[发明专利]一种具有液体背衬的电火花-电解复合加工微小孔方法

说明书

本发明公开了一种具有液体背衬的电火花‑电解复合加工微小孔方法，属于特种加工的领域。本发明特征在于：在工件空心内部或工件背面垂直于加工方向通入辅助液体，形成液体背衬，通过调节液体背衬的液流方向或压力实现不同效果。通入辅助液体存在两种方式，即单向液流方式或双向液流方式；其中单向液流方式是指辅助液体从一侧流入从另一侧流出，其中两侧压力不同；其中双向液流方式是指辅助液体从两侧流入，其中两侧压力相同；本发明利用液体背衬可实现无重铸层、小锥度、高精度、高稳定性的微小孔加工。

技术领域

本发明涉及微小孔加工方法，属于特种加工的领域，具体涉及一种具有液体背衬的电火花-电解复合加工微小孔方法。

背景技术

随着航空航天，精密仪器零件的不断更迭，出现了很多微小孔结构，单按航空发动机来说：航空发动机发展向高推重比、高转速的发展，对涡轮叶片的耐高温性及耐疲劳性能提出很高的要求。对此，涡轮叶片常采用高温合金并通过气膜冷却孔的方法进行冷却。叶片内部通入的高压冷气经气膜冷却孔，输送到叶片表面形成温度较低的冷却薄膜。发动机内全部涡轮叶片有数万个这种微小孔，直接影响到了航空发动机成品率、工作效率、使用寿命。目前微小孔的加工已成为涡轮叶片加工的关键技术之一。

电火花穿孔加工基于火花放电蚀除工件材料，具有以柔克刚，微细精密的特点，但加工时微小孔出口处缺液易形成干放电，加工后存在重铸层，对耐疲劳性能产生严重影响。

电解加工，基于阳极溶解的原理，通常采用管电极作为工具电极，具有生产效率高，无重铸层，无残余应力的特点，但高浓度的电解液会对工件表面产生严重的杂散腐蚀现象，破坏工件表面质量。

电火花-电解复合加工基于二者优点，在管电极内部通入低浓度电解液，通过火花放电技术来蚀除大部分材料，与此同时通过阳极溶解作用达到去除重铸层的目的。但微小孔入口处阳极溶解时间长于出口处，使微小孔产生一定锥度；其次由于微小孔穿透瞬间，电解液漏液，微小孔出口处缺液，加工产物排出不畅，不能完全消除出口重铸层。

2003年12月24日，实用新型专利03219172.3中国专利局发布一种带反向充液装置的高速电火花小孔加工机，为解决微小孔刚刚打穿出现的漏液，造成加工区域缺液问题，该装置在工件背侧另设喷液口，向微小孔出口处喷射一定压力的工作液，形成反向冲液，来补充漏液导致出口处的加工不良现象，整个结构设计不能进行中空零件加工，且重铸层无法去除。

2015年4月30日，申请号为201510212740.6中国专利局公布一种基于低温环境的冰冻辅助微小孔加工方法及装置，利用低温环境，在工件背面形成冰冻结构，来实现工作液反流的目的，保证小孔出口处表面质量。但其需在加工前通过外加低温设备，对整个环境进行降温，使其在冰点以下，加工区域封闭，并不利于加工产物排出。

2015年6月24日，申请号为201510355873.9中国专利公布的一种单晶空心叶片电火花电解复合制孔方法，其在电火花-电解复合加工的基础上通过在叶片内部灌注填充物，实现气膜孔穿透瞬间时，管电极射出工作液打到填充物，实现返流，去除出口处重铸层，改善小孔出口质量。但其加工效率不高，在加工前需要灌注填充物保温1-2h,并在加工完成后需要超声波清洗半小时以上去除填充物；其次在出口处由于填充物存在，会使电解液排出不畅，在出口处堆积，出口直径略大。

2015年8月24日，申请号为201510523510.1中国专利局发布了阵列群电极微小孔电加工同轴冲液的方法和装置，其电解液沿阵列群电极的阴极流入电加工区，通过控制电解液密封腔的压力，使得不同电解液流速一致，实现加工的一致性，但对于诸如叶片的复杂结构，其阴极制作困难。