[發明專利]一種電火花與電化學復合微細深孔加工裝備

在審

• 申請號: 202310087126.6
• 申請日: 2023-02-09
• 公開（公告）號: CN116140726A
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 孫福臻;于清峰;賈廣斌;姜加男;吳一凡
• 申請（專利權）人: 北京機科國創輕量化科學研究院有限公司;北京機科國創輕量化科學研究院有限公司煙臺分公司
• 主分類號: B23H5/02
• 分類號: B23H5/02;B23H5/14;B23H9/14;B23H11/00;B23H7/36
• 代理公司: 煙臺智宇知識產權事務所(特殊普通合伙) 37230
• 代理人: 李增發

本發明屬于深小孔加工制造領域，具體涉及一種電火花與電化學復合微細深孔加工裝備，包括機床本體、電氣柜和工藝參數與人機界面系統，脈沖電源系統，運動控制系統，電化學液循環系統，與現有技術相比，本發明結合了電火花高速穿孔和電化學加工的優點，加工范圍廣、效率高、刀具磨損低、工件無殘余加工應力、表面無重鑄層和微裂紋、表面粗糙度和質量好，復合加工獲得的表面更光滑。

技術領域

本發明屬于深小孔加工制造領域，具體涉及一種電火花與電化學復合微細深孔加工裝備。

背景技術

深徑比大于5:1、直徑為3mm以下的微細深孔結構廣泛應用于汽車、航空航天、生物醫學、微電子、微機電元器件制造等領域，例如具有高精度要求的汽車發動機燃油噴嘴孔和良好表面質量的生物醫用過濾器孔；航空發動機渦輪葉片和導葉中保護其免受過熱的大量氣膜冷卻孔，由于在高溫高壓環境下工作，這些孔的表面質量要求非常嚴格，加工表面必須沒有重鑄層和微裂紋；直徑2m的大型輪胎模具要求加工出平均直徑為2mm、深度為300mm的排氣孔，因品種不同，有時每一副輪胎模具需要加工出1500個排氣孔，這種排氣孔很難在加工中心等機床上進行鉆削加工，一般由熟練的操作工利用電鉆進行手動操作，平均需要花費30min以上的加工時間，在整體上加工1500個孔則需要花費750h；而且經常會出現鉆頭折損而重新加工的現象，操作者長時間處于緊張狀態下，還會造成體力上的負擔。

這些大深徑比微小孔必須具有小直徑和高精度，通常由鎳基超合金、鈦合金和金屬間化合物等極硬和韌性材料制成，這些材料很難用傳統機械方法加工，因為機械鉆孔會遇到各種問題，例如形成毛刺、刀具磨損率高和斷刀等。激光鉆孔對于在難切削材料上加工孔是有效的，但通常存在熱影響區甚至微裂紋的缺點，這在航空工業中是嚴格不能接受的。

電火花放電鉆孔Electrodischage?Drilling，簡稱EDD和電化學鉆孔Electrochemical?Drilling，簡稱ECD是制造微孔結構的兩種合適加工工藝。

EDD是使用最廣泛的特種加工方法之一，可以加工任何導電材料，在鉆微孔時具有很高的材料去除率和加工精度。在EDD中，工件材料通過放電火花的高溫腐蝕作用被去除。因此，EDD可用于在難加工材料上加工微孔。然而，由于EDD是一種熱處理工藝，材料去除方法涉及高溫熔化，EDD的任何孔總是會出現重鑄層、微裂紋和殘余應力等缺陷，這些都會對工件的機械性能產生負面影響，隨后在需要特定表面光潔度的應用中必須將其去除。此外，隨著加工深度的增加，EDD中的刀具磨損加劇，加工效率降低。

另一方面，與EDD相比，ECD繼承了電化學加工的各種優點，它獨立于材料機械性能，經常用于加工一些具有復雜結構的難切削材料金屬零件，無論材料的硬度和韌性如何，而且加工表面上沒有熱影響區和裂紋，可以在沒有刀具磨損和冶金缺陷的情況下實現高表面質量，生產效率高，在航空、航天、兵器制造等領域得到了廣泛的應用。ECD的固有特性意味著它可以成為在難切削材料中加工深小孔的主要解決方案。然而，ECD的形狀精度加工效率低，并且由于雜散材料去除而電化學反應溶解率低，ECD的加工效率明顯低于EDD。

發明內容

本發明的目的是彌補現有技術中單一的EDD或ECD微鉆孔技術無法滿足技術要求嚴格的微小孔加工的不足之處，提供一種電火花與電化學復合微細深孔加工裝備，復合使用兩種加工工藝以取長補短，即通過使用低電導率鹽溶液將高速EDD加工和ECD加工結合在一個獨特的加工過程中，使軸向間隙中的高速EDD的加工精度和形狀精度更好，接近ECD的水平；并在徑向間隙中通過ECD使加工表面質量優于僅使用EDD的表面質量，即采用電火花與電化學復合鉆孔Electrodischage?and?Electrochemical?Combined?Drilling，簡稱EECD，來加工航空發動機等應用的難加工金屬，特別是鎳基高溫合金、鈷基高溫合金、鈦合金以及機電和電信領域應用的鈹銅合金。

所采取的技術方案是：

一種電火花與電化學復合微細深孔加工裝備，包括機床本體、電氣柜和