[实用新型]微小倒锥孔的电火花加工装置

说明书

技术领域

本实用新型属于特种微细加工技术领域，涉及一种微小倒锥孔的电火花加工装置。

背景技术

已有的大量理论和实验研究表明，喷油嘴喷孔采用倒锥形状（即喷孔内口直径大于外口直径），有助于提升喷孔的流量系数和雾化效果。倒锥形的喷孔已在柴油机中被广泛的采用，随着各国对机动车尾气排放标准的日益提高，喷孔的直径已减小到了200μm以下，如何加工如此微小的倒锥孔仍是一个技术难点。

电火花加工是使工具电极和工件之间产生脉冲性火花放电，利用放电时局部瞬时产生的高温蚀除金属材料。在电火花普通微孔加工中，常采用微细圆柱状电极对工件进行孔加工，电极沿一定方向进给，在电极与工件的间隙有工作液冲刷，以带走加工产物。研究发现，在电火花向下加工微孔的过程中，在孔被加工贯穿前，加工产物难以完全被工作液冲刷带走，而是有部分在孔底部聚集，由于加工产物有一定导电性，有助于扩大火花放电的作用范围，随着加工的深入，加工产物越积越多，电极端部的加工范围就越来越大，所以在孔被加工贯穿前的大部分距离内，加工的微孔由外向内孔径是逐渐变大的。另一方面，在电火花加工中，工具电极也会有一定量的损耗，在微孔加工过程中，电极损耗的部位主要在端部，随着加工的深入，电极端部逐渐变细变尖，使电极端部的加工范围逐渐变小，当孔被加工贯穿后，工作液穿孔流过，将累积的加工产物冲刷带走，这进一步减小了电极端部的加工范围，所以加工完成的微孔，孔径从加工入口沿加工方向先逐渐变大，在加工出口附近，孔径沿加工方向逐渐缩小。

文章“Micro-EDM drilling of tapered holes for industrial applications”（Journal of Materials Processing Technology.2004,149：296-303）中给出了一种电火花加工倒锥孔的方法。这种方法使用一定机构使电极偏摆，即电极旋转且电极轴向与电极整体的旋转方向偏离一定角度，这样就可以在工件上加工出具有一定锥度的倒锥孔。这种方法的成形精度高，但所使用的电极偏摆机构设计、制造较为复杂，使得喷孔加工的成本升高。

中国实用新型专利“倒锥微孔的电火花加工方法”（申请号：201110046319.4）中提出了一种电火花加工倒锥微孔的方法，实时检测孔的加工深度，控制电火花加工装置的脉冲电源参数和伺服进给速度，使脉冲电源的放电能量随着加工深度的增加而渐近增大；伺服进给速度随加工深度的增加而渐近降低，使微孔出口处产生二次放电的几率渐近增大，从而实现倒锥微孔的加工。这种方法不需要复杂的电极偏摆机构，且加工的倒锥孔有一定锥度。但在这种方法中，孔被加工贯穿后，在加工出较小的锥度后，加工产物已被工作液冲刷带走，加工间隙内的介质为均匀一致的工作液，极间最近点已不在出口附近，再提高放电能量和降低进给速度，已无助于锥度的扩大，所以用这种方法能够加工出的倒锥孔锥度较小。另一方面，这种方法实时控制了工具电极的进给速度，使其随加工深度的增加而渐近降低，而在目前成熟的电火花加工中，工具电极的进给速度一般不需要主动控制，检测系统自动检测极间的放电状态，系统据此自动调整电极的进给速度，使放电间隙保持在最优状态，这样的自适应控制使加工速度始终保持在最优状态，而这种方法中主动地控制电极进给速度随加工深度的增加而渐近降低，并不能达到最优的加工速度，不利于生产效率的提高。

美国专利“EDM process for manufacturing reverse tapered holes”（专利号：US7572997B2）也给出了一种电火花加工倒锥微孔的方法。首先，工件为正极，工具电极为负极，对工件进行电火花孔加工，加工一定深度后，工具电极损耗变尖，这时翻转极性，工具电极为正极，工件为负极，对工具电极进行电火花加工，使其变尖的端部被加工变顿，以保证电极端部的加工范围，然后再次翻转极性，工件为正极，工具电极为负极，并提高加工电源的放电能量，继续对工件进行加工，加工电源能量的提升使电极端部的加工范围变大，进而加工出倒锥孔。这种方法同样不需要复杂的电极偏摆机构，且加工的倒锥孔有一定锥度。这种方法虽然在加工中途对变尖的工具电极进行了修整，保证了工具电极端部的加工范围，但同样，孔被加工贯穿后，在加工出较小的锥度后，加工产物已被工作液冲刷带走，加工间隙内的介质为均匀一致的工作液，极间最近点已不在出口附近，再提高放电能量和降低进给速度，已无助于锥度的扩大，所以用这种方法能够加工出的倒锥孔锥度同样较小。

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