專利名稱：一種非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線切割加工裝置及方法，特別是關(guān)于一種非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工裝置及方法。
背景技術(shù)：
石英、玻璃和陶瓷等非導(dǎo)電材料具有耐磨、耐高溫、耐腐蝕和良好的耐熱沖擊等性能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)、微流體系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)及航空航天等領(lǐng)域。然而，這些材料通常具有硬脆性，而且不導(dǎo)電，所以難以用傳統(tǒng)的機(jī)械切削方法和常規(guī)的電火花線切割加工技術(shù)對(duì)其進(jìn)行切割加工。目前，國(guó)內(nèi)外非導(dǎo)電材料的切割方法主要有金剛砂輪切割、激光切割、等離子體切割、磨料水射流切割、輔助電極電火花線切割和電解電火花復(fù)合線切割等方法。金剛石切割方法成本高，而且容易出現(xiàn)裂紋。激光切割、等離子體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，加工厚度小的問(wèn)題。輔助電極電火花線切割方法是將絕緣陶瓷表面覆蓋一層導(dǎo)電材料作為輔助電極，利用金屬電極絲和輔助電極之間在煤油中發(fā)生擊穿放電產(chǎn)生的熱量來(lái)去除絕緣陶瓷的一種加工方法，該方法得以進(jìn)行的必要條件是煤油受熱分解生成碳并且覆蓋在絕緣陶瓷表面，該過(guò)程不可控，因此難以保證穩(wěn)定加工，加工效率低。電解電火花復(fù)合加工方法是目前研究較多的絕緣材料的電加工技術(shù)，這種技術(shù)是利用電解液中火花放電作用來(lái)對(duì)工件材料進(jìn)行去除加工的。電解液通常為氫氧化鈉溶液、硝酸鈉溶液或氯化鈉溶液。該技術(shù)的關(guān)鍵是通過(guò)電解反應(yīng)在電極絲表面形成完整的氣體薄膜，將電極絲和電解液隔離開，繼而在電壓的作用下?lián)舸怏w薄膜，發(fā)生火花放電，利用火花放電時(shí)的瞬間高溫和沖擊作用來(lái)去除工件材料。這種傳統(tǒng)的加工方法所能加工工件的厚度嚴(yán)重受限，因?yàn)閰⑴c加工的電極絲長(zhǎng)度越長(zhǎng)，氣體薄膜需要包裹的電極絲的面積就越大，越不容易生成完整的氣體薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工裝
置及方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工裝置，其特征在于:其包括一用于固定工件的主軸、若干導(dǎo)輪、一電極絲、一輔助電極和一盛有電解液的加工槽；所述電極絲通過(guò)外部運(yùn)絲機(jī)構(gòu)連接外部電源負(fù)極，且所述電極絲的其中一段通過(guò)所述導(dǎo)輪浸設(shè)在所述電解液中；所述輔助電極浸設(shè)在所述電解液中，且所述輔助電極的一端連接外部電源正極。所述電解液為硝酸鋁溶液。所述電極絲為鑰絲或鋼絲。所述輔助電 極的材料為不銹鋼。所述電極絲為水平設(shè)置或豎直設(shè)置。
采用所述裝置的一種非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工方法，其包括以下步驟:1)主軸帶動(dòng)工件以恒定的速度向電極絲作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，電極絲在外部運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)和導(dǎo)輪的導(dǎo)向作用下做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；2)向電極絲和輔助電極施加直流或者脈沖電壓，電極絲和輔助電極在施加的直流或脈沖電壓的作用下通過(guò)電解液形成回路；3)浸入電解液中的電極絲表面附近發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)和電解電火花放電現(xiàn)象并在電極絲表面迅速附著一層絕緣層；4)隨著電極絲的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，與工件接觸的電極絲的絕緣層瞬間被磨掉并發(fā)生電解電火花放電，電解電火花放電產(chǎn)生的瞬間高溫和沖擊作用去除工件材料；5)主軸繼續(xù)帶動(dòng)工件以恒定的速度向電極絲作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，直到完成對(duì)工件的切割加工。