本發(fā)明涉及制造技術(shù)中的特種加工領(lǐng)域，特指一種磁場(chǎng)引導(dǎo)電解電火花復(fù)合加工彎孔的裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)高精度注塑零件需求不斷增加，這就對(duì)注塑模具行業(yè)中模具精度有了更高的要求。然而冷卻過(guò)程中精確的溫度控制卻成了注塑模具精度繼續(xù)提高的障礙，目前研究表明具有彎孔冷卻道的模具與組合冷卻道模具相比，具有工作壽命長(zhǎng)、溫度控制精確及注塑零件質(zhì)量好等特點(diǎn)，但冷卻道彎孔的加工卻是一個(gè)繞不開(kāi)的難題。如果冷卻道彎孔的加工問(wèn)題得到解決，那么精密注塑行業(yè)將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。

另一方面，MEMS是指將微結(jié)構(gòu)的傳感技術(shù)、致動(dòng)技術(shù)和微電子控制技術(shù)集成于一體，形成同時(shí)具有“傳感～計(jì)算(控制)～執(zhí)行”功能的智能微型裝置或系統(tǒng)。微機(jī)電系統(tǒng)通過(guò)微型化和集成化來(lái)構(gòu)建微觀(guān)新的結(jié)構(gòu)、新的工作原理、新的功能，在微納傳感器、微執(zhí)行器、微機(jī)器人、微飛行器、微動(dòng)力能源系統(tǒng)、微型生物芯片等方面都有應(yīng)用，而這些應(yīng)用又必須以相應(yīng)的加工技術(shù)為前提，因?yàn)槲C(jī)電系統(tǒng)常常需要在材料上制作出微孔、二維乃至復(fù)雜三維型腔等微結(jié)構(gòu)，作為系統(tǒng)間電路或者流體的通道。因此如果沒(méi)有成熟的彎孔加工工藝，微機(jī)電系統(tǒng)的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用只能是紙上談兵。

由于受到空間結(jié)構(gòu)尺寸的限制，傳統(tǒng)的加工刀具無(wú)法進(jìn)入彎曲孔的內(nèi)部，造成彎孔的內(nèi)表面難以加工，對(duì)于精加工及其光整更是無(wú)從下手。即使是人力手工作業(yè)，也非常困難，這為彎曲孔內(nèi)表面的機(jī)械加工帶來(lái)很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。由此，彎孔加工這個(gè)技術(shù)難題也越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注。自上世紀(jì)80年代以來(lái),就有專(zhuān)家學(xué)者致力于彎孔加工技術(shù)的研究，較多的是采用特種加工的方法，其中大多采用電火花放電蝕除法。

