一種微小孔工具電極旋轉速度可控電加工方法及調速系統與流程

本發明涉及一種微小孔工具電極旋轉速度可控電加工方法及調速系統，屬于特種加工技術領域。

背景技術：

近來工業的快速發展，對各種高性能復雜零部件的加工方法要求越來越高，尤其在航空發動機渦輪葉片的微型冷卻孔、氣膜孔以及精密模具微型孔等加工方法上表現出加工難點如下：①滿足所需加工尺寸、表面質量、形狀精度等要求；②滿足復雜以及高強度、高性能和難加工材料的加工要求；③滿足深徑比較大的微小孔加工要求。目前，微小孔的加工方法主要有機械鉆孔、激光打孔、電火花加工以及電化學加工等。

2014年6月11日，公開號為CN103846640A的中國專利公開了一種微小孔的等離子體放電加工裝置及加工方法，該方法是利用設置的氣室以及通電的線狀電極形成等離子體放電加工，屬于非接觸式加工方法，避免了加工區域表層以及亞表層的損傷，提高了微小孔加工質量，但該加工裝置對加工環境要求較高、難于加工深徑比較大的微小孔、加工成本高。

2014年9月3日，公開號為CN104014881A的中國專利公開了一種帶沉頭微小孔激光-電火花-電解組合加工方法及裝置，該方法是利用激光束在工件上進行沉頭微小孔的通孔預加工，再利用管狀銅電極對微小孔的沉頭進行電火花加工，最后再利用與電火花加工電極同軸的高速噴液電解液束對整個帶沉頭微小孔進行電解加工。該發明克服了以往單一特種加工方式帶來的各種弊端，但該方法在加工沉頭微小孔時加工成本高、增加了加工累計誤差。

2014年9月3日，公開號為CN104014880A的中國專利公開了一種無再鑄層微小孔的激光-電解復合加工裝置及方法，通過激光發射頭與電解加工陰極噴嘴軸線共面設置，來實現激光-電解加工的復合加工，該加工方法效率高、無再鑄層等，但該方法激光具有衰減性，且電解液對激光具有干擾作用，影響微小孔加工尺寸精度。

2015年4月30日，公開號為CN104923869A的中國專利公開了一種微小單群孔振動電極電火花-電解可控復合加工工藝方法及裝置，該方法采用超低濃度中性鹽溶液為工作液，在兩極間施加相應的脈沖電壓，電極沿進給方向作往復振動，通過對電極的振動控制，調節兩極間間隙大小，當電極正向振動使得極間間隙小于火花放電間隙，發生電火花反應；當電極負向振動，極間距離大于放電間隙，火花放電逐漸轉變為電解反應；當極間距離過大，電解反應結束，工作液進入消電離狀態。該發明通過振動模式的優化實現電火花和電解加工的可控復合，但該方法對于電極的往復振動加工增加了加工行程，降低了加工效率，同時工具電極往復振動的穩定性直接影響微小孔加工的質量。

2015年12月4日，公開號為CN103418987A的中國專利公開了一種微小孔磨鉆工藝，通過對鉆頭增設金剛石或立方氮化硼，形成直徑小于1mm的微小鉆頭，在主軸高速旋轉的作用下，對加工材料進行微小孔加工。該方法降低了孔的加工難度、縮短了加工時間及加工質量，該方法對于鉆頭磨損后難以修復，鉆頭的熱變形等影響微小孔的加工質量。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有微小孔加工方法的不足，提供一種既改善加工精度又提高孔加工質量的一種微小孔工具電極旋轉速度可控電加工方法及調速系統。

本發明采用的技術方案是：以極低濃度中性鹽溶液為電解液，在兩極間施加相應的電壓，通過對工具電極旋轉速度的控制，調節工具電極表面氣膜覆蓋狀態，當氣膜覆蓋狀態滿足放電效應產生條件時發生放電反應，當工具電極旋轉速度較低時發生電化學反應。通過旋轉速度的變化，實現電化學加工和放電加工的可控復合。

采用上述一種微小孔工具電極旋轉速度可控電加工方法，包括：

①所述的調速模式的優化包括了：加速度、速度、恒定時間、頻率及這些參數中的一種或者幾種。

②所述的加速度頻率為高或者為低或者為恒定或者為變加速度。

③所述的速度波形是正弦波或者余弦波或者鋸齒波或者三角波等任意一種或者多種的組合。

④所述極低濃度鹽溶液或中性溶液為純水、去離子水、及超低濃度NaCl、NaClO₃、NaNO₃溶液中的一種。

⑤本發明還提供了一種實現所述微小孔工具電極旋轉速度可控電加工方法及調速系統，包括工具電極調速系統和調速平臺；其中工具電極調速系統包括雙向調速節流閥連接雙向流量泵與工具電極旋轉速度可調電加工裝置；工具電極旋轉速度可調電加工裝置下端安裝彈簧夾頭，以夾持工具電極，雙向調速節流閥對調速平臺連接各調速裝置；加工工件固定在電解液槽中，電解液槽安裝于調速平臺上。