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明由于在對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)，主軸帶動(dòng)工件以恒定的速度向電極絲作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，電極絲在外部運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)和導(dǎo)輪的導(dǎo)向作用下做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，向電極絲和輔助電極施加直流或者脈沖電壓，電極絲和輔助電極在施加的直流或脈沖電壓的作用下通過(guò)電解液形成回路，浸入電解液中的電極絲表面附近發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)和電解電火花放電現(xiàn)象并在電極絲表面迅速附著一層絕緣層，隨著電極絲的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，與工件接觸的電極絲的絕緣層瞬間被磨掉并發(fā)生電解電火花放電，電解電火花放電產(chǎn)生的瞬間高溫和沖擊作用去除工件材料，主軸繼續(xù)帶動(dòng)工件以恒定的速度向電極絲作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，直到完成對(duì)工件的切割加工，因此本發(fā)明在相對(duì)狹小空間內(nèi)更容易形成完整的氣體薄膜，增大參與切割的電極絲的最大長(zhǎng)度，從而明顯增大所能加工工件的厚度。2、 本發(fā)明由于浸入電解液中參與加工的電極絲表面附近發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)和電解電火花放電現(xiàn)象，并在電極絲表面迅速附著一層絕緣層，該絕緣層材料為氧化鋁，其耐高溫和腐蝕性能良好，因此本發(fā)明能夠保證電極絲在加工過(guò)程中穩(wěn)定存在。3、本發(fā)明由于對(duì)電極絲絕緣處理的過(guò)程和對(duì)工件的加工過(guò)程可以在同一裝置中進(jìn)行，因此本發(fā)明可以簡(jiǎn)化設(shè)備，降低成本?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于各種較厚非導(dǎo)電材料的加工中。


圖1是本發(fā)明的電解電火花線切割加工的結(jié)構(gòu)示意2是圖1中A的局部放大圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，本發(fā)明的電解電火花線切割加工裝置包括一用于固定工件2的主軸1、兩導(dǎo)輪4、一電極絲5、一輔助電極6和一盛有電解液3的加工槽7。其中，電極絲5通過(guò)外部運(yùn)絲機(jī)構(gòu)(圖中未示出)連接外部電源負(fù)極，且電極絲5的其中一段在兩導(dǎo)輪4的支撐和導(dǎo)向作用下水平浸設(shè)在電解液3中。輔助電極6浸設(shè)在電解液3中，且輔助電極6的一端連接外部電源正極。電極絲5和輔助電極6在連接外部電源的情況下通過(guò)電解液3形成回路。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，電解液3為硝酸鋁溶液。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，電極絲5為鑰絲或鋼絲。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，輔助電極6的材料為不銹鋼。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，電極絲5也可以通過(guò)導(dǎo)輪4豎直浸設(shè)在電解液3中，以便依托現(xiàn)有機(jī)床的結(jié)構(gòu)，使機(jī)床的制造更為便利。如圖2所示，電極絲5和輔助電極6在連接外部電源的情況下，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)和電解電火花放電可以在電極絲5表面生成一層絕緣層8。根據(jù)本發(fā)明提供的電解電火花線切割加工裝置，本發(fā)明還提出了一種非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工方法，其包括以下步驟:1、主軸I帶動(dòng)工件2以恒定的速度向電極絲5作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，電極絲5在外部運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)和導(dǎo)輪4的導(dǎo)向作用下做高速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。2、通過(guò)外部運(yùn)絲機(jī)構(gòu)，給電極絲5和輔助電極6施加直流或者脈沖電壓，電極絲5和輔助電極6在施加的直流或脈沖電壓的作用下通過(guò)電解液3形成回路。3、浸入電解液3中的電極絲5表面附近發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)和電解電火花放電現(xiàn)象，并在電極絲5表面迅速附著一層絕緣層8。4、當(dāng)工件2與電極絲5接觸時(shí)，隨著電極絲5的高速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，與工件2接觸的電極絲5的絕緣層8瞬間被磨掉并發(fā)生電解電火花放電。5、電解電火花放電產(chǎn)生的瞬間高溫和沖擊作用去除工件材料。6、主軸I繼續(xù)帶動(dòng)工件2以恒定的速度向電極絲作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，直到完成對(duì)工件2的切割。上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和各實(shí)施步驟等都是可以有所變化的，凡是在 本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工裝置，其特征在于:其包括一用于固定工件的主軸、若干導(dǎo)輪、一電極絲、一輔助電極和一盛有電解液的加工槽；所述電極絲通過(guò)外部運(yùn)絲機(jī)構(gòu)連接外部電源負(fù)極，且所述電極絲的其中一段通過(guò)所述導(dǎo)輪浸設(shè)在所述電解液中；所述輔助電極浸設(shè)在所述電解液中，且所述輔助電極的一端連接外部電源正極。
