[發明專利]一種非導電材料的電解電火花線切割加工裝置及方法

有效

• 申請號: 201310167032.6
• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN103231134A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 韓福柱;王津;陳偉
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B23H7/02
• 分類號: B23H7/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及一種線切割加工裝置及方法，特別是關于一種非導電材料的電解電火花線切割加工裝置及方法。

背景技術

石英、玻璃和陶瓷等非導電材料具有耐磨、耐高溫、耐腐蝕和良好的耐熱沖擊等性能，已經被廣泛應用于微機電系統、微流體系統、生物醫學及航空航天等領域。然而，這些材料通常具有硬脆性，而且不導電，所以難以用傳統的機械切削方法和常規的電火花線切割加工技術對其進行切割加工。

目前，國內外非導電材料的切割方法主要有金剛砂輪切割、激光切割、等離子體切割、磨料水射流切割、輔助電極電火花線切割和電解電火花復合線切割等方法。

金剛石切割方法成本高，而且容易出現裂紋。激光切割、等離子體切割和磨料水射流切割方法都存在加工精度低，表面粗糙度高，加工厚度小的問題。輔助電極電火花線切割方法是將絕緣陶瓷表面覆蓋一層導電材料作為輔助電極，利用金屬電極絲和輔助電極之間在煤油中發生擊穿放電產生的熱量來去除絕緣陶瓷的一種加工方法，該方法得以進行的必要條件是煤油受熱分解生成碳并且覆蓋在絕緣陶瓷表面，該過程不可控，因此難以保證穩定加工，加工效率低。電解電火花復合加工方法是目前研究較多的絕緣材料的電加工技術，這種技術是利用電解液中火花放電作用來對工件材料進行去除加工的。電解液通常為氫氧化鈉溶液、硝酸鈉溶液或氯化鈉溶液。該技術的關鍵是通過電解反應在電極絲表面形成完整的氣體薄膜，將電極絲和電解液隔離開，繼而在電壓的作用下擊穿氣體薄膜，發生火花放電，利用火花放電時的瞬間高溫和沖擊作用來去除工件材料。這種傳統的加工方法所能加工工件的厚度嚴重受限，因為參與加工的電極絲長度越長，氣體薄膜需要包裹的電極絲的面積就越大，越不容易生成完整的氣體薄膜。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種非導電材料的電解電火花線切割加工裝置及方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種非導電材料的電解電火花線切割加工裝置，其特征在于：其包括一用于固定工件的主軸、若干導輪、一電極絲、一輔助電極和一盛有電解液的加工槽；所述電極絲通過外部運絲機構連接外部電源負極，且所述電極絲的其中一段通過所述導輪浸設在所述電解液中；所述輔助電極浸設在所述電解液中，且所述輔助電極的一端連接外部電源正極。

所述電解液為硝酸鋁溶液。

所述電極絲為鉬絲或鋼絲。

所述輔助電極的材料為不銹鋼。

所述電極絲為水平設置或豎直設置。

采用所述裝置的一種非導電材料的電解電火花線切割加工方法，其包括以下步驟：1）主軸帶動工件以恒定的速度向電極絲作進給運動，電極絲在外部運絲機構的帶動和導輪的導向作用下做往復直線運動；2）向電極絲和輔助電極施加直流或者脈沖電壓，電極絲和輔助電極在施加的直流或脈沖電壓的作用下通過電解液形成回路；3）浸入電解液中的電極絲表面附近發生電化學反應和電解電火花放電現象并在電極絲表面迅速附著一層絕緣層；4）隨著電極絲的往復直線運動，與工件接觸的電極絲的絕緣層瞬間被磨掉并發生電解電火花放電，電解電火花放電產生的瞬間高溫和沖擊作用去除工件材料；5）主軸繼續帶動工件以恒定的速度向電極絲作進給運動，直到完成對工件的切割加工。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明由于在對工件進行加工時，主軸帶動工件以恒定的速度向電極絲作進給運動，電極絲在外部運絲機構的帶動和導輪的導向作用下做往復直線運動，向電極絲和輔助電極施加直流或者脈沖電壓，電極絲和輔助電極在施加的直流或脈沖電壓的作用下通過電解液形成回路，浸入電解液中的電極絲表面附近發生電化學反應和電解電火花放電現象并在電極絲表面迅速附著一層絕緣層，隨著電極絲的往復直線運動，與工件接觸的電極絲的絕緣層瞬間被磨掉并發生電解電火花放電，電解電火花放電產生的瞬間高溫和沖擊作用去除工件材料，主軸繼續帶動工件以恒定的速度向電極絲作進給運動，直到完成對工件的切割加工，因此本發明在相對狹小空間內更容易形成完整的氣體薄膜，增大參與切割的電極絲的最大長度，從而明顯增大所能加工工件的厚度。2、本發明由于浸入電解液中參與加工的電極絲表面附近發生電化學反應和電解電火花放電現象，并在電極絲表面迅速附著一層絕緣層，該絕緣層材料為氧化鋁，其耐高溫和腐蝕性能良好，因此本發明能夠保證電極絲在加工過程中穩定存在。3、本發明由于對電極絲絕緣處理的過程和對工件的加工過程可以在同一裝置中進行，因此本發明可以簡化設備，降低成本。基于以上優點，本發明可以廣泛應用于各種較厚非導電材料的加工中。

附圖說明

圖1是本發明的電解電火花線切割加工的結構示意圖