用於高速放電加工的疊片式內衝液成型電極的製作方法
2023-05-09 04:40:21
專利名稱：用於高速放電加工的疊片式內衝液成型電極的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種屬於特種加工技術領域的成型電極，具體地說，是用於高速放電加工的疊片式內衝液成型電極。
背景技術：
高速放電加工是利用可傳導高達上萬安培放電電流的短電弧放電進行高效蝕除工件材料尤其是難切削材料的新型電加工方法。在高速放電加工中電弧既是蝕除工件材料的主要手段，也可能成為引起工件過熱從而燒傷的潛在因素。加工過程中必須採取有效手段阻止穩定電弧的形成，使電弧處於擾動狀態並在需要時及時切斷電弧即實現所謂「斷弧」。因此，採用短電弧進行高速放電加工的關鍵是要有可靠的擾弧、斷弧機制。放電加工過程的所利用的電弧屬於處於動平衡狀態的柔性導體，是由數量大體相等的正離子、電子及中性粒子(原子或分子)組成的等離子體，易受外界影響而變得不穩定甚至消失。電弧 這一屬性使得可以採用增大陰極放電點與陽極放電點之間的距離或者對放電通道施以足夠外力強迫其偏轉拉長的方式使其無法維持而實現擾弧、斷弧。通過電極相對於工件表面的相對機械運動來實現的斷弧方式，可稱為機械運動斷弧；而通過極間高速流動的工作液所產生的流體動力來實現的擾弧及斷弧，我們稱之為「流體動力擾/斷弧」。經過對現有技術的檢索發現，當前短電弧放電加工的斷弧均是採用機械運動斷弧機制實現的。例如濰坊市坊子木工機械廠在專利CN87212711，蘇州電加工工具機研究所有限公司在專利CN201644967中分別公開了各自的陽極機械切割裝置及部分結構。陽極機械切割起源於上世紀40年代，是一種利用電化學、電熱和機械力的複合作用切割金屬材料的方法。該方法將被切割工件作為陽極，與直流電源正極相連。切割時在切口處供以水玻璃(矽酸鈉)電解液。高速旋轉的切割工具切向工件。在直流電源的作用下，工件切口表面的金屬因電解作用生成氧化膜，並被高速旋轉的切割工具不斷刮除，被電解液帶走。切口表面的某些凸起點與工具之間還伴隨著電弧放電，金屬被高溫熔化、氣化而蝕除，也隨電解液帶走，切割工具便逐漸切入工件內，直至切斷。陽極機械切割工具機一般有盤式和帶式兩種。除電解效應外，放電電弧的消除也是通過工具和工件之間的相對運動完成的。葉良才在專利CN87106421A中公開了短電弧放電和機械磨削相結合的加工方法及設備，並在專利CN 1061175A中進一步公開了短電弧電加工設備，這兩個專利涉及的是一種稱為「電熔爆加工」的工藝方法，即採用圓盤狀實體工具電極旋轉運動和短電弧放電相結合實現金屬熔融去除的聯合加工方法。加工過程中通過圓盤狀實體工具電極的旋轉，實現工具與工件之間的相對運動，從而對放電電弧進行機械運動斷弧，實現高效放電加工。由其原理決定，該方法主要適用於軋輥、磨輥等迴轉類零件的加工。此外，通用電氣公司在專利CN 1693024A中公開的分布式電弧電蝕加工方法，蘇州中特機電科技有限公司在專利CN1397399A中公開了採用簡單中空長電極進行高效銑削放電加工的方法中，均涉及了一種單孔實體電極多軸運動和短電弧放電相結合的聯合加工方法。它們的共同點都是基於電極與工件間的相對運動進行放電電弧的機械運動斷弧來實現加工的。採用該方法時，工件的成形加工過程類似於電火花放電銑削加工，採用簡單電極通過放電逐層蝕除工件材料來獲取三維形狀的加工，此類方式可用於加工敞開式曲面的加工。由於這種方法使用的簡單電極在加工過程中的損耗較大，需要進行及時補償，蘇州電加工工具機研究所有限公司在專利CN101982280A中公開了一種電極損耗補償方法。