[發(fā)明專(zhuān)利]大氣壓冷等離子體射流中電火花加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610874299.2
• 申請(qǐng)日: 2016-10-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106312205B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余祖元;鄒日貌;徐文驥;李劍中
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23H1/00
• 分類(lèi)號(hào): B23H1/00;B23H1/10
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心21200
• 代理人: 溫福雪,李寶元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在大氣壓冷等離子體射流中電火花加工的方法，屬于機(jī)械加工及工具領(lǐng)域。

背景技術(shù)

加工介質(zhì)是電火花加工系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)電火花加工的生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量、成本以及環(huán)保安全等方面具有重要的影響。電火花加工中目前廣泛應(yīng)用的為液體介質(zhì)，主要分為電火花加工油和去離子自水。液中電火花加工的通病是電極損耗較大。此外，用電火花加工油作為工作液，存在著火災(zāi)隱患，加工中分解的氣體對(duì)環(huán)境有污染，加工完成之后，需要用丙酮等有機(jī)溶劑對(duì)工件進(jìn)行清洗。以去離子水替代電火花加工油作為工作液，獲得了較大的放電間隙和較高的加工速度，但水作為工作液加工中還存在著電解電流，會(huì)直接影響到加工精度。1997年，有學(xué)者提出了氣中電火花加工，即以壓縮氣體作為加工介質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)在于電極損耗率低。但加工中短路率非常高。并且，該介質(zhì)中電火花加工的所用工具電極多為管狀電極。但在加工微細(xì)結(jié)構(gòu)或特征時(shí)，電火花加工用工具電極一般需要在線制作，直徑通常也在100μm以下。在線加工出外徑低于100μm的管狀電極非常困難，即使可以在線制備，由于微小孔的節(jié)流效應(yīng)，也難以通過(guò)直徑低于100μm的微孔向加工間隙中通入足夠加工所有的氣流。這使得利用氣中電火花加工微細(xì)結(jié)構(gòu)較難實(shí)現(xiàn)。其后，雖有學(xué)者采用外部通氣的方式，進(jìn)行氣中電火花微孔加工研究，但效果欠佳，加工中短路率高，電極損耗嚴(yán)重(超過(guò)30％)。將大氣壓下冷等離子體射流噴至電極與工件之間作為加工介質(zhì)，可以獲得與液中、氣中電火花加工均不同的加工效果。而關(guān)于以大氣壓下冷等離子體射流作為電火花加工介質(zhì)的相關(guān)研究，至今未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種以大氣壓冷等離子體射流作為加工介質(zhì)的電火花加工方法，設(shè)備簡(jiǎn)單、使用方便、對(duì)環(huán)境沒(méi)損害。可在相同加工能量下，獲得較去離子水和氣體中表面質(zhì)量更好的加工表面，以及較去離子水中更低的電極損耗。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種大氣壓冷等離子體射流中電火花加工方法，所用的設(shè)備為電火花加工機(jī)床與冷等離子體射流發(fā)生裝置；

電火花加工機(jī)床包括大理石床身1、XYZ三軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2、脈沖發(fā)生器3、旋轉(zhuǎn)主軸4、工具電極5、工件7和工件夾持裝置8；

冷等離子體射流發(fā)生裝置包括冷等離子體射流發(fā)生器6、高壓電源9、氣體質(zhì)量流量控制器10、減壓閥11和工作氣源12；高壓電源9的高壓輸出端和低壓輸出端分別與冷等離子體射流發(fā)生器6對(duì)應(yīng)的電極相連；工作氣體由工作氣源12經(jīng)過(guò)減壓閥11和氣體質(zhì)量流量控制器10通入冷等離子體射流發(fā)生器6；工作時(shí)，打開(kāi)工作氣源12的閥門(mén)，調(diào)整減壓閥11進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入氣體質(zhì)量流量控制器10的壓力，調(diào)整氣體質(zhì)量流量控制器10，使工作氣體以設(shè)定的流量進(jìn)入冷等離子體射流發(fā)生器6中；開(kāi)啟高壓電源9，逐漸提高輸出電壓，調(diào)整放電頻率，直到冷等離子體射流發(fā)生器6的出口產(chǎn)生穩(wěn)定的冷等離子體射流13；調(diào)整冷等離子體射流發(fā)生器6的位置，使待加工區(qū)域完全淹沒(méi)在冷等離子體射流13中；開(kāi)啟電火花加工用脈沖發(fā)生器3和控制計(jì)算機(jī)14，控制計(jì)算機(jī)14將運(yùn)動(dòng)指令傳遞給XYZ三軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2和旋轉(zhuǎn)主軸4，XYZ三軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2和旋轉(zhuǎn)主軸4根據(jù)運(yùn)動(dòng)指令在工件7上加工出特定的結(jié)構(gòu)與特征。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明中所用大氣壓冷等離子體射流宏觀溫度低至室溫或略高于室溫，不會(huì)對(duì)待加工區(qū)域金屬材料表面造成熱損傷。其中富集大量的離子、電子、激發(fā)態(tài)原子、分子及自由基等活性粒子，可能使得工件與電極之間的火花放電更易發(fā)生，增大放電間隙。放電間隙的增大，可能會(huì)改善極間的放電狀態(tài)，加工屑更易排出，短路率降低，加工效率提高。因此，可以在保留氣中電火花加工電極損耗率低的前提下，獲得比氣中更高的加工效率。

附圖說(shuō)明

圖1是大氣壓冷等離子體射流中電火花加工的裝置示意圖。

圖2是分別在大氣壓冷等離子體射流、氮?dú)馍淞鳌⑷ルx子水中電火花加工的表面粗糙度(Ra)對(duì)比圖。

圖3是分別在大氣壓冷等離子體射流、氮?dú)馍淞鳌⑷ルx子水中電火花加工的電極損耗長(zhǎng)度對(duì)比圖。

圖中：1大理石床身；2XYZ三軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；3脈沖發(fā)生器；

4旋轉(zhuǎn)主軸；5工具電極；6冷等離子體射流發(fā)生器；7工件；

8工件夾持裝置；9高壓電源；10氣體質(zhì)量流量控制器；11減壓閥；

12工作氣源；13冷等離子體射流；14控制計(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。