本發(fā)明屬于特種加工的電火花線切割加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于電火花線切割加工的輔助方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，傳統(tǒng)的加工方法難以滿足各種超精、具有復(fù)雜表面的新材料、新結(jié)構(gòu)的加工條件，需要采用特種加工方法來對這些材料或結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。特種加工的特點(diǎn)是非機(jī)械接觸，沒有宏觀的切削力，而是利用非機(jī)械能(光、電、磁、熱、化學(xué)等)來去除材料的加工方法。

電火花線切割加工就是利用電能加工金屬材料的一種特種加工方法，利用金屬電極絲在均勻走絲過程中不斷的脈沖放電，從而蝕除工件材料的加工方法。電火花線切割已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、模具和汽車等各種領(lǐng)域，與傳統(tǒng)加工方法相比，適用于精度要求高、表面質(zhì)量好、高硬度、高強(qiáng)度和高熔點(diǎn)等傳統(tǒng)加工方法難以加工的材料，例如鈦合金、鎢鋼等金屬材料，且在加工一些形狀復(fù)雜的、具有特殊要求的工件時(shí)也具有明顯的優(yōu)勢，加工精度高，表面質(zhì)量好。

雖然電火花線切割加工精度高、得到的工件表面質(zhì)量好，但為了獲得好的表面質(zhì)量，需要付出加工效率與制造成本的代價(jià)；而且電火花線切割加工工藝是一種劇烈的熱工藝，利用放電脈沖瞬間產(chǎn)生的熱能腐蝕一定體積的材料，導(dǎo)致脈沖放電點(diǎn)材料的熔化，蒸發(fā)與電離；不可避免的在工件表面產(chǎn)生一些裂紋、凹坑與重鑄層，放電不穩(wěn)定，當(dāng)放電間隙內(nèi)的殘?jiān)幢还ぷ饕河行У丶皶r(shí)沖刷掉，會縮短放電通道，導(dǎo)致加工效率降低，以及工件表面質(zhì)量降低。有學(xué)者提出給工件或電極絲施加振動，以提高電極絲與工件間隙之間殘?jiān)臎_刷能力，以此來提高加工效率與表面質(zhì)量，這種設(shè)想實(shí)施困難，振動的頻率和幅度選擇不當(dāng)可能還會有相反的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種用于電火花線切割加工的輔助方法及裝置，其目的在于提高電火花線切割加工中的放電穩(wěn)定性、提高對殘?jiān)臎_刷能力，以提高加工效率和加工質(zhì)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于電火花線切割加工的輔助方法，在電火花線切割過程中，對工件施加垂直于加工方向且垂直于電極絲方向的磁場，通過所施加的磁場來限制并壓縮電火花線切割中的放電離子通道，產(chǎn)生作用于放電離子通道的洛倫茲力和作用于電極絲的洛倫茲力，以提高放電離子通道中的離子密度，加劇放電離子通道中的帶電粒子的相互碰撞，以增多工件表面放電接觸點(diǎn)，起到提高材料去除率的作用；并且該磁場可減弱電極表面的帶電粒子擾動，提高了放電離子通道的穩(wěn)定性，可改善加工表面質(zhì)量。

優(yōu)選地，上述的輔助方法，所述磁場為磁感應(yīng)強(qiáng)度在1t以內(nèi)的均勻磁場。

優(yōu)選地，上述的輔助方法，采用磁感應(yīng)強(qiáng)度為200mt或400mt的磁場。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于電火花線切割加工的輔助裝置，包括直流勵磁電源和電磁鐵；其中，直流勵磁電源用于為電磁鐵提供直流電；電磁鐵用于在直流電的驅(qū)動下產(chǎn)生均勻的磁場；

將該輔助裝置用于輔助電火花線切割加工時(shí)，電磁鐵產(chǎn)生的磁場作用于工件，磁場方向垂直于加工方向且垂直于電火花線切割機(jī)床的電極絲方向，磁場強(qiáng)度通過所述直流電的電流大小來調(diào)節(jié)，直流勵磁電源施加給電磁鐵的電流越大，磁場強(qiáng)度越大。

優(yōu)選的，上述的輔助裝置，其電磁鐵的磁極間距在80mm內(nèi)。

優(yōu)選的，上述的輔助裝置，其直流勵磁電源為電磁鐵提供10a以內(nèi)的直流電。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

在電火花線切割加工中，聚集在機(jī)床陰、陽兩極之間的加工殘?jiān)菍?dǎo)致非正常放電的主要原因；而當(dāng)加工殘?jiān)荒鼙还ぷ饕杭皶r(shí)有效地沖刷掉，在工作液的冷卻作用下，加工殘?jiān)芸炷谈街诠ぜ砻妫纬梢粚又罔T層，在這個(gè)過程中不可避免的造成工件表面裂紋；