2.如權(quán)利要求1所述的一種非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工裝置，其特征在于:所述電解液為硝酸鋁溶液。
3.如權(quán)利要求1 2任一項(xiàng)所述的一種非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工裝置，其特征在于:所述電極絲為鑰絲或鋼絲。
4.如權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述的一種非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工裝置，其特征在于:所述輔助電極的材料為不銹鋼。
5.如權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的一種非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工裝置，其特征在于:所述電極絲為水平設(shè)置或豎直設(shè)置。
6.一種采用如權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述裝置的非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工方法，其包括以下步驟: 1)主軸帶動(dòng)工件以恒定的速度向電極絲作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，電極絲在外部運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)和導(dǎo)輪的導(dǎo)向作用下做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)； 2)向電極絲和輔助電極施加直流或者脈沖電壓，電極絲和輔助電極在施加的直流或脈沖電壓的作用下通過(guò)電解液形成回路； 3)浸入電解液中的電極絲表面附近發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)和電解電火花放電現(xiàn)象并在電極絲表面迅速附著一層 絕緣層； 4)隨著電極絲的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，與工件接觸的電極絲的絕緣層瞬間被磨掉并發(fā)生電解電火花放電，電解電火花放電產(chǎn)生的瞬間高溫和沖擊作用去除工件材料； 5)主軸繼續(xù)帶動(dòng)工件以恒定的速度向電極絲作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，直到完成對(duì)工件的切割加工。
7.如權(quán)利要求6所述的一種非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工方法，其特征在于:所述步驟I)中所述電極絲為鑰絲或鋼絲。
8.如權(quán)利要求6 7任一項(xiàng)所述的一種非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工方法，其特征在于:所述步驟2)中所述輔助電極為不銹鋼，所述電解液為硝酸鋁溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工裝置及方法，其特征在于非導(dǎo)電材料的電解電火花線切割加工裝置包括一用于固定工件的主軸、若干導(dǎo)輪、一電極絲、一輔助電極和一盛有電解液的加工槽；在對(duì)工件加工前，先對(duì)電極絲進(jìn)行絕緣處理，即浸入電解液中的電極絲表面附近發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)和電解電火花放電現(xiàn)象并在電極絲表面迅速附著一層絕緣層；隨著電極絲的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，與工件接觸的電極絲的絕緣層瞬間被磨掉并發(fā)生電解電火花放電，電解電火花放電產(chǎn)生的瞬間高溫和沖擊作用去除工件材料；主軸繼續(xù)帶動(dòng)工件以恒定的速度向電極絲作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，直到完成對(duì)工件的切割加工。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于各種較厚非導(dǎo)電材料的加工中。
文檔編號(hào)B23H7/02GK103231134SQ20131016703
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月8日
發(fā)明者韓福柱, 王津, 陳偉 申請(qǐng)人:清華大學(xué)