CN116100097A - 一种多孔电极内充液电解电火花加工系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔电极内充液电解电火花加工系统，包括：多孔电极、加工系统、辅助供液系统以及运动控制系统，其中，加工系统包括工作液箱、电极夹持装置、工件夹具、辅助电极、工作电源和电解液；多孔电极固定于电极夹持装置上，电极夹持装置带动多孔电极转动；辅助供液系统为多孔电极供给电解液；运动控制系统控制工件朝向多孔电极运动；工作电源的正极与辅助电极连接，其负极与多孔电极连接。另外，本发明也公开了一种多孔电极内充液电解电火花加工方法，该方法采用了该系统进行加工。本发明利用多孔电极辅助供液，加工深孔时，可补充加工区域电解液，促进电解反应生成气膜，同时不会在加工中心区域留下料芯，提高了孔的加工效率和质量。

Description

一种多孔电极内充液电解电火花加工系统与方法

技术领域

本发明涉及绝缘硬脆材料的特种加工领域，具体涉及一种多孔电极内充液电解电火花加工系统与方法。

背景技术

随着航天领域、微机电系统等领域的发展，微小尺寸绝缘硬脆材料的应用需求也越来越大。但是由于绝缘硬脆材料本身高硬度和高脆性的特点，传统的机械加工方法难以完成微细结构的加工,电解电火花加工方法是目前较为合适的一种加工方法。

电解电火花加工是利用工具电极在电解液中电解产生气膜并击穿，产生火花放电来对工件材料进行去除的工艺。该加工方法结合了电解加工和电火花加工的特点，因此，在加工绝缘硬脆材料方面具有很好的应用前景。但随着加工深度的增加，电解液更新困难，气膜会越来越不稳定，火花放电难以持续进行，使得加工质量和加工效率大大降低。

申请号为201811383218.4的中国专利公布了一种电解电火花加工装置,其特征在于,利用了中空管结构的自放电电极，在对工件进行加工时,盛放在第二导电中空管内部的非牛顿流体电解液流向并维持在所述自放电电极的加工区域内。该方法可以提高加工效率，降低工件尺寸和加工场合对加工的限制，并可以减少因电解液发生溅射或漏出而对机械设备和环境所带来的影响。但是改加工方式在加工孔时，会在孔底部残留一定尺寸的料芯。

授权号为CN102528187B的中国专利公布了一种倒置式电化学放电加工方法及装置，其特征在于将工具电极安装在绝缘硬脆材料工件的下方，电解反应产生的气泡会富集在加工工件下方电极端部的周围，形成稳定气膜，且加工屑在重力的作用下比较容易排出。但是该方法采用的是实体电极，无法向放电加工间隙供给电解液，随着加工孔的深度增加，极间电解液更新速度降低，影响加工质量。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述非导电材料现有加工方法存在的不足，而提供了一种多孔电极内充液电解电火花加工方法，本申请的方案通过采用具有多通液管道的多孔材料作为工具电极，将辅助电解液通过通液管道送入放电加工区域，改善气膜质量与成型速率，避免加工表面料芯的产生，提高加工精度，减小小孔锥度，有效提高了加工小孔的质量。

为了实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种多孔电极内充液电解电火花加工系统包括：多孔电极、加工系统、辅助供液系统以及运动控制系统；加工系统包括工作液箱、电极夹持装置、工件夹具、辅助电极、工作电源和电解液；多孔电极固定于电极夹持装置上，电极夹持装置可带动多孔电极转动；辅助供液系统用于为多孔电极供给电解液；运动控制系统用于控制工件朝向工具电极运动；工作电源的正极与辅助电极连接，负极与多孔电极连接。方法：该加工方法采用了该加工系统进行加工。本发明采用倒置式布局，将工件置于电极上方，工件蚀除物在重力作用下比较容易地排出，产生的气泡会聚集在加工工件下方，在电极周围形成稳定气膜。

进一步地，所述的辅助供液系统包括：辅助工作液箱、耐压管道和微量泵；所述的辅助工作液箱中设置有所述电解液；所述的耐压管道上设置有所述微量泵；通过所述的耐压管道和所述微量泵将所述辅助工作液箱中的所述电解液供给至所述多孔电极。

进一步地，所述的辅助工作液箱与所述工作液箱连通，且通路上设置有微量泵。

进一步地，所述多孔电极的转动速度为0-10000rpm；所述的多孔电极内部通液管道数量大于等于2；所述的多孔电极的材质选自紫铜、铜钨合金、碳化钨、不锈钢或模具钢中的一种。