通過本發(fā)明提供的這種用于電火花線切割加工的輔助方法及裝置對工件施加垂直于電極絲且垂直于加工方向的磁場后，工件受到兩個(gè)方向的洛倫茲力，結(jié)合加工中變化的電流所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場以及磁場力和電場力、工作液沖刷產(chǎn)生的液壓力、火花放電時(shí)產(chǎn)生的爆炸力等合力，來有效去除加工剩余殘?jiān)?，顯著提高了對電火花線切割放電間隙內(nèi)殘?jiān)臎_刷能力；

一方面，加工殘?jiān)靡钥焖贈_刷，由于加工殘?jiān)谈街诠ぜ砻嫘纬芍罔T層而造成工件表面裂紋的問題得以解決；另一方面，由于加工殘?jiān)菍?dǎo)致非正常放電的主要原因，在沖刷殘?jiān)哪芰μ岣咧?，電火花線切割放電間隙內(nèi)的殘?jiān)鼫p少，殘?jiān)鸬碾娀》烹娀蜻^渡放電這類非正常放電的比率降低，加工過程中的放電穩(wěn)定性得到提高，而所施加的磁場可減弱電極表面的帶電粒子擾動，提高放電離子通道的穩(wěn)定性，加工過程中的穩(wěn)定放電使得工件表面質(zhì)量得以提高；又一方面，由于加工殘?jiān)靡钥焖贈_刷，加工殘?jiān)诳s短放電通道方面的負(fù)面影響得以減小，具有提高加工效率的效果；并且所施加的磁場具有提高放電離子通道中的離子密度的作用，加劇了放電離子通道中的帶電粒子的相互碰撞，起到了增多工件表面放電接觸點(diǎn)的作用，可提高材料去除率，進(jìn)一步提高了加工效率；

而且本發(fā)明所提供的輔助方法及裝置的技術(shù)方案具有成本低、工藝簡單、易于實(shí)現(xiàn)、效果好的優(yōu)點(diǎn)；測試數(shù)據(jù)表明，將本發(fā)明所提供的輔助裝置及方法用于電火花線切割加工，可有效提高材料去除率，并有效降低所獲得工件的表面粗糙度；使電火花線切割加工的效率和工件表面質(zhì)量得到明顯提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于電火花線切割加工的輔助裝置結(jié)構(gòu)示意圖；其中，圖1(a)是正視圖，圖1(b)是俯視圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于電火花線切割加工的輔助裝置所采用的電磁鐵的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的磁場方向示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中工件的受力方向示意圖；

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-機(jī)床運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、2-上導(dǎo)輪、3-電極絲、4-工件、5.1-第一磁極、5.2-第二磁極、6-工作臺、7-夾具、8-直流勵磁電源、9-線包、10-柱套、11-立軛、12-橫軛、13-支座。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

在慢走絲電火花線切割加工機(jī)床上采用本實(shí)施例所提供的輔助裝置來輔助電火花線切割加工，以達(dá)到提高加工效率和加工質(zhì)量的目的；工作中，將該輔助裝置固定于機(jī)床工作臺6上，具體如圖1所示意的，圖1(a)是正視圖，圖1(b)是俯視圖；實(shí)施例提供的這種輔助裝置包括直流勵磁電源8和電磁鐵；直流勵磁電源具有準(zhǔn)確性高、穩(wěn)定性好、且過電流過電壓過溫保護(hù)的特點(diǎn)，為電磁鐵提供直流電；本實(shí)施例中，電磁鐵的結(jié)構(gòu)如圖2所示意的，包括第一磁極5.1、第二磁極5.2、磁軛(包括立軛11和橫軛12)、線包9、柱套10和支座13；通過調(diào)整第一磁極5.1與第二磁極之間的間距、以及直流勵磁電源輸出電流的大小可調(diào)節(jié)電磁鐵所提供的磁場大??；工作時(shí)，通過電磁鐵的支座13將電磁鐵與機(jī)床的工作臺6固定相連，電磁鐵的第一磁極5.1與第二磁極5.2分別平行設(shè)于待加工工件4的兩側(cè)，電磁鐵所產(chǎn)生的磁場方向平行于地面、垂直于電極絲3的方向且垂直于電火花線切割加工的方向。

當(dāng)直流勵磁電源8打開、電流流過線包內(nèi)的線圈時(shí)，在第一磁極5.1與第二磁極5.2之間產(chǎn)生均勻磁場，將擬加工的工件4置于兩磁極之間，通過輔助裝置所產(chǎn)生的磁場來輔助電火花線切割加工；磁場的方向?yàn)榇怪庇陔姌O絲方向且垂直于線切割加工的方向；