電火花放電蝕除加工是分別把工件和工具作為兩個(gè)電極，利用兩極間脈沖火花放電產(chǎn)生的熱能，熔化、蒸發(fā)和拋出工件電極材料，達(dá)到加工工件的目的。目前電火花放電蝕除加工彎孔方法主要有：利用處于壓縮狀態(tài)的彈簧以不同曲率彎曲伸長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)電極加工法、利用形狀記憶合金作彎曲導(dǎo)向的方法、使用柔性電極頭電解加工方法等。利用處于壓縮狀態(tài)的彈簧以不同曲率彎曲伸長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)電極加工法能夠按照預(yù)定的方向加工出彎孔，但是存在加工效率低以及彈簧無(wú)規(guī)則振動(dòng)的問(wèn)題，從而影響所加工孔的粗糙度和精度。利用形狀記憶合金作彎曲導(dǎo)向的方法依據(jù)記憶合金受熱變形的原理也可以加工彎孔，但加工過(guò)程中電極頭極易失穩(wěn)，所加工彎孔的形狀、精度及內(nèi)表面的質(zhì)量都得不到保證。柔性電極頭電解加工方法通過(guò)改變供電導(dǎo)線(xiàn)的拉力或電解液的反沖力使柔性管轉(zhuǎn)彎，從而控制柔性電極頭加工出彎孔，這種方法裝置簡(jiǎn)單、成本低、加工過(guò)程相對(duì)容易控制，但仍存在加工間隙難以控制、易短路的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述的困難，提出了一種磁場(chǎng)引導(dǎo)電解電火花復(fù)合加工彎孔裝置及方法，本發(fā)明利用鋼制電極在磁場(chǎng)中受力擺動(dòng)，柔性膠管可彈性變形以向電極擺動(dòng)方向進(jìn)給，工具電極被電解反應(yīng)產(chǎn)生的氣層隔開(kāi)出現(xiàn)電化學(xué)放電從而蝕除材料的原理進(jìn)行彎孔加工。同時(shí)引導(dǎo)環(huán)持續(xù)輸出磁場(chǎng)力，控制電極擺角，循環(huán)泵不斷將電解液輸送至加工區(qū)域，保證加工的可持續(xù)性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種磁場(chǎng)引導(dǎo)電解電火花復(fù)合加工彎孔裝置，包括電解電火花加工系統(tǒng)、引導(dǎo)磁場(chǎng)控制系統(tǒng)和電解液循環(huán)系統(tǒng)；所述電解電火花加工系統(tǒng)包括豎直進(jìn)給電機(jī)、工具電極、萬(wàn)向節(jié)、可調(diào)脈沖電源、輔助電極、控制卡片和計(jì)算機(jī)；所述工具電極通過(guò)萬(wàn)向節(jié)與電解液循環(huán)系統(tǒng)中的柔性膠管下端連接；所述柔性膠管與萬(wàn)向節(jié)連接處開(kāi)設(shè)有微孔；所述工具電極連接可調(diào)脈沖電源負(fù)極，所述輔助電極連接可調(diào)脈沖電源正極，所述輔助電極置于引導(dǎo)磁場(chǎng)控制系統(tǒng)中的水槽內(nèi)；所述豎直進(jìn)給電機(jī)與所述控制卡片相連，所述控制卡片與所述計(jì)算機(jī)相連；所述的引導(dǎo)磁場(chǎng)控制系統(tǒng)包括引導(dǎo)環(huán)、轉(zhuǎn)角步進(jìn)電機(jī)、豎直進(jìn)給電機(jī)、連桿、數(shù)控穩(wěn)壓電源、滑軌、水槽；所述引導(dǎo)環(huán)安裝在滑軌內(nèi)側(cè)壁上并可沿滑軌滑動(dòng)，引導(dǎo)環(huán)通過(guò)連桿與所述轉(zhuǎn)角步進(jìn)電機(jī)相連，且引導(dǎo)環(huán)可通過(guò)連桿隨轉(zhuǎn)角步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述滑軌安裝在水槽底部，所述轉(zhuǎn)角步進(jìn)電機(jī)安裝在所述豎直進(jìn)給電機(jī)上并通過(guò)所述控制卡片與計(jì)算機(jī)相連；所述電解液循環(huán)系統(tǒng)包括柔性膠管、循環(huán)泵、電解液；所述循環(huán)泵將電解液輸送至所述柔性膠管中，所述柔性膠管置于引導(dǎo)環(huán)的正上方；所述柔性膠管中的電解液透過(guò)所述微孔流向加工區(qū)域。

進(jìn)一步的，所述柔性膠管的下方有工件，工件置于水槽內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述工件為非導(dǎo)磁材料，所述工具電極為鋼制錐形電極，所述輔助電極為石墨電極，所述電解液為堿性溶液，所述工具電極需浸入電解液，所述柔性膠管直徑為1～5mm且能夠發(fā)生彈性形變，所述可調(diào)脈沖電源電壓0～60V，頻率1～5000Hz，占空比0～100％。

進(jìn)一步的，所述萬(wàn)向節(jié)包絡(luò)工具電極錐形底面，所述工具電極可在所述萬(wàn)向節(jié)中自由擺動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述引導(dǎo)環(huán)包括左側(cè)電磁裝置與右側(cè)電磁裝置；所述左側(cè)電磁裝置與右側(cè)電磁裝置徑向?qū)ΨQ(chēng)且由所述數(shù)控穩(wěn)壓電源加載電壓產(chǎn)生異性磁場(chǎng)，所述數(shù)控穩(wěn)壓電源輸出電壓由計(jì)算機(jī)控制。