上述這些公開的短電弧加工方法中採用的工具電極為傳統無孔或單孔電極，首先不屬於具備三維形狀的「成形電極」，無法採用單軸進給「沉入式(Sinking) 」加工方式獲得具有三維形貌的工件；其次採用的是工件旋轉或電極旋轉來實現機械運動斷弧的方法，工具與工件之間的主要的相對運動(成形運動)是與工件成形表面相切的，這樣可以產生機械運動斷弧效應，而基於「流體動力擾弧/斷弧」的高速放電加工方法，其工具與工件之間的相對主運動(成形運動)是垂直於工件成形表面的，完全依靠高速流動的工作液所產生的流體動力將電弧擾動甚至吹斷的。
本發明人在專利CN 1657208A中公開了一種集束電極，這種電極把整體式成型電極離散化為可由大量管狀單元電極聚合而成，可以實現強化多孔內衝液。與上述傳統衝液方式不同，這種多孔內衝液方式可使流入極間的工作液流量顯著增大，從而可在極間獲得具有流體動力擾弧/斷弧能力的高速流動的工作液流場。但是這種集束電極仍然存在以下幾點不足1)由於其三維端面是由大量微小單元截面所組成的近似曲面，其與對應的目標三維連續型面之間在理論上就存在一定誤差。從而採用集束電極進行放電粗加工時，必須為後續精加工工序保留大於這一理論誤差值的加工餘量，這會增大零件的後續加工時間和成本。2)這種集束電極是由大量線性的單元電極組成，其衝液孔軸線為直線，無法獲得軸線為曲線或具有變截面的衝液孔以對衝液效果進一步優化。3)其夾持方式使得集束電極適合於開敞式型腔的加工，而難以實現具有半封閉空間型腔的工件加工。申請人在專利CN102091839中公開了集束電極高速放電加工方法，該方法利用集束電極實現強化高壓、大流量多孔內衝液，運用流體動力擾弧/斷弧機制來保證短電弧放電加工。本申請所公開的電極可作為專利CN102091839公開的集束電極高速放電加工方法的實施電極，實現高速放電加工。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種高速放電加工用疊片式內衝液成型電極，這種成型電極不僅可以實現多孔內衝液功能，具備進行高速放電加工的能力；同時還具有電極端面型面為連續曲面的優點，可以避免集束電極離散結構所固有的端面型面精度差的不足；此外其衝液孔軸線可以是曲線，衝液孔截面可以是變截面，用以實現複雜的衝液效果；可以製備用於半封閉空間加工的多孔成型電極並根據需要在電極底面及側面開衝液孔實現高效衝液。本發明是通過以下技術方案實現的，包括電極疊片組及接頭兩部分。其中電極疊片組由多個電極片疊加並緊固而成，用於構成成型電極進行放電加工。電極疊片的緊固是通過緊固螺栓或緊固鉚釘或收緊螺母完成。接頭包括電極疊片接口、工作液入口及工具機夾具接口，用於將疊片電極通過接頭與工具機主軸夾頭連接，並提供內衝液時工作液通向疊片電極組中孔系的通道。當使用通用型電極疊片製備疊片電極時，外圍不參加放電加工部分的衝液孔可用電極疊片外框、彈性密封環、剛性檔環配合封閉以避免工作液大量外流，並採用收緊螺母將彈性密封環和剛性檔環與疊片電極組固定。當使用定製型電極疊片製備疊片電極時，不必使用電極疊片外框、彈性密封環和剛性檔環及收緊螺母。所述的電極片是由導電材料製成。所述的電極片其表面設有多個通槽，在電極片疊加之後這些通槽在電極間構建出多個通道，供加工過程中工作液進入以實現加工過程的強迫內衝液。所述的通槽其軸線可以是直線或曲線。軸線從接口端開始，至加工端結束。
