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的加工效率達到5000mm3/min以上，使得電火花加工的效率首次達到機械加工水平?？蓪崿F(xiàn)高強高硬導電材料的大型型腔、復雜零件等的經(jīng)濟、環(huán)保、快速加工。
【專利說明】
氣中高效電火花銑削加工方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于特種加工領域，涉及一種氣中高效電火花銑削加工方法。
【背景技術】
[0002]電火花加工是將直流脈沖電源的正負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，可以加工任意導電的材料，而不用考慮它的強度，硬度，粘性等物理性質(zhì)。被廣泛應用在航空航天，汽車制造，生物工程等領域。該技術在使用液體電介質(zhì)時，由于液體介質(zhì)的分解作用會產(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技術廣泛應用的瓶頸。國內(nèi)外專家學者為了提高其加工效率，進行了大量的探索，然而效果并不明顯，其加工效率最高僅到60mm3/min，這遠低于傳統(tǒng)機械加工的幾千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的加工效率達到5000mm3/min以上，使得電火花加工的效率首次達到機械加工水平?？蓪崿F(xiàn)高強高硬導電材料的大型型腔、復雜零件等的經(jīng)濟、環(huán)保、快速加工。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。高功率脈沖電源的正負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;高速旋轉的石墨電極在主軸的帶動下向工件伺服進給，并保持一個維持電火花加工的微小間隙；空氣壓縮機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]所述高速旋轉主軸轉速調(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。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明【具體實施方式】包括以下步驟:厚壁管狀石墨電極I裝夾在具有內(nèi)沖氣功能的機床主軸3上，伺服電機2通過皮帶帶動主軸3高速旋轉，同時通過伺服電機4帶動主軸3和石墨電極I向工件5進行伺服進給運動，通過反饋控制系統(tǒng)6控制伺服電機4的運動，來調(diào)節(jié)加工間隙距離，保證放電加工穩(wěn)定進行。高功率脈沖電源7的正負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8通過機床主軸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)進行加工，工件接正極性，空氣流壓力
0.7MPa，所用銑削機床主軸旋轉速度3000rpm，橫向伺服進給速度6m/min，單步進給深度1mm，銑削加工所得槽型結構的深度為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%。
【主權項】
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并向工件伺服進給，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，所述的高速旋轉電極，電極的旋轉速度為200?3000r/min。5.根據(jù)權利要求1所述的氣中高效電火花銑削加工方法，其特征在于，所述的伺服進給，速度為0.001?15m/min。6.根據(jù)權利要求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】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, 紀仁杰, 武鑫磊, 孫萬運, 張現(xiàn)智
【申請人】中國石油大學(華東)