進(jìn)一步的，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)所述控制卡片控制所述轉(zhuǎn)角步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角以及所述豎直進(jìn)給電機(jī)的進(jìn)給速度。

進(jìn)一步的，所述工具電極經(jīng)過(guò)磁化處理，錐形底部和頂部磁性相反，錐度為1:2～1:8，磁性相反從而使得工具電極的上下受力不同，從而有利于彎孔的形成。

基于磁場(chǎng)引導(dǎo)電解電火花復(fù)合加工彎孔裝置的方法，包括以下步驟：

步驟S1：將可調(diào)脈沖電源分別與工具電極和輔助電極相連并加載電壓，將數(shù)控穩(wěn)壓電源與引導(dǎo)環(huán)相連，由計(jì)算機(jī)控制數(shù)控穩(wěn)壓電源輸出電壓；

步驟S2：工具電極出現(xiàn)電化學(xué)放電蝕除材料，引導(dǎo)環(huán)中的左側(cè)電磁裝置與右側(cè)電磁裝置由所述數(shù)控穩(wěn)壓電源加載電壓后產(chǎn)生異性磁場(chǎng)，引導(dǎo)環(huán)隨轉(zhuǎn)角步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，工具電極因受到定向磁場(chǎng)力而產(chǎn)生擺角；

步驟S3：在計(jì)算機(jī)控制下豎直進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)柔性膠管隨工具電極指向進(jìn)給，工具電極朝向擺動(dòng)方向蝕除材料；

步驟S4：設(shè)立數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)所述工件材料不同設(shè)置不同的豎直進(jìn)給速度，根據(jù)工具電極的尺寸設(shè)置數(shù)控穩(wěn)壓電源不同的輸出電壓；

步驟S5：在電化學(xué)放電加工過(guò)程中，所述循環(huán)泵將水槽中的電解液輸送至柔性膠管中，電解液透過(guò)微孔流至加工區(qū)域。

進(jìn)一步的，所述步驟S1中，所述引導(dǎo)環(huán)可在滑軌中上下、周向滑動(dòng)，與工具電極保持同一高度。

進(jìn)一步的，所述步驟S3中，所述柔性膠管可以彈性變形從而向工件彎孔方向進(jìn)給。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是：

1.組建電解電火花加工系統(tǒng)，給工具電極和輔助電極加載電壓后，工具電極產(chǎn)生電化學(xué)放電，豎直步進(jìn)電機(jī)在計(jì)算機(jī)控制下向下進(jìn)給，使柔性膠管向工具電極指向挺近，并使工具電極在此方向蝕除工件材料。

2.組建引導(dǎo)磁場(chǎng)控制系統(tǒng)，數(shù)控穩(wěn)壓電源向引導(dǎo)環(huán)加載電壓后，左右兩側(cè)電磁裝置產(chǎn)生異性磁場(chǎng)，引導(dǎo)環(huán)在轉(zhuǎn)角步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)至所需角度，從而使工具電極定向擺動(dòng)。

3.組建電解液循環(huán)系統(tǒng)，在加工過(guò)程中循環(huán)泵不斷將水槽中電解液輸送至柔性膠管，電解液透過(guò)微孔流向工具電極加工區(qū)域。

本發(fā)明有益效果是：

1.通過(guò)電解電火花加工系統(tǒng)，工具電極與工件之間的加工間隙不需要精確控制，避免了短路現(xiàn)象，提高了加工穩(wěn)定性。

2.所述引導(dǎo)磁場(chǎng)控制系統(tǒng)中，引導(dǎo)環(huán)與轉(zhuǎn)角步進(jìn)電機(jī)和豎直步進(jìn)電機(jī)相連可沿滑軌上下滑動(dòng)，與工具電極保持同一高度，從而持續(xù)輸出磁場(chǎng)力，并且引導(dǎo)環(huán)可隨轉(zhuǎn)角步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使工具電極出現(xiàn)所需擺角，增加了加工的靈活性。

