所屬技術領域

本發(fā)明的一種大幅值非對稱振動輔助電解線切割方法，屬于電解加工技術領域。

背景技術：

在航空航天、汽車、模具等行業(yè)，一些關鍵零部件經(jīng)常采用窄縫、窄槽結(jié)構(gòu)。此類零件特點是多采用鈦合金、高溫合金等難加工材料，對表面質(zhì)量有無變質(zhì)層、無應力、無毛刺等要求。傳統(tǒng)機加工工藝加工上述結(jié)構(gòu)用工具損耗大，生產(chǎn)成本高，表面有毛刺。激光加工和電火花線切割加工，利用熱能熔化氣化去除材料，但是，加工表面表面質(zhì)量差，存在重熔層及微裂紋問題，在對表面質(zhì)量要求嚴格的使用場合必須進行二次加工。

電解線切割技術，采用微尺度金屬線作為工具陰極對工件陽極進行切割加工，結(jié)合數(shù)控多軸運動，工件在電化學反應作用下溶解逐漸形成高深寬比縫槽結(jié)構(gòu)。循環(huán)的電解液將反應產(chǎn)物、焦耳熱帶出加工區(qū)，保證加工繼續(xù)穩(wěn)定進行。該工藝不存在熱影響層，具有不受工件材料力學、機械性能限制，工具無損耗，加工表面質(zhì)量好等特點。

電解線切割的加工產(chǎn)物主要包括：氣泡和不溶性產(chǎn)物，影響電解液電導率，從而影響加工精度。在靜止溶液中，氣泡向上緩慢逸出，不溶性產(chǎn)物在重力作用下緩慢下降。隨著結(jié)構(gòu)的深寬比越來越大，加工精度的要求越來越高，電解線切割加工間隙深寬比增大，加工間隙內(nèi)電解液的對流擴散和更新能力變?nèi)?。加工大厚度零件時，加工產(chǎn)物主要從加工間隙的上下表面排出，排出速度慢，沿工件厚度方向加工間隙中心區(qū)域電解液更新極為困難。

為解決上述傳質(zhì)受限難題，目前采用的主要工藝方法有，高壓高速沖液法、超聲輔助振動、運絲法、pzt壓電陶瓷低頻振動。上述方法用于高深寬比結(jié)構(gòu)的加工時，還存在諸多問題。如：高壓高速沖液能在能在一定切縫寬度時有效地排出產(chǎn)物，但隨著加工間隙微小，利用電解液流動的方法會使線電極產(chǎn)生變形和顫抖，嚴重影響加工精度和穩(wěn)定性，且當工件厚度提高，加工縫寬減小時，沖液效果急劇減小；pzt壓電陶瓷低頻振動在一定程度上改善了加工間隙流場，但是仍存在加工產(chǎn)物和氣泡附著在電極絲和工件表面的問題；運絲法帶出了部分加工產(chǎn)物，但是由于普通線電極外表面光滑，帶出加工產(chǎn)物的效果微弱，在加工高深寬比結(jié)構(gòu)時仍不能及時地將產(chǎn)物排出，導致加工短路，加工不能穩(wěn)定進行。因此，提高加工間隙中電解產(chǎn)物的排出速度，加快電解液的更新，是電解線切割需要解決的關鍵問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在促進電解線切割加工產(chǎn)物排出，提高加工精度和加工效率，提出一種大幅值非對稱軸向振動輔助電解線切割加工方法。

一種大幅值非對稱軸向振動輔助電解線切割方法，利用線電極作陰極，并作軸向往復振動，電解加工工件，其特征在于：線電極在下降階段的加速度和平均速度均大于線電極在上升階段的加速度和平均速度。

所述的大幅值非對稱軸向振動輔助電解線切割方法，其特征在于:線電極在下降階段的運動位移或上升階段的運動位移大于0.4倍且小于3倍的工件厚度。

所述的大幅值非對稱軸向振動輔助電解線切割方法，其特征在于：所述線電極作軸向往復振動的同時繞其軸線轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明的大幅值非對稱軸向振動輔助電解線切割方法的特點是：加工時，線電極做非對稱軸向振動，即振動的上升和下降兩個階段的加速度和速度各不同；同時非對稱軸向振動的幅值大于工件厚度0.4倍且小于3倍。電解線切割加工產(chǎn)物主要包括：氣泡和不溶性產(chǎn)物，兩者共同影響電解液電導率，從而影響加工精度。在靜止溶液中，氣泡向上緩慢逸出，不溶性產(chǎn)物在重力作用下緩慢下降。研究表明：氣泡對電解液電導率的影響遠大于不溶性產(chǎn)物。在傳統(tǒng)振動輔助電解線切割加工中，線電極在上升階段和下降階段運動速度、加速度相同，沒有突出改善氣泡的排出。在上升階段，線電極帶動電解液向上運動，將促進氣泡和不溶性產(chǎn)物向上排出；在下降階段，帶動電解液向下運動，將抑制氣泡向上的逸出，促進不溶解性產(chǎn)物向下運動。本發(fā)明的非對稱振動，線電極在上升階段以小加速度運動，增加此階段加工的時間，以利于氣泡排出；在下降階段以大的加速度運動，以減小下降階段不利氣泡排出的時間。從而，充分利用電解加工過程中氣泡和產(chǎn)物的排出規(guī)律，突出改善了對電解線切割加工精度影響最大的氣泡的排除過程，可以顯著提高加工精度。