所述的通槽其截面形狀是以下其中一種多邊形、圓弧及橢圓弧。為衝液需要，沿軸線方向通槽的截面形狀和尺寸可改變。所述的電極片，除電極疊片接口端外，其餘各面最終輪廓指有與目標實體模型逐層離散化後所得局部模型相同的型面。該最終輪廓的形成可在電極片疊加之前分別加工或者疊加後整體加工。所述的電極片，上下表面間開有安裝孔供緊固螺栓或緊固鉚釘通過。所述的疊片電極是指一定數量的電極片沿厚度方向按目標實體模型逐層離散化的順序依次疊加後，通過固定後形成的組合體，具有和目標實體模型相同的輪廓。所述的固定組合體，是指採用緊固螺栓或緊固鉚釘將多片電極固定而形成的疊片電極主體。緊固螺栓或緊固鉚釘和電極片之間有墊片或金屬壓板間隔，以免電極片直接受力而破壞。所述的電極疊片外框為中空環狀結構，其內側輪廓與多孔疊片電極外輪廓相匹配，其下部有外螺紋用於與收緊螺母連接，且下部有開口用於旋緊。所述的彈性密封環為中空環狀結構，其內側輪廓與多孔疊片電極頭部加工輪廓相匹配，其外側輪廓為圓形，以實現對非加工區域多孔的端面密封。所述的剛性擋環為中空環狀結構，其內側輪廓與多孔疊片電極頭部加工輪廓相匹配，其外側輪廓為圓形凸臺結構，與收緊螺母相接觸，用於實現對彈性密封環的擠壓。所述的收緊螺母的內側開口端設有阻擋面以實現對剛性擋環的軸向限位，在開口端相對的一側設有與電極疊片外框相匹配的內螺紋結構以連接電極頭。所述的電極接頭上部或中間部位設有中空衝液孔以便工作液進入，下部設有工作液出口，以實現加工過程中的強迫內衝液。所述電極接頭的上部設有與工具機主軸相匹配的連接接口。所述電極接頭的下部設有開口，用於連接及夾持固定疊片電極組。連接及夾持方式為螺紋連接，卡箍緊固或法蘭連接。本發明的有益效果是疊片電極具有連續端面型面能夠具有比集束電極更高的加工精度，其多孔結構可以進行強化高壓、大流量內衝液，能夠通過流體動力擾弧/斷弧機制實現短電弧高速放電加工；通過選擇衝液孔的尺寸、形狀、個數及其分布，可以靈活地實現具有不同衝液效果的強衝液過程，從而滿足具有不同衝刷效果的流體動力擾弧/斷弧能力；此外其衝液孔軸線可以是曲線，用以獲得用於實現側面加工或半封閉空間加工的成形電極；通過疊片電極實現的強化內衝液除具有流體動力擾弧/斷弧能力外，還提供了以下三個實現其高速放電加工功能所不可缺少的效應其一，高效去除作用由於高速流體可以將短電弧放電所熔化的待處理工件表面放電熔池中的液態及氣態金屬吹離工件表面，避免了大量熔融金屬的再次凝固，進而提高材料去除率；其二，高效排屑作用由於高速流體可以帶走高速放電所產生的金屬碎屑，避免由於大量金屬碎屑滯留於加工間隙造成頻繁短路，確保加工持續穩定進行；其三，高效散熱作用短電弧放電產生的大量熱量可以被高速流動的工作液通過強化的對流換熱帶走，避免被處理工件溫升所引起的被加工表面退火等金相組織改變，以及熱膨脹變形帶來的尺寸精度下降等問題。以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特徵和效果O
圖Ia為根據本發明的高速放電加工的疊片式內衝液成型電極的一個優選實施例的組裝示意圖。圖Ib為根據本發明的高速放電加工的疊片式內衝液成型電極一個優選實施例的立體示意圖。圖2a為根據本發明的高速放電加工的疊片式內衝液成型電極另一個實施例的一 個部分的示意圖。圖2b為為根據本發明的高速放電加工的疊片式內衝液成型電極一個實施例的組裝示意圖。圖2c為衝液孔軸線為曲線的多孔疊片電極的立體示意圖