3.所述磁場(chǎng)引導(dǎo)電解電火花復(fù)合加工彎孔裝置中，計(jì)算機(jī)可以控制轉(zhuǎn)角步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角、數(shù)控穩(wěn)壓電源的輸出電壓以及豎直進(jìn)給電機(jī)的進(jìn)給速度，保證了所加工彎孔的加工精度。

4.通過(guò)電解液循環(huán)系統(tǒng)，可以不斷帶走蝕除的碎屑和廢棄電解液，使加工過(guò)程可以持續(xù)下去。

附圖說(shuō)明

圖1是磁場(chǎng)引導(dǎo)電解電火花復(fù)合加工彎孔裝置的示意圖；

圖2是裝置中工具電極與引導(dǎo)環(huán)相對(duì)位置的示意圖。

附圖標(biāo)記如下：

1.計(jì)算機(jī)，2.控制卡片，3.豎直步進(jìn)電機(jī)，4.轉(zhuǎn)角步進(jìn)電機(jī)，5.連桿，6.柔性膠管，7.可調(diào)脈沖電源，8.滑軌，9.電解液，10.水槽，11.輔助電極，12.引導(dǎo)環(huán)，13.數(shù)控穩(wěn)壓電源，14.工件，15.循環(huán)泵，16.微孔，17.左側(cè)電磁裝置，18.磁場(chǎng)，19.右側(cè)電磁裝置，20.工具電極，21.萬(wàn)向節(jié)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：下面結(jié)合圖1和圖2詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明方法和裝置的使用細(xì)節(jié)和工作情況。

其中電解液9為堿性溶液，工具電極20采用鋼制錐形電極，工件14為非導(dǎo)磁材料，輔助電極11采用石墨電極；工具電極20錐形頂部需浸入電解液9，錐形底部可在萬(wàn)向節(jié)21中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，可調(diào)脈沖電源7電壓0～60V，頻率1～5000Hz，占空比0～100％。

本發(fā)明使用方法如下：

將滑軌8安裝在水槽10上，將左側(cè)電磁裝置17和右側(cè)電磁裝置19組成的引導(dǎo)環(huán)12安裝在滑軌8上并通過(guò)連桿5與轉(zhuǎn)角步進(jìn)電機(jī)4相連；可調(diào)脈沖電源7在工具電極20和輔助電極11之間加載電壓，構(gòu)成電解電火花回路產(chǎn)生火花放電并蝕除工件14材料；由計(jì)算機(jī)1控制數(shù)控穩(wěn)壓電源13輸出電壓，左側(cè)電磁裝置17和右側(cè)電磁裝置19由數(shù)控穩(wěn)壓電源13加載電壓后發(fā)出異性磁場(chǎng)18，轉(zhuǎn)角步進(jìn)電機(jī)4在計(jì)算機(jī)1控制下驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)環(huán)12轉(zhuǎn)至特定角度，磁場(chǎng)18也隨之轉(zhuǎn)至同一角度，工具電極20在磁場(chǎng)力作用下擺向這一角度，柔性膠管6在豎直步進(jìn)電機(jī)3驅(qū)動(dòng)下向工具電極20擺動(dòng)方向進(jìn)給，電化學(xué)放電在特定方向蝕除材料在工件14上加工出彎孔。

將計(jì)算機(jī)1分別與控制卡片2和數(shù)控穩(wěn)壓電源13連接，根據(jù)被加工工件14材料的不同，控制豎直步進(jìn)電機(jī)3不同的進(jìn)給速度；根據(jù)所要加工彎孔的尺寸控制轉(zhuǎn)角步進(jìn)電機(jī)4的轉(zhuǎn)角；根據(jù)工具電極20的尺寸控制數(shù)控穩(wěn)壓電源13的輸出電壓。

將循環(huán)泵15與水槽10中的電解液9與柔性膠管6相連，循環(huán)泵15將電解液9輸送至柔性膠管6中，電解液9經(jīng)過(guò)微孔16流向工具電極20的加工區(qū)域，微孔16的作用為了補(bǔ)充工具電極20處的電解液，從而使得加工持續(xù)進(jìn)行。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見(jiàn)的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。