在電火花線切割中，放電離子通道提供了材料去除的必要熱能，使工件材料瞬間液化、汽化；當(dāng)脈沖放電結(jié)束之后，熔化材料在工件表面形成熔池；通過本發(fā)明所提供的輔助磁場來限制并壓縮放電離子通道，可提高放電離子通道中的離子密度，從而加劇離子通道中的帶電粒子的相互碰撞。而另一方面，磁場可以減弱電極表面的帶電粒子擾動，從而提高放電離子通道的穩(wěn)定性；這些特性可以增多工件表面放電接觸點(diǎn)，進(jìn)而增加電流密度，提高材料去除率，改善加工表面質(zhì)量。

對于非磁性材料而言，它并不受任何磁場力作用；但是當(dāng)電流通過非磁性工件材料和電極絲、且與加載磁場方向成一定角度時(shí)，會產(chǎn)生兩種洛倫茲力，一種作用于放電離子通道，另一種作用于電極絲；所加載磁場的方向?qū)庸そY(jié)果影響非常大，圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的磁場方向示意圖，磁場方向垂直于加工方向且垂直于電極絲，這樣可以保證處于放電離子通道上的工件與電極絲都受到洛倫茲力作用。

當(dāng)磁場作用于處于放電離子通道上的非磁性的工件時(shí)，所加載的磁場不僅可以降低不正常放電(電弧放電和過渡放電)的比率，而且可以減少正常放電波形的毛刺。

實(shí)施例中，電火花線切割加工系統(tǒng)的受力情況如圖4所示；洛倫茲力合力可以聚集放電離子通道，提高放電離子通道中的離子密度，從而加劇離子通道中的帶電粒子的相互碰撞，提高材料去除率；且洛倫茲力可以加速熔池的形成，增加熔池深度和面積(進(jìn)而提高材料去除率)，提高工作液沖刷加工殘?jiān)男省?/p>

當(dāng)然用以產(chǎn)生磁場的磁場發(fā)生裝置不僅僅局限于實(shí)施例提供的這種輔助裝置的結(jié)構(gòu)，各種可以產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度大小合適的磁場發(fā)生裝置都可以滿足本發(fā)明的目的，本發(fā)明所提供的輔助裝置的電磁鐵的兩磁極間距可調(diào)，只要能滿足能產(chǎn)生預(yù)設(shè)大小的均勻磁場，磁極間距不可調(diào)的也是完全可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的。以下結(jié)合具體的實(shí)施例以及加工環(huán)境來進(jìn)一步闡述本發(fā)明所提供的輔助裝置及方法。

實(shí)施例1

加工環(huán)境：線切割機(jī)為高性能的5軸數(shù)控慢走絲電火花線切割機(jī)床，待加工的金屬工件是厚度為10毫米的難加工材料ti6al4v；

數(shù)控慢走絲電火花線切割機(jī)床所提供的脈沖電流的脈寬22μs，電流5a；切5mm長度的切縫；所用的輔助裝置的直流勵磁電源具有電流過電壓過溫保護(hù)的功能，分辨率10ma，可提供電流0～10a、電壓0～30v的直流電，輸出功率300w；輔助裝置的電磁鐵包括磁極、磁軛(包括立軛和橫軛)、線包和柱套，均由工業(yè)純鐵制成，線包間距80mm，電磁鐵磁極頭直徑50mm，兩磁極間距在80mm內(nèi)可調(diào)，最大可以產(chǎn)生1t的磁場；

本實(shí)施例中，電磁鐵的磁極間距為40mm；通過調(diào)節(jié)直流勵磁電源的輸出電流大小為6a使輔助裝置所產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為200mt，方向同時(shí)垂直于電極絲與線切割加工方向，切割角度為垂直；電火花線切割加工系統(tǒng)的電極絲為0.25mm的銅絲，絲速0.15m/s，絲張力15n；工作液為去離子水，溫度25℃，水壓力7kg；脈間8μs，進(jìn)給速度10mm/min。

采用本實(shí)施例所提供的輔助裝置和方法后，材料去除率為0.085mm³/min，所獲得工件的表面粗糙度為1.184μm；而在不采用本實(shí)施例所提供的輔助裝置和方法的情況下，材料去除率為0.034mm³/min，所獲得工件的表面粗糙度為1.77μm；相比之下，采用本實(shí)施例所提供的輔助裝置和方法使得材料去除率提高2.5倍，所獲得工件的表面粗糙度下降33.1％。