进一步地，所述的多孔电极的侧面绝缘；所述的多孔电极未绝缘部分位于多孔电极靠近电极夹持装置的端部，且长度为0-10mm。

具体的，所述的多孔电极是一种内部具有多道通液管道的导电金属材料。所述多孔也可以是电极侧面带有通孔，电极底部做封堵，通入的辅助电解液经由所述多孔电极内部通液管道从电极侧表面流出。

进一步地，一种多孔电极内充液电解电火花加工系统：所述的电解液选自浓度2.0-50.0wt％的NaOH、KOH、NaCO₃、NaCl溶液中的一种；所述的辅助供液系统向所述多孔电极供液流量为0-1L/min。

一种多孔电极内充液电解电火花加工方法，该方法采用了上述的多孔电极内充液电解电火花加工系统，该方法包括如下步骤：

S1：将所述多孔电极固定于所述电极夹持装置上，将所述待加工工件固定于所述工件夹具上；

S2：在所述工作液箱和所述辅助工作液箱中添加所述电解液，将所述辅助电极和所述多孔电极分别与所述工作电源的正、负极连接，且所述的多孔电极和所述辅助电极均浸没在电解液中；

S3：通入辅助电解液，通过所述辅助供液系统向所述多孔电极供给电解液，所述电解液从所述多孔电极中内部通液管道流入所述工作液箱中，保证电解过程的稳定；

S4：在通入辅助电解液的同时，通过辅助供液系统中微量泵将工作液箱中的电解液经过滤排出至辅助工作液箱中，要求排出电解液的流量与向所述多孔电极输送电解液流量一致，保证工作液箱中液面高度不变；

S5：通过所述运动控制系统控制所述工件夹具上的待加工工件朝向所述多孔电极运动，所述待加工工件工件与所述多孔电极靠近，气膜被击穿产生电火花，待加工工件上正对所述多孔电极区域的材料被蚀除，形成微孔，完成加工。

总而言之，本发明提供的一种多孔电极内充液电解电火花加工方法，该方法利用内部具有多道通液管道的导电金属材料作为工具电极，将辅助电解液通过多孔电极内部的通液管道送入放电加工区域。辅助供液系统通过多孔电极内部的通液管道向放电加工区域提供电解液，解决放电加工区域因电解液不足而无法产生气泡和工件表面导电的问题，同时通过微量泵将工作液箱中电解液排出至辅助工作液箱中，保证工作液箱液面高度不变。具体的，通过在工具电极一端通入一定流量的电解液，使电解液从所述多孔电极内部流入加工区，所述的多孔电极由电极夹持装置带动其按一定方向旋转。所述工件夹具夹持所述待加工工件，由运动控制系统控制向所述多孔电极做进给运动。所述待加工工件与多孔电极达到脉冲火花放电间隙时，极间产生的脉冲电火花使待加工工件材料高温熔化并在电解液冷却作用下迅速形成电蚀固体小颗粒。由于采用电极在工件下方的倒置式布局，工件蚀除物在重力作用下比较容易的排出。通过工具电极流入加工区域的电解液可以带走蚀除的代加工工件残渣，同时实现加工区域电解液的持续更新，促进气膜的形成，提升加工深孔的工艺水平。

本发明的有益效果：

(1)本发明可以实现各种绝缘硬脆材料的高效、高精度、大深经比孔和大面积零件加工，利用微量泵可微量调节多孔电极内供辅助电解液流量的特点，实现对加工区域电解液的更新，控制其放电加工稳定性，为此类零件的高效加工提供新的解决方案；

(2)本发明提供的一种多孔电极内充液电解电火花加工系统其结构设计简单，在电解电火花复合加工基础上利用多孔电极配合充液的方法来辅助加工，向工具电极冲入辅助电解液，辅助电解液通过多孔电极内部的通液管道进入加工区域，即使是在加工深孔时也能保证狭小的加工间隙内工作液充足，同时加工区域被蚀除的固体小颗粒被流动的工作液带出加工区，避免其在狭小加工间隙内聚集沉积，采取充液辅助电解电火花加工，可以有效减小气膜的厚度，提高微孔加工精度；

