氣中高效電火花銑削加工方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于特種加工領(lǐng)域，涉及一種氣中高效電火花銑削加工方法。本發(fā)明通過大幅增加加工間隙輸入能量的峰值電流和脈沖寬度，保證足夠量的工件材料被熔化，再通過高速空氣流和高速電極旋轉(zhuǎn)保證加工碎屑的有效排出和工具電極的充分冷卻。該方法在加工不銹鋼和鈦合金等材料時(shí)的加工效率達(dá)到5000mm3/min以上，使得電火花加工的效率首次達(dá)到機(jī)械加工水平。可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)高硬導(dǎo)電材料的大型型腔、復(fù)雜零件等的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、快速加工。
【專利說明】
氣中高效電火花銑削加工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于特種加工領(lǐng)域，涉及一種氣中高效電火花銑削加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電火花加工是將直流脈沖電源的正負(fù)極接在工件和工具電極上，電介質(zhì)充滿加工間隙，通過放電擊穿電介質(zhì)形成的高溫等離子體來去除材料。這種非接觸的加工方法，可以加工任意導(dǎo)電的材料，而不用考慮它的強(qiáng)度，硬度，粘性等物理性質(zhì)。被廣泛應(yīng)用在航空航天，汽車制造，生物工程等領(lǐng)域。該技術(shù)在使用液體電介質(zhì)時(shí)，由于液體介質(zhì)的分解作用會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染。而干式電火花加工使用空氣作為電介質(zhì)，不僅節(jié)約了成本，而且減少了環(huán)境污染。加工環(huán)境的改善還可以增加工人的工作熱情和效率，提升企業(yè)形象。然而，較低的加工效率一直是制約該項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用的瓶頸。國內(nèi)外專家學(xué)者為了提高其加工效率，進(jìn)行了大量的探索，然而效果并不明顯，其加工效率最高僅到60mm3/min，這遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)機(jī)械加工的幾千mm3/min0

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003 ]本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有干式電火花加工方法的低效率，提出了氣中高效電火花加工方法。該方法通過增加加工間隙輸入能量的峰值電流和脈沖寬度，保證足夠量的工件材料被熔化，再通過高速空氣流和高速的電極旋轉(zhuǎn)保證加工碎肩的有效排出和工具電極的充分冷卻。該方法在加工不銹鋼和鈦合金等材料時(shí)的加工效率達(dá)到5000mm3/min以上，使得電火花加工的效率首次達(dá)到機(jī)械加工水平?？蓪?shí)現(xiàn)高強(qiáng)高硬導(dǎo)電材料的大型型腔、復(fù)雜零件等的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、快速加工。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。高功率脈沖電源的正負(fù)極分別連接工件和電極，高功率脈沖電源提供足夠的加工能量給加工間隙，來熔化足夠多的工件材料;高速旋轉(zhuǎn)的石墨電極在主軸的帶動(dòng)下向工件伺服進(jìn)給，并保持一個(gè)維持電火花加工的微小間隙；空氣壓縮機(jī)將高壓高速的空氣流通過空心電極的內(nèi)部通入加工間隙，空氣流起到排除加工碎肩和冷卻電極的作用。
[0005]所述高功率脈沖電源是指峰值電流100?1000A，峰值電壓70?310V，脈沖寬度和脈沖間隔調(diào)節(jié)范圍0.1?1000ms。
[0006]所述高速旋轉(zhuǎn)主軸轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍200?3000r/min。
[0007]所述石墨電極為高純石墨厚壁管，外徑范圍4?30mm，內(nèi)徑范圍I?10mm。
[0008]所述石墨電極向工件伺服進(jìn)給，速度范圍0.001?15m/min。
[0009]所述高壓高速空氣流的壓力調(diào)節(jié)范圍0.1?0.7MPa，流速調(diào)節(jié)范圍2?17m3/h。
