一種導(dǎo)電率可調(diào)的霧化介質(zhì)電火花放電燒蝕與電解復(fù)合加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及特種加工領(lǐng)域，尤其是一種導(dǎo)電材料的兼具高效率蝕除、低成本、低損耗以及高表面質(zhì)量等優(yōu)點的電火花加工方法。具體是一種導(dǎo)電率可調(diào)的霧化介質(zhì)電火花放電燒蝕與電解復(fù)合加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進步和工業(yè)的發(fā)展，新材料、新結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，特別是在航空航天領(lǐng)域，隨著飛行器性能要求的不斷提高，鈦合金、高溫合金、高強度鋼及復(fù)合材料的使用比例越來越高，并且結(jié)構(gòu)件加工已經(jīng)呈現(xiàn)出以整體結(jié)構(gòu)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、切削加工量大、薄壁件多、加工精度高等特點。比如應(yīng)用在航空航天方面的整體葉輪、機匣、連接框及艙體等整體大型構(gòu)件，廣泛采用鈦合金、高溫合金等高性能金屬材料整體制造，材料難加工，并且材料去除率高，部分構(gòu)件去除率甚至超過90%，還有一些薄壁構(gòu)件，機械加工易發(fā)生變形，另外，目前飛機長壽命、高可靠性的要求，也使得零件表面的質(zhì)量及完整性控制更為嚴(yán)格。
[0003]由于材料的難加工性及去除率大等特點，采用傳統(tǒng)的金屬切削方法加工上述零件已經(jīng)感到愈來愈困難，且該矛盾必將隨著新材料、新結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)而更加突出，已經(jīng)呈現(xiàn)出加工手段嚴(yán)重滯后于新材料、新結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢。
[0004]電火花加工作為一種特種加工方法，是依靠兩極之間的脈沖性火花放電時的電腐蝕作用對加工材料進行加工。其具有加工精度較高、一致性、穩(wěn)定性較好等優(yōu)點，其加工性能不受制于材料的力學(xué)性能，且加工中無宏觀切削力，適合復(fù)雜、薄壁、難加工金屬材料的加工。然而，由于其蝕除材料的能量受制于脈沖電源能量的輸出，加工效率較低一直是其難以克服的瓶頸問題，并且電火花加工表面存在再鑄層，因此不能作為零件的最終加工手段。
[0005]放電誘導(dǎo)燒蝕加工是一種無宏觀切削力特種加工方法，其在常規(guī)電火花加工中引入新的能量一一金屬燃燒釋放的大量化學(xué)能，其加工效率是常規(guī)電火花加工的十?dāng)?shù)倍甚至數(shù)十倍，特別適合難加工材料、大去除量的零件加工。但是其加工表面具有再鑄層及燒蝕層，也不能作為零件的最終加工手段。
[0006]電解加工與電火花加工一樣也屬于非接觸加工工藝，不存在機械切削力。在電解加工過程中，電解液在陰極(工具電極)與陽極(工件)之間流動并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的蝕除產(chǎn)物隨著電解液的流動而排除。電解加工具有加工范圍廣，加工效率高，加工表面質(zhì)量好，工具無損耗的特點。另外，電解加工屬于冷態(tài)加工，表面不會產(chǎn)生冷作硬化層，熱再鑄層及表面微裂紋等表面缺陷。但是，電解加工加工精度一般不高，且電解加工的設(shè)備龐大，成
[0007]由于電火花加工要使用絕緣性介質(zhì)，而電解加工要使用電解液導(dǎo)電介質(zhì)，因此在通常情況下，在一個加工過程中，兩種方法是不能兼顧進行的，本發(fā)明的主要目的是采用氧氣對電解液進行霧化，調(diào)節(jié)各個階段對工作介質(zhì)的要求，通過電火花燒蝕加工提高加工效率并通過電解加工去除變質(zhì)層，在高效率加工前提下，實現(xiàn)加工表面質(zhì)量高且無表面應(yīng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明目的是針對目前難切削加工導(dǎo)電材料放電加工效率低下、能量輸入低且單一、加工表面存在變質(zhì)層與再鑄層等表面缺陷的問題，發(fā)明一種導(dǎo)電率可調(diào)的霧化介質(zhì)電火花放電燒蝕與電解復(fù)合加工方法，首先通過極間新的高能量輸入的放電燒蝕加工為主的高效率蝕除，而后通過調(diào)節(jié)氣體與電解液的比例，進行電解加工為主的表面修整，提高加工表面的質(zhì)量與完整性。