(3)本发明提出的多孔金属材料不同于单孔管电极，其优点是不会因放电间隙不足以去除中心材料而留下料芯，从而提高孔的加工效率和精度；

(4)本发明采用工具电极安装在工件下方的倒置式布局，加工过程中产生的工件蚀除物在重力的作用下能够比较容易地排出，这就使得加工孔内电解质溶液的流动性增强，火花放电加工状态更加稳定；

(5)本发明由于采用了倒置式布局，产生的气泡会聚集在加工工件下方、工具电极的顶部周围，易于在电极表面形成稳定的气膜，从而提高了加工的效率。

附图说明

图1为本发明所述的一种多孔电极内充液电解电火花加工系统的结构示意图；

图2为本发明所述的一种4孔通液管道的多孔电极结构图；

图中，1、辅助电极；2、工作液箱；3、运动控制系统；4、工作电源；5、工件；6、工件夹具；7、多孔电极；8、电极夹持装置；9、电解液；10、过滤器；11、为耐压管道；12、微量泵；13、辅助工作液箱；14、通液管道；15、电解气泡；16、工件蚀除物；17、耐压管道；18、微量泵。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示，一种多孔电极内充液电解电火花加工系统，该系统包括：辅助电极1、工作液箱2、运动控制系统3、工作电源4、工件5、工件夹具6、多孔电极7、电极夹持装置8、以及辅助供液系统。所述工作液箱2中设置有固定多孔电极7的电极夹持装置8、辅助电极1和电解液9；所述工件夹具6夹持待加工工件5置于所述多孔电极7的上方并与电解液9接触；所述工件夹具6与运动控制系统3连接，向多孔电极方向做进给运动。

所述的辅助供液系统包括：过滤器10、耐压管道11和17、微量泵12和18、辅助工作液箱13；所述的辅助工作液箱13中设置有所述电解液9；所述的耐压管道11上设置有所述过滤器10和所述微量泵12；所述的辅助工作液箱13通过所述耐压管道17与电极夹持装置8连通；通过所述的耐压管道17和所述微量泵18将所述辅助工作液箱13中的所述电解液9供给至所述多孔电极7中，同时所述微量泵12将工作液箱2中的电解液9经过过滤器10和耐压管道11抽至辅助工作液箱13中，以保持工作液箱2中液位高度不变，可以理解为所述的辅助供液系统用于为所述多孔电极7供给所述电解液9，同时保证工作液箱2中的液位高度不变。

所述的运动控制系统3用于控制所述待加工工件5朝向所述多孔电极7运动；所述的工作电源4的正极与所述辅助电极1连接，工作电源4的负极与所述多孔电极7连接。

优选的，所述多孔电极7在电极夹持装置8的带动下可转动，转动速率0-10000rpm；所述的多孔电极7中通液管道的数量大于等于2；所述的多孔电极7的材质可选自紫铜、铜钨合金、碳化钨、不锈钢或模具钢中的一种；所述电解液9选自浓度2.0-50.0wt％的NaOH、KOH、NaCO₃、NaCl溶液中的一种；所述的辅助供液系统向所述多孔电极7供液流量为0-1L/min。

一种多孔电极内充液电解电火花加工方法，将待加工工件5固定在工件夹具6上，辅助工作液箱13中的电解液9经多孔电极7内部通液管道14流向加工区域，促进电解液9的循环，加速稳定气膜的形成，基于火花放电与阳极溶解，在脉冲电源(工作电源4)的作用下不断的蚀除工件材料，在辅助的电解液作用下，加工产物经多孔电极7与待加工工件5的间隙，快速流出加工区域，实现穿孔。其包括以下过程：

(1)采用多孔电极7作为工具电极，固定于电极夹持装置上，一同放置在工作液箱2中，工件夹具6夹持待加工工件5伸至工作液箱2内靠近工具电极7的上方，且待加工表面浸没在电解液9中；

(2)接通工作电源4，工具电极7与工作液箱2中的电解液9接触，电解液9电解生成气泡，由于采取了工具电极在待加工工件下方的倒置式布局，产生的气泡聚集在加工工件下方，在电极周围形成稳定气膜；

(3)采用内充液方式使辅助电解液9从多孔电极7内部经电极内部通液管道14流入加工区(工作液箱2)，调节微量泵12至合适流量，使得通入的辅助电解液既能起到补充电解液的作用，又不会因过大的流量而导致难以形成稳定气膜。通过工件夹具6驱动待加工工件5沿着工具电极7方向向下进给，当待加工工件5与多孔电极7达到脉冲火花放电间隙时，极间产生的脉冲电火花使工件5材料高温熔化并在电解液冷却作用下迅速形成固体小颗粒，由于采用的倒置式布局，在重力作用下去除的固体小颗粒较为容易排出，通过多孔电极7流向加工区域的电解液9，避免了电蚀固体小颗粒的聚集，同时弥补因气泡或加工微孔过深而产生的工件加工区域表面缺液现象，加快加工区域的电解液更新循环。

