[发明专利]集束电极高速放电加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种采用流体动力断弧机制实现短电弧放电并以材料去除为目的的技术领域的加工方法，具体是一种集束电极高速放电加工方法。

背景技术

实现高硬度、高韧性、高强度及高脆性材料的高速、高效加工一直是材料加工领域的努力目标。放电加工具有宏观作用力小，非接触加工等优点，加工过程不受材料机械性能的影响，从而为难切削材料的加工提供一种有效方法。电火花加工是一种通过极间火花放电来实现材料热蚀除的放电加工方法。由火花放电本质的决定，难以采用过高放电能量来实现高效加工。与火花放电不同，电弧放电作为另一种放电形式，可以传导高达上万安培的放电电流，从而拥有更高效的材料去除潜能。受电火花加工的启发，并且随着人们对电弧放电特性的掌控，短电弧放电逐渐被材料加工领域所利用，并结合其他技术形成了多种具有高效加工能力的加工方法。

在电弧放电加工中如果不能及时终止放电过程即断弧，则会形成持续的稳态电弧放电，导致以材料蚀除为目的的加工过程转变成为烧伤材料加热过程。因此，采用短电弧进行高效放电加工的关键是有效的断弧机制。经过对现有技术的检索发现，当前短电弧放电加工所采用的断弧机制均为通过电极相对于工件表面的机械滑移运动来实现的。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN 87106421A中公开了短电弧放电和机械磨削相结合的加工方法及设备，并在中国专利文献号CN 1061175A中进一步公开了短电弧电加工设备，上述技术涉及的是一种称为“电熔爆加工”的工艺方法，即采用圆盘工具电极旋转运动和短电弧放电相结合实现金属熔融去除的联合加工方法。加工过程中通过圆盘工具电极的旋转，实现工具与工件之间的相对运动，从而对放电电弧进行强制机械断弧，实现高效放电加工。由其原理决定，该方法主要适用于轧辊、磨辊等外圆类零件的粗加工及开槽等。

此外，中国专利文献号CN 1693024A中公开的分布式电弧电蚀加工方法，以及中国专利文献号CN1397399A中公开的采用简单中空长电极进行高效放电铣削加工的方法，均涉及了一种内冲液或外冲液管状电极多轴运动和短电弧放电相结合的联合加工方法。该方法也是基于电极与工件间的相对运动进行放电电弧的强制机械断弧来实现加工的。采用该类方法时，工件的成形加工过程类似于电火花放电铣削加工，采用简单电极通过放电逐层蚀除工件材料来获取三维形状的加工，此类方式适合于曲率变化不大的复杂曲面的加工。

然而，在上述技术中所公开的采用短电弧加工的方法中，均是采用工具电极与工件的相对运动来实现强制机械断弧的，使得这些利用短电弧放电的加工方法在一定程度上受到限制，如前一种方法主要适用于外圆加工。后两种方法要求机床具有三轴或以上的数控系统。

中国专利文献号CN 1657208A中记载了一种用于电火花加工的可实现大流量内冲液的集束电极。集束电极的有益效果在于，把整体式成形电极离散化为可由大量管状或棒状单元电极聚合而成，使得带有复杂轮廓、加工成本较高的成形电极的加工被简化为利用可大批量、低成本生产的简单管状或棒状单元电极的组合集束而成，因此大幅度降低电极成本，缩短制作时间。

然而，上述技术中将所述的集束电极定义为仅应用于普通电火花加工领域的成形电极，这大大束缚了集束电极的应用范围，本发明人通过实验发现：对集束电极施以足够的冲液能量以及足够的放电能量，可以在具有单轴数控系统的机床上实现不同于电火花放电的高速短电弧放电加工。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种“集束电极高速放电加工方法”，利用集束电极实现强化高压、大流量多孔内冲液，运用流体动力断弧机制来保证短电弧放电加工，可简单、方便、经济地实现集束电极高速放电加工的工艺方法，该方法尤其适合复杂曲面、型腔的高速加工。

本发明是通过以下技术方案实现的。本发明首先将集束电极与机床的主轴固定连接，集束电极加工端面正对置于机床工作台上的待处理工件，该工件可以浸没于水基工作液供液系统提供的水基工作液中，然后将水基工作液供给系统与机床工作液槽和集束电极组成流体回路，并将放电电源、集束电极、工件及极间被击穿的水基工作液组成电流回路，通过水基工作液供给系统循环集束电极和待处理工件之间的水基工作液，集束电极连接放电电源的负极，待处理工件连接放电电源的正极，通过放电电源施加直流电流或脉冲电流，形成短电弧放电，从而实现高速放电加工。

所述的放电电源是指：提供电压值为30V-60V，峰值电流为500A-10000A的直流电源；