[发明专利]可变磁场辅助电化学复合加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及电磁场辅助电化学复合加工技术，利用外部装置产生的旋转、脉冲、恒定等多种磁场形态作用于电化学加工区域。特定情况的磁场不但可以提高加工区电解液离子淌度，增大离子迁移速率，加速电解产物扩散，而且还能活化电极表面，改变离子运动轨迹，综合改善电化学加工区域的理化特性，从而有效提高电解加工效率，提高表面质量和零件加工精度。该技术属于非传统机械加工领域的电化学加工技术分支。 

背景技术

上世纪九十年代出现了高频窄脉冲电化学加工，将传统直流和低频交流电化学加工技术提高到一个新的水平，加工精度和表面质量较以前大大提高。在这之后，磁场被引用于电解加工中。初步研究发现磁场的引入能活化电解离子，磁场的洛伦兹力能改变离子的微观路径；伴随脉冲磁产生的脉冲效应机理强化电流的非线性特性曲线，改善电解加工加工中的阳极电位特性，使加工区域各种物理场特性趋于均匀化。以上种种结论都说明将磁场引入电解加工中能大大提高加工效率，改善加工效果。但目前将磁场引入电解加工的装置都是单一的使用了恒磁、旋转磁、交变磁中的一种情况，且多为使用永磁体产生的磁场，工艺参数不可调或控制，对于不同材料和不同工件，难以实现较好的加工效果；也有研究通过为绕制的定子通三相交流电产生旋转磁场，分析可以知道，这类磁场都存在诸多不足，如一般设备比较笨重，绝缘成本高，难以改变交变磁场频率等。目前尚无针对高频群脉冲电化学磁场复合加工的设计出现。 

为了深入研究磁场相关参数对电解加工精度和质量的影响规律，亟需设计出能方便地产生多种磁场的电化学加工辅助机构，为定性、定量地准确研究磁场参数对电解加工精度和质量的影响提供技术平台支持。 

本发明提供的可变磁场辅助电化学加工装置目前还未见类似的研究成果，可以完成的主要功能如下： 

(1)磁场可以进行多种变化：可以根据加工要求，设置恒强恒向场、恒强旋转场、脉冲场、渐变场、叠加场等，磁场强度从0-1000高斯连续可调(需要时换线圈磁场强度可更大)； 

(2)可加工多种形状的异型孔，如圆孔、三角孔，方孔，微齿轮孔，其外接直径为 及以下尺寸； 

(3)可实现加工阴极的快速更换，加工间隙使用千分杆微调，精度为1um。 

发明内容

本发明的目的在于为定性和定量分析各种形式磁场对电化学加工精度和质量影响提供便利的试验装置。本发明主要由电加工机械结构部分、可变磁场的线圈配置及驱动电路、电解液喷射系统等几个部分组成。 

机械结构的组成与连接： 

装置机械结构部分主要采用了有机玻璃和铝青铜两种材料。机构的底板与角型支块部分采用有机玻璃材料，以保证良好的绝缘性能和可加工性；磁场的产生靠环形布置于底板上的两对螺线管，线圈以导磁性能好的硅钢机加出的铁芯，端部配置了相应的导磁块，导磁块采用退火后的A3钢材料，导磁性能好，且小尺寸的导磁块可以布置得离加工区很近，减小了大磁阻的空气隙。 

具体连接关系如图1所示：零件1为有机玻璃材料底板，绝缘性能比较好且适于机加工，相当于“床身”。零件2为线圈支架，材料为铝青铜，抗腐蚀性能好且磁阻大不影响整体磁场配置。零件3为阴极连接套，铝青铜材料，抗腐蚀。零件4为有机玻璃材料的角型块，主要用于定位支撑工具阴极，使用绝缘材料再次避免了加工中短路的发生。零件5为垫块，用于装配千分调节杆(零件6，直接采用外购件，成本低精度容易保证)。支撑板7用于连接角型块与底板。零件8为阴极头，采用铝青铜材料，整体形状简单容易保证加工精度，可以实现快速简单更换。零件9为产生磁场的线圈，采用硅钢机加工出结构形状后在空腔中缠绕线圈而成，零件10为A3钢材料的导磁头。零件11为铜座，其上端面钻出凹孔用于放置待加工试件，可加工直径为19mm及其以下尺寸，采用侧面的紧定螺钉固定，简单方便。 

磁化线圈及驱动电路： 

附图1中的零件9为磁化线圈，前面已作介绍此处不再赘述。可变磁场控制发生电路原理如图2，驱动电路以ATMEL公司的52单片机控制为核心，驱动芯片采用UDN2981芯片，其可同时实现八路驱动八个一级继电器。另外，控制电路板上设置了八路选择开关用于选择控制加工区的磁场动作方式；电路板上还增设了1个八段数码管用于显示磁场当前的工作情况。需要说明的是此控制电路板上的继电器为一级继电器，继电器的触点并不直接接入驱动磁场产生的线圈中，而是先驱动二级控制继电器，双级继电器控制有效的避免了模拟电路对数字电路的冲击影响，保证控制准确无误。