[0010]本發(fā)明的實(shí)施例所用石墨管狀電極的內(nèi)徑為4mm，外徑為12mm，這與傳統(tǒng)干式電火花加工使用的薄壁管狀電極不同。傳統(tǒng)干式電火花加工不能使用厚壁石墨管的原因是加工間隙非常小，厚壁時(shí)加工碎肩很難排出。該方法的加工能量要比傳統(tǒng)干式電火花加工大得多，從而導(dǎo)致較大的加工間隙和較好的排肩效果;較大的壁厚可以增加該種方法的加工效率，而且較小的內(nèi)徑能夠增大空氣流的速度，從而改善排肩效果;該方法使用的石墨電極旋轉(zhuǎn)速度范圍是500?3000rpm，這比傳統(tǒng)干式電火花加工使用的100?300rpm要快，高速的電極旋轉(zhuǎn)也有利于碎肩的有效排出。
【附圖說明】
[0011 ]圖1氣中高效電火花銑削加工方法原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明【具體實(shí)施方式】包括以下步驟:厚壁管狀石墨電極I裝夾在具有內(nèi)沖氣功能的機(jī)床主軸3上，伺服電機(jī)2通過皮帶帶動(dòng)主軸3高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過伺服電機(jī)4帶動(dòng)主軸3和石墨電極I向工件5進(jìn)行伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，通過反饋控制系統(tǒng)6控制伺服電機(jī)4的運(yùn)動(dòng)，來調(diào)節(jié)加工間隙距離，保證放電加工穩(wěn)定進(jìn)行。高功率脈沖電源7的正負(fù)極分別連接在石墨電極I和工件5上，為加工間隙提供足夠高的能量來熔化工件材料?？諝鈮嚎s機(jī)8通過機(jī)床主軸3的內(nèi)孔和石墨電極I的內(nèi)孔向加工間隙提供高速空氣流，空氣流起到快速排除加工碎肩和冷卻電極的作用。
[0014]實(shí)施例1:
[0015]工件材料為不銹鋼AISI 304，尺寸60mmX 12mmX4mm;電極為高純石墨管，內(nèi)徑4mm，外徑12mm;加工介質(zhì)為高速空氣，空氣壓縮機(jī)最大壓力0.7MPa;利用脈沖寬度9ms，脈沖間隔2ms，峰值電壓250V，峰值電流600A的電源參數(shù)進(jìn)行加工，工件接正極性，空氣流壓力
0.7MPa，所用銑削機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)速度3000rpm，橫向伺服進(jìn)給速度6m/min，單步進(jìn)給深度1mm，銑削加工所得槽型結(jié)構(gòu)的深度為2mm，寬度為12mm，長度為50mm，加工效率為5162mm3/min，相對電極損耗率為15%。
[0016]實(shí)施例2:
[0017]工件材料為鈦合金Ti6A14V，尺寸55mmX12mmX5mm;所用脈沖寬度為10ms，峰值電壓為300V，其余參數(shù)與實(shí)施例1中相同，加工效率為5862mm3/min，相對電極損耗率為1.5%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣中高效電火花銑削加工方法，其特征在于:高功率脈沖電源提供足夠高的加工能量給加工間隙，管狀石墨電極高速旋轉(zhuǎn)并向工件伺服進(jìn)給，高壓高速的空氣流通過空心電極的內(nèi)部通入加工間隙。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣中高效電火花銑削加工方法，其特征在于，所述的高功率脈沖電源，其供電的峰值電流為100?1000A，峰值電壓為70?310V，脈沖寬度和脈沖間隔調(diào)節(jié)范圍為0.1?1000ms。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣中高效電火花銑削加工方法，其特征在于，所述的管狀石墨電極為高純石墨厚壁管，外徑范圍為4?30mm，內(nèi)徑范圍為I?10mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣中高效電火花銑削加工方法，其特征在于，所述的高速旋轉(zhuǎn)電極，電極的旋轉(zhuǎn)速度為200?3000r/min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣中高效電火花銑削加工方法，其特征在于，所述的伺服進(jìn)給，速度為0.001?15m/min。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣中高效電火花銑削加工方法，其特征在于，所述的高壓高速空氣流，壓力調(diào)節(jié)范圍為0.1?0.7MPa，流速調(diào)節(jié)范圍為2?17m3/h。
【文檔編號(hào)】B23H1/10GK105880757SQ201610392051
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】劉永紅, 申泱, 董行, 紀(jì)仁杰, 武鑫磊, 孫萬運(yùn), 張現(xiàn)智
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)