[发明专利]钛或钛合金惰性雾化介质电火花加工方法

说明书

本发明涉及钛或钛合金惰性雾化介质电火花加工方法，包括如下步骤：(1)将惰性气体介质与液体介质同时通入雾化装置中以形成惰性雾化介质；所述惰性气体介质与所述液体介质是在高温下不与钛或钛合金发生化学反应的物质，优选是氩气或氦气；(2)将所述惰性雾化介质持续通入电火花放电加工间隙区域；(3)将所述工具电极连通脉冲电源的负极、将所述钛或钛合金工件连通脉冲电源的正极形成放电回路，对所述钛或钛合金工件的多余材料进行电火花加工。本发明方法对钛或钛合金的加工具有放电加工能量利用率高、加工稳定性好以及较高的加工效率、良好的工件加工形状精度和表面质量等优点。

技术领域

本发明涉及钛或钛合金材料加工技术领域，具体涉及钛或钛合金惰性雾化介质电火花加工方法。

背景技术

钛或钛合金材料具有比强度高、耐腐蚀、高温力学性能优异和生物相容性好等特点，被广泛地应用在航空航天、兵器工业、医疗器械、船舶等诸多领域。随着钛合金在各领域应用范围的扩大，人们对钛合金零件的尺寸、形状及表面质量的要求不断提高，关于钛合金加工技术和方法的研究备受瞩目。但是钛或钛合金由于比强度高、弹性系数低，在机械加工过程会产生较高和较集中的切削力，容易产生振动而导致切削时出现震颤，影响加工精度；钛或钛合金的导热性差，切削加工时产生的热量不易散失，易积蓄在刀具上加快刀具磨损，加工余量较大时易烧蚀，特别是对于薄壁、外形复杂的零件，加工难度大，并且在持续高温下刀具的寿命大大降低，因此，钛或钛合金材料在切削领域上被认为是难切削材料。

为克服上述传统机械加工方式难以解决的问题，电火花加工利用工件和工具之间脉冲性火花放电时的电蚀现象来蚀除多余的金属材料，适合于大多是难切削导电材料的加工，属于无宏观切削力加工，其加工性能与材料的硬度、脆性等力学性能无关，只与加工材料的导电性能和热学性能有关。

电火花加工通常在液体电介质或气体电介质中进行。液体中加工机理研究较为成熟，研究成果很多，但是使用液体介质加工后不经处理排放会严重污染环境，因此需要额外的费用进行无害化处理，如采用煤油工作液时，在放电高温作用下会分解产生废气并存在火灾隐患。在气中进行放电加工，加工效率低，使用空气介质时的加工效率只有工作液的1/6，短路率比较高，加工过程产生的熔融金属在飞溅过程中不易及时冷却固化，有一部分会粘结在工件表面影响加工精度。钛或钛合金由于自身的物理化学特点，特别是钛的化学活性在高温条件下非常活泼，极易与氧化性物质发生化学反应。在3000-6000℃的瞬间放电高温条件下，液体介质与气体介质中的C、O、N等元素极易与钛或钛合金发生化学反应而生成高熔点、高阻值钛的氮氧化物等杂质物质沉积在工件表面，在表面形成凹坑、斑点、孔洞等形式的加工缺陷并使工件的强度、硬度、耐磨性等力学性能发生改变，严重降低加工表面精度，极大地限制钛及其钛合金的生产应用。

现有技术中如申请号为CN201010544351.0公开了一种钛或钛合金电火花诱导可控燃爆蚀除加工方法。该方法是在钛或钛合金的常规电火花加工过程中，向加工区域间歇性地通入能与钛金属产生剧烈氧化放热并形成燃爆效果的气体，以达到大量快速蚀除钛或钛合金基体材料的目的。但是该加工方法使用了易与钛或钛合金发生氧化反应的气体介质，在加工过程中易发生钛或钛合金燃爆现象，对工件形状尺寸的完整性存在严重的威胁。公开号为CN 110605442 A提出一种助燃气体浓度可调的易燃难加工材料可控放电烧蚀加工方法，在加工钛合金材料时通过调整氧气介质的浓度可以避免燃爆或过度烧蚀加工现象的发生。但是该加工方法在放电加工完成后，在工件表面会残留一层非常厚的氧化再铸层，致使被加工零件表面粗糙度较大且含有微裂纹的加工表面形成，需要进一步后处理工序。

发明内容

为了解决现有技术在加工钛或钛合金材料采用空气、氧气、氮气等作为电火花加工的介质而存在的工件表面加工质量低的技术问题，而提供钛或钛合金惰性雾化介质电火花加工方法。本发明方法对钛或钛合金的加工具有放电加工能量利用率高、加工稳定性好以及较高的加工效率、良好的工件加工形状精度和表面质量等优点，同时也继承了常规雾化电火花加工技术中电极损耗小、再铸层薄、对环境友好等优点。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：