具體實施例方式實施例I :如圖la、圖Ib所示，本實施例包括電極接頭I、電極疊片2、壓板3、緊固螺栓4、彈性密封環5、剛性擋環6及收緊螺母7，其中緊固螺栓4對多層疊加電極片2進行緊固連接，在緊固螺栓4和多層疊加電極片2之間有壓板3隔離，電極疊片2加工端依次串聯彈性密封環5、剛性擋環6及收緊螺母7。所述收緊螺母7通過與在電極疊片2下部外螺紋旋緊實現對彈性密封環5及對剛性擋環6的頂觸及與電極疊片的壓緊，電極疊片2的另一端與電極接頭I螺紋連接。所述的電極疊片2由兩種不同尺寸電極片組成，其中一種側面開槽電極片長100mm、寬60mm、厚2. 6mm,兩側分別設有10和11個均勻分布的直徑為2mm的半圓通槽；另一種側面開槽電極片長100mm、寬60_、厚11. 8mm, 一側設有10個均勻分布的直徑為2mm的半圓通槽；通過2塊單側開槽電極片與14塊兩側開槽電極片沿厚度方向按一定順序疊加後組成多孔疊片電極頭，並在其端面加工出40mm的半球面，中間段上側設有沿電極疊片厚方向的直徑6mm的通孔用於緊固螺栓3固定多孔疊片電極頭，在距該螺栓孔軸線上、下7. 5mm處分別加工出長為15mm的M50的外螺紋以連接收緊螺母及電極接頭，中間段處的方形結構用於扳手對多孔疊片電極頭進行旋緊。所述的彈性密封環5為中空環狀結構，其內、外輪廓直徑為40mm和55mm，以實現對處於非加工區域的孔隙進行端面密封。所述的剛性擋環6為中空環狀結構，其內側輪廓直徑為40mm，其外側輪廓為圓形凸臺結構，凸臺大圓直徑為55mm、高2mm,小圓直徑為50mm、高3mm,用於與收緊螺母相接觸，以實現對彈性密封環的擠壓。所述的收緊螺母7的內側直徑為55mm,在其開口端設有內側直徑為50mm的阻擋面以實現對剛性擋環的軸向限位，在開口端相對的一側設有M55的內螺紋結構以連接多孔疊片電極頭，所述收緊螺母具有邊長34mm的外六角形結構，以便於扳手對收緊螺母的旋緊。所述的電極接頭I的內側設有直徑14_的中空衝液孔以壓入工作液，實現加工過程中的可靠的強迫內衝液，電極接頭I的外側一端設有M50螺紋結構以連接電極疊片2，電極接頭I的中間段為邊長34mm的外六角結構，便於扳手對電極接頭的旋緊，電極接頭I的外側另一端設有與工具機主軸相匹配的外徑20_的柱狀接口。實施例2 如圖2a、圖2b、圖2c所示，本實施例包括電極接頭 I、電極疊片2、壓板3、緊固螺栓4或緊固鉚釘4，其中緊固螺栓4或緊固鉚釘4對多層疊加電極疊片2進行緊固連接，電極疊片2的非加工端與電極接頭I螺紋連接。所述的電極疊片2由兩種不同尺寸電極片組成，其中一種電極片長120mm、寬65mm、厚3. 464mm, —側設有6個均勻分布的直徑為2mm的軸線為曲線的半圓通槽,另一側設有5個均勻分布的直徑為2mm的軸線為曲線的半圓通槽；另一種電極片長120mm、寬65mm、厚16. 144mm, 一側設有6個直徑為2mm的軸線為曲線的半圓通槽；通過2塊單側開槽電極片與8塊兩側開槽電極片沿厚度方向按一定順序疊加後組成多孔疊片電極頭，並在其端面加工出目標型面，上端設有M55的內螺紋用於連接電極接頭1，中間段上側設有沿電極片厚度方向的直徑6_的通孔用於緊固螺栓4固定多孔疊片電極頭，中間段下側設有沿電極片厚度方向的直徑2_的通孔8用於緊固鉚釘對電極片進行固定，以防電極片過長，其下端由於衝液作用導緻密封性下降而漏液。所述的電極接頭I的內側設有直徑14_的中空孔以壓入工作液，實現加工過程中的強迫內衝液，電極接頭I的外側一端設有M55螺紋結構以連接疊片電極，電極接頭的中間段為邊長34mm的外六角結構，便於扳手對電極接頭的旋緊，電極接頭I的外側另一端設有與工具機主軸相匹配的外徑20_的柱狀接口。儘管此處已經對被認為是本發明的優選和典型的實施例進行了描述，但本領域的技術人員通過此處的教導應該易於理解本發明的其他變形。因此，所希望的是確保在所附技術方案中所有這些變型都落入本發明的真實精神和範圍內。如圖所示，以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。