傳統(tǒng)電解線切割方法，振動幅值一般僅有數(shù)十微米，遠小于工件厚度，在振動上升階段時，雖然能加快產(chǎn)物向上排出，但由于振幅小，工件厚度方向加工間隙中心區(qū)域電解液產(chǎn)物不能排出。而在緊接著的下降階段，又不能充分把產(chǎn)物從下表面排出，因此部分加工產(chǎn)物在振動過程中將始終留著加工區(qū)域。而本發(fā)明的大幅值軸向振動，線電極振動幅值大于0.4倍的工件厚度，有利于在上升階段和下降階段將加工間隙中心位置的加工產(chǎn)物完全帶出加工區(qū)域，實現(xiàn)全加工區(qū)域內(nèi)的電解液更新，使得沿工件深度方向電解液電導率分布趨于一致，加工精度能夠顯著提高。但是，振動幅值受限于機床本身的最大加速度、速度和行程，且當行程過長時重復定位精度、直線度等會變差，當振動幅值大于3倍工件厚度，在往復運動過程中線電極可能會發(fā)生變形和抖動，對加工精度有負面影響。

附圖說明

圖1是大幅值非對稱軸向振動輔助電解線切割裝置示意圖；

圖2是大幅值非對稱軸向振動輔助電解線切割方法示意圖；

圖3是電解切割線電極大幅值非對稱軸向振動示意圖；

圖4是電解切割線電極大幅值非對稱軸向振動速度曲線示意圖；

圖5是電解切割線電極大幅值非對稱軸向振動排出產(chǎn)物示意圖；

其中標號名稱：1、大理石基座，2、x軸直線電機平臺，3、y軸直線電機平臺、4、電解池，5、電解液儲液箱，6、流量閥，7、過濾器，8、流量計，9、程控電源，10、數(shù)控系統(tǒng)，11、驅(qū)動器，12、變頻器，13、電主軸，14、z軸直線電機平臺，15、夾具，16、線電極，17、工件，18、氣泡，19、不溶性產(chǎn)物。

具體實施方式

圖1所示大幅值非對稱軸向振動輔助電解線切割裝置中，x軸2、y軸3和z軸14直線電安裝在大理石基座1上，并通過三臺驅(qū)動器11，連接數(shù)控系統(tǒng)10；電主軸13，通過變頻器12連接數(shù)控系統(tǒng)10。電解液儲液箱5、流量閥6、過濾器7、流量計8構(gòu)成電解液循環(huán)系統(tǒng)，提供加工電解液。程控電源9提供加工電源。線電極16裝夾在電主軸13和夾具15上，工件通過夾持定位塊裝夾在電解池4里。電主軸13和電解池4分別安裝在z軸和xy軸直線電機平臺上。

圖2所示的大幅值非對稱軸向振動輔助電解線切割方法示意圖中，首先把線電極16裝夾在夾具15中；然后把工件17裝電解池4中；最后，打開流量閥6，使電解液在電解池中浸沒加工區(qū)，工件17按照預定的切割軌跡進行電解切割，完成一個復雜結(jié)構(gòu)的加工。

圖3所示的電解切割線電極大幅值非對稱軸向振動示意圖中，大幅值非對稱振動分為兩個階段，即上升階段和下降階段。下降階段（1）→（2）和上升階段（2）→（3）→（4）運動的幅值相同，但速度和加速度不同，構(gòu)成非對稱振動，且運動幅值大于0.4倍且小于3倍的工件厚度。

圖4所示的電解切割線電極大幅值非對稱軸向振動速度曲線示意圖中，下降階段的速度v1大于上升階段的速度v2，下降階段的斜率即加速度也大于上升階段。

圖5所示的電解切割線電極大幅值非對稱軸向振動排出產(chǎn)物示意圖，在下降階段由于氣泡上升和電解液向下流動同時作用，導致氣泡集中在加工區(qū)域中；而在上升階段，電解液向上流動加強氣泡上升，氣泡將加速從上表面排出。

結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5說明本發(fā)明的實施過程：

1、將線電極16的一端裝夾在電主軸13的末端，另一端穿過夾具15的兩個臂；線電極16的夾具14安裝在機床z軸直線電機平臺15上。

2、將裝有線電極的絲架安裝在直線電機運動部件上，并在數(shù)控系統(tǒng)中設置直線電機運動參數(shù)，即上升階段的加速度和速度，下降階段的加速度和速度，運動幅度；

3、打表調(diào)整固定工件17于xy直線電機平臺的電解池4中，并通入電解液；

4、將工件17連接電源9正極、線電極連接電源負極；

5、接通電源9，啟動數(shù)控加工程序，線電極16進行大幅值非對稱振動，機床xy工作臺2、3帶動工件17按照預設軌跡相對線電極16運動，進行電解線切割加工；

6、關閉電源，停止運動，取下工件。