[发明专利]电火花诱导可控烧蚀及电解复合高效加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特种加工方法，尤其是一种通过电火花放电诱导产生可控高效烧蚀，电解加工进行修整的高效复合加工方法，它能够快速蚀除基体金属，保障加工表面质量和精度，消除变质层，大大降低电极损耗。具体地是一种电火花诱导可控烧蚀及电解复合高效加工方法。

背景技术

随着科技的进步和工业的发展，层出不穷的金属材料不但具有硬度高、强度大、耐磨性好，而且还具有高熔点，抗腐蚀性强等特点，使得传统切削加工方法的难度日益增大。如高温合金、高强度钢在机械加工过程中，因其加工切削力大，切削温度高，易加工硬化等特点，导致刀具易磨损，零件表面质量和精度不易保证。电火花加工利用电、热能而不是机械能蚀除材料，可以加工任何硬、脆、韧、软及高熔点的导电材料，且专长于难加工材料、复杂型面零件的加工。然而，电火花加工的能量来源于脉冲放电，用于蚀除材料的能量受到脉冲电源能量输出、工件加工表面质量和精度、电极损耗等因素的制约，与传统机械加工相比，其加工效率很低。

为提高电火花加工的效率，改善加工环境，研究人员在传统电火花加工的基础上相继提出了气中电火花加工、液中充气电火花加工、喷雾电火花加工等一系列新的电火花加工方法，使其应用领域得到扩展。传统电火花加工工作介质多为碳氢化合物，如煤油或者矿物油等，这类工作介质在电火花加工中可以形成碳保护膜附着在电极上，减少电极损耗。但是，加工时产生的气体具有一定毒性，对人体有害，并且工作介质具有可燃性，若操作不慎或加工异常易引发火灾。

日本东京农工大学的国枝正典提出了气中电火花加工方法，试图解决电火花加工中的环境和安全问题。气中放电加工时，部分熔融工件金属材料飞溅粘附在工具电极上，补偿了工具电极损耗，可得到较低的电极损耗率。但由于其放电间隙较小，易发生短路或拉弧现象，使得放电状态变差、加工效率大大降低。

为解决气中电火花加工遇到的问题，山东理工大学研究了超声辅助气中电火花加工方法，对工件电极或工具电极施加超声振动，用于改善气中放电状态，提高了气中电火花放电效率，有效地避免了加工过程短路、电弧放电现象的发生。但由于气体对放电通道的压缩效果较差，放电通道能量密度较低，加工效率通常仅为液中放电的1/6左右，制约了气中电火花加工的发展。

上海交通大学近期提出了液中喷气电火花加工方法和喷雾电火花加工方法。液中喷气电火花加工相对于气中电火花加工，具有更高的加工效率、更好的表面质量和同样低的电极损耗；电极损耗基本不受脉冲占空比、峰值电流和气体压力的影响。雾中电火花加工结合了液中和气中电火花加工方法的优点，使放电间隙大于气中和液中电火花加工，电介质容易击穿形成放电通道，高压雾气具有比干式加工更好的冷却作用，可以提高放电通道的爆炸力，提高加工速度。

上述各种加工方法蚀除的能量，都是来源于工件和电极间的放电，其大小依赖于脉冲电源的输出。由于电火花加工脉冲电源的能量利用率一般不到总能量的一半，并且用于加工的能量只有一部分分配给工件，另一部分在传递过程中散失到周边介质中，能量利用率不高。为了提高电火花加工的效率，只能提高脉冲电源的输出能量，但输出能量越大，损失就越大，并且分配到工具电极上的能量也越大，相应的电极损耗就增加，同时工件的加工表面质量也越差。因此，目前无论采用何种形式的电火花加工，其加工效率仍较低。

电解加工是一种利用金属阳极电化学溶解原理去除材料的制造技术，它因无工具损耗可长期使用、与加工材料硬度无关、表面无残余应力、无毛刺、加工效率高、表面质量好、可加工三维复杂形状等特点，已被广泛地应用在发动机叶片、涡轮等关键零部件的生产中，在航空航天、汽车、医疗器材、电子、模具等行业中得到了广泛的应用。尽管如此，目前电解加工的精度及稳定性还需要提高，并且其设备投资大，工具电极修整困难，电解液及产物需要进行处理。

借助电解加工的高效率低电极损耗，电火花加工的高精度，电解电火花复合加工成为一种有发展潜力、有希望解决上述工艺难题的新型加工方法，同时电解电火花复合加工目前也是一种适用于高硬度绝缘体材料加工的工艺手段。

英国爱丁堡大学对耐热合金、钛合金、合金钢等5种材料进行了深小孔电解电火花复合加工试验研究，5种材料均成功实现了复合加工打孔。前苏联乌发航空学院重点试验研究了在薄壁件上用电解电火花复合加工冲切稍大的孔，加工精度可达0.01~0.20mm，已局部用于航空发动机薄型板料耐热合金外壳的冲孔加工。