的蒸發(fā)段與工具電極的發(fā)熱端相接觸，工具電極的熱量使熱管中的介質(zhì)蒸發(fā)后上升到冷凝端經(jīng)強制散熱單散熱后變成液態(tài)回流到熱管的下端再次吸熱，如此循環(huán)將工具電極產(chǎn)生的熱量帶走，實現(xiàn)工具電極的冷卻。圖8所示的半導體制冷冷卻裝置中使用的半導體材料包括ニ元固溶體、三元固溶體、P型Ag(1-X)Cu(X)Ti Te材料、N型Bi — Sb合金材料和YBaCuO超導材料。圖8中半導體制冷片通過導熱硅脂與工具電極的發(fā)熱端相接觸，冷端不斷將工具電極的發(fā)熱端冷卻，熱端的熱量散空氣中散發(fā)，實現(xiàn)半導體制倦怠。圖1為本發(fā)明的控制示意圖。加工過程中通過一定的措施對工具電極進行冷卻。測溫裝置將檢測到的電極鄰近加工區(qū)域的溫度送到溫度控制器。溫度控制器同時控制強制冷卻裝置、機床加工電源和主軸驅(qū)動電機的運動。當溫度達到某ー設(shè)定范圍時，通過溫度控制器來控制強制冷卻裝置運行，加大對工具電極的冷卻力度。若檢測到溫度仍繼續(xù)上升，超過設(shè)定的溫度范圍時，溫度控制器則會控制機床電源斷電、機床抬刀，等到溫度降到設(shè)定溫度后再控制機床通電，繼續(xù)進行加工。如此反復，直到達到加工要求為止。實例
采用表I中所示的加工エ藝參數(shù)對鈦合金TC4進行電火花成形加工。分別控制電極溫度為20°C、40°C和60°C。加工后的エ件如圖2所示。由圖可以看出，エ件加工表面的質(zhì)量隨著電極溫度的升高越來越差，以20°C和60°C時的對比尤為明顯。將這兩個溫度下的放電波形進行對比，如圖3所示，工具電極為60°C時，加工時出現(xiàn)連續(xù)的電弧放電，加工變得極不穩(wěn)定，エ件表面被嚴重燒傷，加工邊緣也出現(xiàn)燒傷現(xiàn)象，而工具電極為20°C時，加工放電穩(wěn)定，加工后エ件表面平整。不同溫度的電極加工后的加工效率、電極相對損耗和表面粗糙度對比如表2所示，隨著電極溫度的升高，加工效率降低，電極相對損耗上升，表面粗糙度值越來越大。表I是本發(fā)明實施例的鈦合金TC4電火花成型加工エ藝條件
權(quán)利要求
1.一種冷電極不對稱散熱電火花加工方法，其特征是在電火花放電加工過程中，對工具電極采用強制冷卻，以提高工具電極的熱量吸收能力，促使極間盡快消電離以維持極間處于良好的絕緣狀態(tài)；它通過在電火花加工過程中檢測工具電極加工區(qū)域的平均溫度，當平均溫度超過設(shè)定范圍時，通過溫度控制器來控制強制冷卻裝置運行，加大對工具電極的冷卻力度使之始終工作在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，如果強制冷卻裝置運行時，檢測到的溫度仍繼續(xù)上升并超過設(shè)定的溫度范圍時，溫度控制器則會控制機床電源斷電、機床抬刀，直到工具電極加工區(qū)域的溫度降到設(shè)定溫度后再控制機床通電，繼續(xù)進行加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷電極不對稱散熱電火花加工方法，其特征在于工具電極的平均溫度控制范圍為20°C到80°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷電極不對稱散熱電火花加工方法，其特征在于對工具電極進行冷卻的強制冷卻裝置包括內(nèi)部沖液或內(nèi)部沖氣冷卻裝置、外部加散熱片冷卻裝置、內(nèi)部埋熱管冷卻裝置或半導體制冷冷卻裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷電極不對稱散熱電火花加工方法，其特征在于所述的內(nèi)部沖液冷卻裝置的沖液介質(zhì)包括自來水以及易揮發(fā)無毒性的物質(zhì)；所述的內(nèi)部沖氣冷卻裝置的沖氣介質(zhì)包括空氣、氮氣、氨氣或二氧化碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷電極不對稱散熱電火花加工方法，其特征在于所述的外部加散熱片冷卻裝置使用的散熱片的材質(zhì)包括鋁散熱片、銅散熱片、銅鋁結(jié)合散熱片和鐵散熱片。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷電極不對稱散熱電火花加工方法，其特征在于所述的內(nèi)部埋熱管冷卻裝置中使用的熱管管殼采用的材料包括銅、鋁、碳鋼、不銹鋼和合金鋼；熱管的形狀根據(jù)電極的形狀而定，可以是標準圓形，也可以是橢圓形、正方形、矩形、扁平形、波紋管等；熱管的管芯形式有燒結(jié)粉末管芯、軸向槽道式管芯和組合管芯。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種使用冷電極進行電火花加工的方法，其特征在于所述的半導體制冷冷卻裝置中使用的半導體材料包括二元固溶體、三元固溶體、P型Ag(1-X)Cu (X) Ti Te材料、N型Bi — Sb合金材料和YBaCuO超導材料。
8.—種冷電極不對稱散熱電火花加工方法,其特征在于它適用于電火花成型加工、電火花銑削加工或微細電火花加工。
全文摘要
一種冷電極不對稱散熱電火花加工方法，其特征是在電火花放電加工過程中，對工具電極采用強制冷卻的方法，提高工具電極的熱量吸收能力，從而促使極間盡快消電離以維持極間處于良好的絕緣狀態(tài)，減少甚至完全避免拉弧放電現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高放電脈沖的利用率，在降低電極損耗的同時，提高了加工效率。同時，由于只對工具電極進行強制冷卻，工件在放電過程中的溫度并不變，因此能夠保證單個脈沖放電時工件的蝕除量不變，即保證工件加工后的表面質(zhì)量。
文檔編號B23H1/04GK103008805SQ20121054119
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者劉志東, 邱明波, 田宗軍, 沈理達 申請人:南京航空航天大學