实施例1：

一种多孔电极内充液电解电火花加工方法，该方法采用了上述多孔电极内充液电解电火花加工系统进行加工，该方法包括如下具体步骤：

S1：配制电解液，电解液包括辅助电解液和电解液，辅助电解液与电解液成分相同，均为浓度2.0-50.0wt％的NaOH、KOH、NaCO₃、NaCl溶液中的一种，配置完成后将配制好的电解液9加入辅助工作液箱13和工作液箱2中，将待加工工件5安装固定在工件夹具6上，将多孔电极7固定于电极夹持装置8上；

S2：将待加工工件5和辅助电极1伸至工作液箱2内，接通工作电源4；其中：多孔电极7连接工作电源4的负极，辅助电极1连接工作电源4的正极，多孔电极7与电解液9接触，电解液9电解生成气泡，气泡在多孔电极7外融合成气膜；

S3：通入辅助介质，通过多孔电极7向加工区域输送介质，控制微量泵18，使得辅助工作液箱13中的辅助电解液9通过耐压管道17，微量泵18到达多孔电极7；辅助的电解液9通过多孔电极7内部的通液管道13，经过多孔电极7的顶部，从待加工工件5表面流出，从而补充加工区域内的电解液9，保证电解过程的稳定性，同时所述微量泵12将工作液箱2中的电解液9经过过滤器10和耐压管道11抽至辅助工作液箱13中，以保持工作液箱2中液位高度不变，不断通入的电解液同时还能使狭小加工区域内电火花加工产物15快速排出，减少电极损耗，保证电火花加工过程高效高精度；

S4：通过运动控制系统3操控工件夹具6上的待加工工件5朝向多孔电极7运动，待加工工件5与多孔电极7靠近，气膜被击穿产生电火花，工件5上正对多孔电极7区域的材料被蚀除，形成微孔，完成加工过程。

实施例2：

一种多孔电极内充液电解电火花加工系统及方法，其特征在于，该方法对上述实施例1提供的多孔电极内充液电解电火花加工系统做出改变，多孔电极安置在工件的上方，运动控制系统与电极夹持装置连接，工件浸没在电解液中，电解液液面距离工件顶面的高度为1-10mm。该加工方法包括如下具体步骤：

S1、将工件夹具6放置在工作液箱2中，将待加工工件5安装固定在工件夹具6上；电极夹持装置8夹持多孔电极7在工件5的上方，且与运动控制系统3连接；

S2、配制电解液，电解液包括辅助电解液和电解液(辅助电解液与电解液成分相同，均为浓度2.0-50.0wt％的NaOH、KOH、NaCO₃、NaCl溶液中的一种)，配置完成后将配制好的电解液9加入辅助工作液箱13和工作液箱2中，工作液箱2中电解液液面距离待加工工件5顶面的高度为1-10mm；

S3、将多孔电极7和辅助电极1伸至工作液箱2内，接通工作电源4；其中：多孔电极7连接工作电源4的负极，辅助电极1连接工作电源4的正极，工具电极7与电解液9接触，电解液9电解生成气泡，气泡在多孔电极7外融合成气膜；

S3、通入辅助介质，通过多孔电极7向加工区域输送介质。控制微量泵18，使得辅助工作液箱13中的辅助电解液9通过耐压管道17，微量泵18到达多孔电极7；辅助的电解液9通过多孔电极7内部的通液管道13，经过多孔电极7的底部，从待加工工件5表面流出，从而补充加工区域内的电解液9，保证电解过程的稳定性，同时所述微量泵12将工作液箱2中的电解液9经过过滤器10和耐压管道11抽至辅助工作液箱13中，以保持工作液箱2中液位高度不变；不断通入的电解液同时还能使狭小加工区域内电火花加工产物15快速排出，减少电极损耗，保证电火花加工过程高效高精度；

S4、通过运动控制系统3操控电极夹持装置8上的多孔电极7朝向待加工工件5运动；多孔电极7向待加工工件5靠近，气膜被击穿产生电火花，工件5上正对多孔电极7区域的材料被蚀除，形成微孔，完成加工过程。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种多孔电极内充液电解电火花加工系统，其特征在于，该系统包括多孔电极、加工系统、辅助供液系统以及运动控制系统；