權利要求
1.一種用於高速放電加工的疊片式內衝液成型電極，包括電極疊片組及電極接頭，其特徵在於，所述電極疊片組由多個電極片疊加並緊固而成，以構成所述成型電極進行放電加工，所述電極片表面設有多個通槽，通過疊加所述電極片從而在所述成型電極間構建出多個通孔，所述通孔用於壓入工作液以實現加工過程的強迫內衝液，所述電極接頭包括電極疊片接口、工作液入口及工具機夾具接口，所述成型電極通過所述電極接頭與工具機主軸夾頭連接，並提供內衝液時工作液通向所述疊片電極組中所述各通孔的通道。
2.如權利要求I所述的用於高速放電加工的疊片式內衝液成型電極，其特徵在於，所述電極片表面的所述通槽的中心線是直線或曲線，所述通槽的所述中心線從與所述電極接頭相連的接口端開始，至對工件進行加工的加工端結束。
3.如權利要求I所述的用於高速放電加工的疊片式內衝液成型電極，其特徵在於，沿軸線方向的所述電極片的所述通槽可根據內衝液的不同需要而具有不同的截面形狀和尺寸，其中所述電極片的所述通槽的截面形狀選自下列形狀中的一種多邊形、圓弧及橢圓弧。
4.如權利要求I所述的用於高速放電加工的疊片式內衝液成型電極，其特徵在於，所述電極片的上下表面間開有安裝孔，相鄰所述電極片的所述安裝孔的位置與尺寸相同，這樣多個相疊的所述電極片的所述安裝孔相貫通以供穿過螺栓或鉚釘，從而將所述電極片緊固組合在一起。
5.如權利要求I所述的用於高速放電加工的疊片式內衝液成型電極，其特徵在於，所述的電極片的最終外輪廓為目標成型電極逐層離散化後各層的輪廓，多個所述的電極片按順序疊加後形成表面為所述目標成型電極輪廓
6.如權利要求I所述的用於高速放電加工的疊片式內衝液成型電極，其特徵在於，還包括彈性密封環，所述的彈性密封環為中空環狀結構，其內側輪廓與所述成型電極的頭部加工輪廓相匹配，其外側輪廓為圓形，以實現對非加工區域的所述通孔的端面密封。
7.如權利要求6所述的用於高速放電加工的疊片式內衝液成型電極，其特徵在於，還包括剛性擋環和收緊螺母，所述的剛性擋環為中空環狀結構，其內側輪廓與所述成型電極的頭部加工輪廓相匹配，其外側輪廓為圓形凸臺結構，與所述收緊螺母相接觸，用於實現對所述彈性密封環的擠壓。
8.如權利要求7所述的用於高速放電加工的疊片式內衝液成型電極，其特徵在於，所述收緊螺母的內側開口端設有阻擋面以實現對所述剛性擋環的軸向限位，在所述開口端相對的一側設有與所述成型電極的頭部相匹配的內螺紋結構以連接所述成型電極的頭部，所述收緊螺母的外部為六角形結構以便於扳手對所述收緊螺母的旋緊。
9.如權利要求I所述的用於高速放電加工的疊片式內衝液成型電極，其特徵在於，所述電極接頭的內側設有中空孔供工作液進入，實現加工過程中的強迫內衝液，所述電極接頭的外側上端設有與所述工具機主軸相匹配的連接接口。
全文摘要
本發明公開了一種用於高速放電加工的疊片式內衝液成型電極，包括電極疊片組及電極接頭，其中電極疊片組由多個電極片疊加並緊固而成，以構成成型電極進行放電加工，電極片表面設有多個通槽，通過疊加電極片從而在成型電極間構建出多個通孔，通孔用於壓入工作液以實現加工過程的強迫內衝液，電極接頭包括電極疊片接口、工作液入口及工具機夾具接口，成型電極通過電極接頭與工具機主軸夾頭連接，並提供進行內衝液時工作液通向疊片電極組中各通孔的通道。
文檔編號B23H1/04GK102773572SQ20121002672
公開日2012年11月14日 申請日期2012年2月7日 優先權日2012年2月7日
發明者向小莉, 趙萬生, 顧琳 申請人:上海交通大學