[发明专利]一种提高电火花高速穿孔加工表面完整性的方法及装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种电火花加工技术，尤其是一种能提高电火花高速穿孔加工表面完整性的电火花加工方法及装置，具体地说是一种通过采用专用夹具将具有一定压力和流速的低温水雾施加在加工区域的工件待加工孔进出口表面，以提高电火花高速穿孔加工表面完整性的方法及装置。

 

背景技术

传统电火花加工采用油类作为放电介质，加工稳定且效率高，但也存在一些缺点：高温分解出的气体对人体和环境有害；有火灾危险；使用后的废弃物对环境有害；使用成本高；加工表面存在白层等热影响层。水基工作液在电火花线切割加工中应用广泛，在某些成形加工中也有所应用，如电火花高速穿孔加工。水基工作液对环境和人体不利影响小，没有火灾危险，但也存在一些问题，如热量损失大，排屑效果不佳，由于急冷易形成白层，容易锈蚀机床。20世纪90年代，日本东京农工大学的国枝正典学者提出并实现了气体介质电火花加工有效地解决了油基工作液的上述缺点，但气体介质放电间隙很小，对机床伺服系统等要求高，使用普通电火花加工机床加工时加工不稳定，使得不正常放电几率增大，有效脉冲利用率降低，因此加工效率低。

在干式电火花加工的基础上, 上海交通大学和美国密西根大学分别提出了以雾为介质的放电加工。雾作为加工介质加工同样具有对环境和人体友好，无火灾危险等优点。由于雾的电学和热学性质介于气体和液体之间，故期望能集二者之优点而避免它们的缺点。

以上所述的电火花加工方法中，以煤油、水、雾等作为工作介质，在工件表面完整性方面都存在一个共同的问题，即只注重了加工间隙的冷却及产物的排除，忽略了加工区域工件进出口表面的冷却，且电火花加工过程中，熔化和气化了的工具及工件材料在抛离电极表面时，向四处飞溅，除绝大部分抛入工作液中外，有一小部分飞溅在工件的上下表面，即发生在工件待加工孔的入口和出口表面的微粒再附着，这就使得工件表面热影响区较大，工件表面完整性不佳。

 

发明内容

本发明目的是解决现有电火花高速穿孔加工方法中，由于在加工中主要以高压水基工作液对加工区域实施强迫冷却和排屑，忽略了工件待加工孔入口、出口表面及侧壁的冷却与排屑，使得加工后的工件表面热影响区较大，二次放电现象严重，表面粗糙度值较大，从而使得工件表面完整性差，以及加工效率低等问题。发明提出一种可以提高电火花高速穿孔加工表面完整性的方法，主要是将具有一定压力和流速的低温水雾施加在加工区域的工件进出口表面，从而快速带走工件待加工孔入口和出口表面的热量，迅速冷却和排除加工产物，以此减少热影响区和二次放电现象，进而提高加工表面完整性和加工效率，采用的具体技术方案是：

一种提高电火花高速穿孔加工表面完整性的方法，所述的方法是在电火花高速穿孔加工的过程中，向加工工件待加工孔的入口和出口表面施加水雾。

由于水雾喷射到加工区域时速度较快，可以更有效地将加工产物带离工件的表面，并且在水雾中，液相的颗粒很小，遇高温极易汽化，能够渗透到加工工件的表面并对表面降温，因此，能够防止高温的工件屑在加工工件的表面附着，从而快速冷却和排除加工产物，减少热影响区和由于排屑不佳所引起的二次放电现象。

上述的工件材料为能进行放电加工的材料，如导电性能良好的金属材料（如：铜，钢等），具有导电性能的半导体材料（如硅、锗等），某些热膨胀系数小，比热小，易发生氧化的复合材料（如碳纤维复合材料等）。

上述的水雾是可以由去离子水或水与压缩空气或氮气形成的，在实施操作中可以是经微量润滑喷雾装置而形成的包含小液滴的水雾，液滴直径优选为10～200μm，水雾在加工表面的流速最优是在50~100m/s范围内，水雾中气、液体积比范围200：1~50000：1，水雾气源压力范围0.4～0.7MPa，水雾温度范围-10～20℃。上述的水雾流速太低可能导致排屑效果不明显，太高可能对专用夹具造成过大的冲击，影响加工精度；水雾中气、液比太大或太小都可能导致排屑、冷却效果不佳。

本发明的另一个目的是提供一种提高电火花高速穿孔加工表面完整性的夹具，所述的夹具包括有上导块和下导块，上导块与下导块在夹合时内部呈空腔，上导块和下导块上分别设置有水雾入口和排屑槽，上导块的顶面上还开设有工具电极入口，工具电极入口、水雾入口和排屑槽均与所述的空腔相连通。

在使用时，利用上导块与下导块将加工工件夹合在其中，然后将工具电极从上导块的工具电极入口穿过，开始电火花高速穿孔加工，与此同时，由水雾入口射入水雾，使水雾能够排除加工区域产生的热量、废屑等，使加工过程更加顺利并使表面平整。