⑥所述的工具電極調速系統基于特斯拉渦輪機驅動的原理，循環工作液與轉片發生流固耦合作用，實現旋轉軸高速旋轉。

⑦所述雙向流量泵對工具電極旋轉速度可調電加工裝置提供正向或反向流量的控制，工具電極進行正向或反向速度可調旋轉運動。

⑧所述的通過調節調速節流閥，實現工具電極旋轉速度的變化。

本發明與現有技術相比，有益效果在于：

①本發明避免了微小孔加工再鑄層的形成，提高了微小孔加工質量。

②本發明通過對箱體內部循環工作液流量的調控，可以有效的控制輸出端工具電極的旋轉速度，進而實現微小孔電化學放電加工過程的有效控制。

③利用工具電極轉速的變化，可以實現加工區域液體的擾動，避免了深小孔加工時難以排屑、工作液不均勻等問題，同時提高了加工表面質量。

④采用工作液的循環方式，實現資源的重復利用以及降低了加工成本、提高加工效率。

⑤采用雙向調速節流閥與雙向流量泵，對工具電極旋轉速度可調電加工裝置提供正向或反向流量的控制，實現工具電極加工時的正向或反向運動。

附圖說明

圖1為本發明的總體結構示意圖；

圖2為本發明工具電極調速加工示意圖；

圖3為本發明工具電極旋轉速度可調加工裝置結構示意圖；

圖4為本發明循環工作液正向流動示意圖；

圖5為本發明循環工作液反向流動示意圖。

圖中：1床身、2循環工作液槽、3工作液、4過濾器、5雙向流量泵、6溢流閥、7雙向調速節流閥、8箱體工作液正向流動、9工具電極旋轉速度可調電加工裝置(906轉片、907轉片、912旋轉軸、913彈簧夾頭、914工具電極、919引電螺釘、922箱體、通液口923、通液口924)、10立柱、11上下進給運動、12直流電源、13電解液、14旋轉運動、15加工工件、16墊塊、17電解液槽、18箱體工作液反向流動、19流量表、20流量表、21單向閥、22單向閥、23過濾器。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一說明：

如圖1所示，一種微小孔工具電極旋轉速度可控電加工方法及調速系統，包括床身1、循環工作液槽2、工作液3、過濾器4、雙向流量泵5、溢流閥6、雙向調速節流閥7、箱體工作液正向流動8、工具電極旋轉速度可調電加工裝置9(轉片906、轉片907、旋轉軸912、彈簧夾頭913、工具電極914、引電螺釘919、箱體922、通液口923、通液口924)、立柱10、上下進給運動11、直流電源12、電解液13、旋轉運動14、加工工件15、墊塊16、電解液槽17、箱體工作液反向流動18、流量表19、流量表20、單向閥21、單向閥22、過濾器23。其中，所述雙向調速節流閥7與雙向流量泵5、流量表19相連接，流量表19連接通液口923，通液口924連接流量表20，流量表20連接單向閥21、單向閥22，單向閥21接入循環工作液槽2，單向閥22連接過濾器23接入循環工作液槽2；所述旋轉軸912上安裝轉片906、轉片907，旋轉軸912末端安裝彈簧夾頭913夾持工具電極914；所述加工工件15安裝在墊塊16上浸沒于電解液13中；所述工具電極旋轉速度可調電加工裝置9安裝于立柱10導軌上；所述直流電源11連接引電螺釘919、加工工件15。

如圖1所示，所述雙向調速節流閥7對工作液3流量進行控制，進入箱體922的工作液3與轉片906、轉片907發生流固耦合作用，轉片906、轉片907帶動旋轉軸912及旋轉軸912下端連接彈簧夾頭913夾持的工具電極914實現工具電極914高速旋轉運動。

如圖1所示，所述雙向流量泵5提供正向流動工作液3時，過濾器4進行工作液3正向進液過濾，雙向流量泵5提供反向工作液3時，過濾器23進行工作液3反向進液過濾。

如圖1、4、5所示，所述雙向調速節流閥7連接雙向流量泵5與工具電極旋轉速度可調電加工裝置9，雙向調速節流閥7對雙向流量泵5對工具電極旋轉速度可調電加工裝置9提供正向或反向流量的控制，從而實現工具電極914進行正向或反向速度可調旋轉運動。

如圖1所示，所述通過調節調速節流閥，實現工具電極旋轉速度的變化。

如圖1、2所示，所述引電螺釘919、工件15連接直流電源12，接通陰極工具電極914、陽極工件15，工具電極914浸沒在電解液13中形成氣液兩相流，當工具電極914轉速較高時，工具電極914表面覆蓋的氣膜狀態達到放電條件時發生放電反應，轉速較低時發生電化學反應。

如圖1、3、4、5所示，所述箱體922通液口923連接工作液3通液管，箱體922通液口924連接工作液3通液管，雙向流量泵5提供正向流動工作液3時，工作液3在裝置末端經單向閥21流入工作液槽2，實現工作液3正向循環；雙向流量泵5提供反向流動工作液3時，工作液3經單向閥22流經工具電極旋轉速度可調電加工裝置9、雙向調速節流閥7、雙向流量泵5、過濾器4流入工作液槽2，實現工作液3反向循環。

綜合圖1至圖5，本發明所述一種微小孔工具電極旋轉速度可控電加工加工方法為:將直徑為0.5mm的工具電極914通過彈簧夾頭913夾持固定在旋轉軸912上，工作液3通過雙向流量泵5注入到箱體922內腔，雙向調速節流閥7調節工作液3流量大小，雙向流量泵5改變工作液3進行正向或反向流動，工作液3正向流動時，流量表19顯示箱體922通液口923進液流量大小，過濾器4進行工作液3正向過濾，工作液3反向流動時，流量表20顯示箱體922通液口924進液流量大小，過濾器23進行工作液3反向過濾，溢流閥6起安全作業，循環工作液3與轉片906、轉片907發生流固耦合作用，驅動旋轉軸912及其下端夾持的工具電極914進行正向或反向的速度可控旋轉運動；對引電螺釘919和工件15間施加電壓并控制工具電極914在垂直進給方向上的運動間隙，工具電極914浸沒在電解液13中形成氣液兩相流，當工具電極914轉速較高時，工具電極914表面覆蓋的氣膜狀態達到放電條件時發生放電反應，轉速較低時發生電化學反應。從而實現工具電極旋轉速度可控電加工方法及調速系統。