所述多孔电极(7)的侧面绝缘，多孔电极(7)未绝缘的部分位于多孔电极(7)靠近电极夹持装置(8)的端部，且长度为0-10mm；

所述加工系统包括工作液箱(2)、电极夹持装置(8)、工件夹具(6)、辅助电极(1)、工作电源(4)、电解液(9)和多孔电极(7)，多孔电极(7)与待加工工件(5)倒置安装，多孔电极(7)安置在待加工工件(5)的下方，待加工工件(5)浸没在电解液(9)中；

所述辅助供液系统用于为多孔电极(7)供给所述电解液(9)，所述辅助供液系统包括辅助工作液箱(13)、耐压管道(11)(17)、微量泵(12)(18)和过滤器(10)，辅助工作液箱(13)中设置有所述电解液(9)；

所述运动控制系统(3)用于控制工件(5)朝向多孔电极(7)运动；

所述工作液箱(2)中设置有固定多孔电极(7)的电极夹持装置(8)、辅助电极(1)和电解液(9)；工件夹具(6)夹持待加工工件(5)置于所述多孔电极(7)的上方且待加工工件(5)与电解液(9)接触；所述工件夹具(6)与运动控制系统(3)连接，朝向多孔电极(7)做进给运动；所述工作电源(4)的正极与所述辅助电极(1)连接，所述工作电源(4)的负极与所述多孔电极(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种多孔电极内充液电解电火花加工系统，其特征在于，所述耐压管道(11)上设置有所述过滤器(10)和微量泵(12)，所述过滤器(10)置于工作液箱(2)中；耐压管道(17)上设置有所述微量泵(18)；通过所述耐压管道(17)和所述微量泵(18)将所述辅助工作液箱(13)中的所述电解液(9)供给至所述多孔电极(7)；通过所述过滤器(10)、耐压管道(11)和微量泵(12)将所述工作液箱(2)中所述电解液(9)排出至所述辅助工作液箱(13)中。

3.根据权利要求1所述的一种多孔电极内充液电解电火花加工系统，其特征在于，所述多孔电极(7)的转动速度为0-10000rpm；所述多孔电极(7)的外径为0.1-50mm；所述多孔电极(7)中通液管道(14)数量大于或等于2；所述多孔电极(7)的材质选自紫铜、铜钨合金、碳化钨、不锈钢或模具钢中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种多孔电极内充液电解电火花加工系统，其特征在于，所述的电解液(9)选自浓度2.0-50.0wt％的NaOH、KOH、NaCO₃、NaCl溶液中的一种；所述辅助供液系统向所述多孔电极(7)的供液流量为0-1L/min。

5.一种多孔电极内充液电解电火花加工方法，其特征在于，该方法采用了权利要求1-4任一项所述的多孔电极内充液电解电火花加工系统，该方法包括如下步骤：

S1：将所述多孔电极(7)固定于所述电极夹持装置(8)上，将所述待加工工件(5)固定于所述工件夹具(6)上；

S2：在所述工作液箱(2)和所述辅助工作液箱(13)中添加所述电解液(9)，将所述辅助电极(1)和所述多孔电极(7)分别与所述工作电源(4)的正、负极连接，且所述的多孔电极(7)和所述辅助电极(1)均浸没在电解液(9)中；

S3：通入辅助电解液，具体是通过所述辅助供液系统向所述多孔电极(7)供给电解液(9)，所述电解液(9)从所述多孔电极(7)中通液管道(14)流入所述工作液箱(2)中，保证电解过程的稳定；

S4：通过所述运动控制系统(3)控制所述工件夹具(6)上的待加工工件(5)朝向所述多孔电极(7)运动；所述待加工工件(5)与所述多孔电极(7)靠近，气膜被击穿产生电火花，待加工工件(5)上正对所述多孔电极(7)区域的材料被蚀除，形成微孔，完成加工。

6.根据权利要求1所述的加工系统，所述多孔电极可以是底面封堵，侧面有通孔的多孔结构，利用侧面放电加工进行铣削加工。

7.根据权利要求1所述的加工系统，多孔电极可以与工件倒置安装，多孔电极安置在工件的上方，工件浸没在电解液中，电解液液面距离工件顶面的高度为1-10mm。

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