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種導(dǎo)電率可調(diào)的霧化介質(zhì)電火花放電燒蝕與電解復(fù)合加工方法，其特征在于:在電火花誘導(dǎo)燒蝕加工過程中，使用電解液替代電火花放電所使用的絕緣性工作介質(zhì)，并與可燃性氣體或助燃性氣體形成霧化介質(zhì)噴入加工區(qū)域，加工過程中通過調(diào)節(jié)氣體與電解液的比例達到控制霧化介質(zhì)電導(dǎo)率的目的，以根據(jù)加工需求或進程在整個加工過程的不同階段實現(xiàn)以放電誘導(dǎo)燒蝕為主、放電誘導(dǎo)燒蝕及電解加工或以電解加工為主的加工方式，從而達到通過燒蝕加工提高加工效率、兼顧加工效率及表面質(zhì)量或以表面去除變質(zhì)層為主要目的的加工。
[0010]本發(fā)明的整個加工過程中具有三個加工狀態(tài):一種加工狀態(tài)是氣體或氣液混合霧化介質(zhì)下的放電誘導(dǎo)燒蝕為主的加工；第二種是霧化介質(zhì)下的放電誘導(dǎo)燒蝕及電解加工復(fù)合加工；第三種是電解液介質(zhì)下的電解為主的加工。
[0011]所述的霧化介質(zhì)是具有壓力的氣體與具有壓力的電解液在霧化裝置內(nèi)進行混合形成的直徑為0.1-100 μm的霧滴，它能保障霧滴進入放電間隙內(nèi)部參與放電過程。
[0012]所述的氣體的壓力為0.01MPa-9MPa ;所述的電解液的工作壓力為0.01MPa_9MPa。
[0013]所述的霧化介質(zhì)的導(dǎo)電率范圍為l(T5-2mS/cm。
[0014]所述的氣體從電極內(nèi)孔通入、從加工區(qū)域側(cè)面通入或者從電極內(nèi)孔和加工區(qū)域側(cè)面同時通入。
[0015]所述的氣體為氧氣或其他可(助)燃性氣體，或氧氣與其他可(助)燃性氣體的混合氣體。
[0016]所述的電解液為NaCl溶液、NaNO3溶液、NaClO 3溶液、Na 2S04溶液或前述溶液的復(fù)合電解液。
[0017]在加工過程中所使用的工具電極材料為導(dǎo)電材料，它能做振動、旋轉(zhuǎn)或成型運動，通過改變工具電極與工件的安裝位置，使其適合銑削、深型盲孔加工工藝。
[0018]所述的氣體間歇性的通入放電區(qū)域或連續(xù)性通入加工區(qū)域，如間歇通入，實現(xiàn)間歇控制的時間為0.01-150秒以內(nèi)，實現(xiàn)氣體間歇性通入的控制途徑為通過氣流通斷控制裝置、采用機械方法或電氣方法強制使放電區(qū)域脫離氣體流場。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明通過改變電火花燒蝕加工的工作介質(zhì)將電火花燒蝕加工與電解進行復(fù)合，將一定壓力電解液與氣體在霧化裝置中進行均勻混合形成霧化介質(zhì)，改變了電火花加工能量的輸入。加工過程中火花放電主要起到誘導(dǎo)引燃作用，而充分利用了被加工材料燃燒釋放的巨大化學(xué)能，加速了被加工材料的蝕除速度，大大提高了材料蝕除率，降低了成本。另外，氧化燃燒反應(yīng)是在被加工工件表面進行的，而電極熱量被流動的霧化介質(zhì)帶走而基本處于低溫狀態(tài)，電解修整加工階段電極基本沒有損耗，因此在電火花與電解復(fù)合放電蝕除加工過程中電極的相對損耗很低，同時加工表面質(zhì)量可以達到無變質(zhì)層、再鑄層以及表面缺陷。
[0020]本發(fā)明在加工過程中，可以控制通入氣體與電解液的比例來調(diào)節(jié)加工效率和表面修整之間的比重，以滿足不同加工要求與規(guī)準(zhǔn)零件的加工。
[0021]本發(fā)明仍然屬于無接觸加工范疇，屬于特種加工，在加工過程中無宏觀切削力，特別適合加工去除量大、薄壁、鈦合金、高溫合金等高性能難加工材料構(gòu)件的加工制造。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明加工裝置原理示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明加工過程示意圖。
[0024]圖2(a)為放電誘導(dǎo)形成高溫活化區(qū)；圖2(b)為大去除量的放電燒蝕加工；圖2(c)為表面電解修整加工。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)構(gòu)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步有說明。
[0026]如圖1-2所示。
[0027]一種導(dǎo)電率可調(diào)的霧化介質(zhì)電火花放電燒蝕與電解復(fù)合加工方法，其所使用的加工裝置如圖1所示，一個