實(shí)施例2

加工環(huán)境：線切割機(jī)為高性能的5軸數(shù)控慢走絲電火花線切割機(jī)床，待加工的金屬工件是厚度為10毫米的難加工材料ti6al4v；

數(shù)控慢走絲電火花線切割機(jī)床所提供的脈沖電流的脈寬22μs，電流5a；切5mm長度的切縫；所用的輔助裝置的直流勵磁電源具有電流過電壓過溫保護(hù)的功能，分辨率10ma，可提供電流0～10a、電壓0～30v的直流電，輸出功率300w；輔助裝置的電磁鐵包括磁極、磁軛(包括立軛和橫軛)、線包和柱套，均由工業(yè)純鐵制成，線包間距80mm，電磁鐵磁極頭直徑50mm，兩磁極間距在80mm內(nèi)可調(diào)，最大可以產(chǎn)生1t的磁場；

本實(shí)施例中，電磁鐵磁極間距為40mm；通過調(diào)節(jié)直流勵磁電源的輸出電流大小為10a使輔助裝置所產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為400mt，方向同時(shí)垂直于電極絲與線切割加工方向，切割角度為垂直；電火花線切割加工系統(tǒng)的電極絲為0.25mm的銅絲，絲速0.15m/s，絲張力15n；工作液為去離子水，溫度25℃，水壓力7kg；脈間8μs，進(jìn)給速度10mm/min。

采用本實(shí)施例所提供的輔助裝置和方法后，材料去除率為0.108mm³/min，所獲得工件的表面粗糙度為1.3μm；而在不采用本實(shí)施例所提供的輔助裝置和方法的情況下，材料去除率為0.034mm³/min，所獲得工件的表面粗糙度為1.77μm；相比之下，采用本實(shí)施例所提供的輔助裝置和方法使得材料去除率提高了3.2倍，所獲得工件的表面粗糙度(μm)下降了26.6％。

實(shí)施例3

實(shí)施例3與實(shí)施例1的加工環(huán)境的區(qū)別在于：電磁鐵磁極間距為40mm，通過調(diào)節(jié)直流勵磁電源的輸出電流為10a使輔助裝置所產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為400mt，數(shù)控慢走絲電火花線切割機(jī)床所提供的脈沖電流的脈寬22μs，電流2a，其他均與實(shí)施例1相同。

采用本實(shí)施例所提供的輔助裝置和方法后，材料去除率為0.083mm³/min，所獲得工件的表面粗糙度為0.52μm；而在不采用本實(shí)施例所提供的輔助裝置和方法的情況下，材料去除率為0.017mm³/min，所獲得工件的表面粗糙度為0.58μm；相比之下，采用本實(shí)施例所提供的輔助裝置和方法使得材料去除率提高了5倍，所獲得工件的表面粗糙度下降了10.3％。

實(shí)施例4

實(shí)施例4與實(shí)施例1的加工環(huán)境的區(qū)別在于：電磁鐵磁極間距為20mm，通過調(diào)節(jié)直流勵磁電源的輸出電流大小為5a使輔助裝置所產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為400mt，數(shù)控慢走絲電火花線切割機(jī)床所提供的脈沖電流的脈寬16μs，電流5a，其他均與實(shí)施例1相同。

采用本實(shí)施例所提供的輔助裝置和方法后，材料去除率為0.082mm³/min，所獲得工件的表面粗糙度為1.05μm，傳統(tǒng)的為0.058mm³/min，有效波形的比例明顯提高，材料去除率提高了1.4倍；磁場輔助表面粗糙度為1.05μm，傳統(tǒng)的為1.18μm，表面粗糙度下降了11％。

以下實(shí)施例5～8與實(shí)施例1的加工環(huán)境的區(qū)別在于脈寬與電流大小，其他均與實(shí)施例1相同；實(shí)施例9～12與實(shí)施例1的加工環(huán)境區(qū)別在于脈寬、直流勵磁電源的輸出電流與輔助裝置所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度大小，實(shí)施例9與實(shí)施例10中，電磁鐵的磁極間距均為60mm，直流勵磁電源的輸出電流大小為10a，產(chǎn)生約為0.2t的磁場；實(shí)施例11與實(shí)施例12中，電磁鐵磁極間距為80mm，直流勵磁電源的輸出電流為10a，產(chǎn)生約為0.15t的磁場。實(shí)施例5～12的加工環(huán)境參數(shù)以及材料去除率、表面粗糙度的數(shù)據(jù)如下表1所示。

表1實(shí)施例5～12的參數(shù)列表

上述實(shí)施例數(shù)據(jù)表明，將本發(fā)明所提供的輔助裝置及方法用于電火花線切割加工，可有效提高材料去除率，并有效降低所獲得工件的表面粗糙度。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。