[发明专利]一种导电率可调的雾化介质电火花放电烧蚀与电解复合加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及特种加工领域，尤其是一种导电材料的兼具高效率蚀除、低成本、低损耗以及高表面质量等优点的电火花加工方法。具体是一种导电率可调的雾化介质电火花放电烧蚀与电解复合加工方法。

背景技术

随着科技的进步和工业的发展，新材料、新结构不断出现，特别是在航空航天领域，随着飞行器性能要求的不断提高，钛合金、高温合金、高强度钢及复合材料的使用比例越来越高，并且结构件加工已经呈现出以整体结构、复杂结构、切削加工量大、薄壁件多、加工精度高等特点。比如应用在航空航天方面的整体叶轮、机匣、连接框及舱体等整体大型构件，广泛采用钛合金、高温合金等高性能金属材料整体制造，材料难加工，并且材料去除率高，部分构件去除率甚至超过90%，还有一些薄壁构件，机械加工易发生变形，另外，目前飞机长寿命、高可靠性的要求，也使得零件表面的质量及完整性控制更为严格。

由于材料的难加工性及去除率大等特点，采用传统的金属切削方法加工上述零件已经感到愈来愈困难，且该矛盾必将随着新材料、新结构的不断涌现而更加突出，已经呈现出加工手段严重滞后于新材料、新结构发展的趋势。

电火花加工作为一种特种加工方法，是依靠两极之间的脉冲性火花放电时的电腐蚀作用对加工材料进行加工。其具有加工精度较高、一致性、稳定性较好等优点，其加工性能不受制于材料的力学性能，且加工中无宏观切削力，适合复杂、薄壁、难加工金属材料的加工。然而，由于其蚀除材料的能量受制于脉冲电源能量的输出，加工效率较低一直是其难以克服的瓶颈问题，并且电火花加工表面存在再铸层，因此不能作为零件的最终加工手段。

放电诱导烧蚀加工是一种无宏观切削力特种加工方法，其在常规电火花加工中引入新的能量——金属燃烧释放的大量化学能，其加工效率是常规电火花加工的十数倍甚至数十倍，特别适合难加工材料、大去除量的零件加工。但是其加工表面具有再铸层及烧蚀层，也不能作为零件的最终加工手段。

电解加工与电火花加工一样也属于非接触加工工艺，不存在机械切削力。在电解加工过程中，电解液在阴极（工具电极）与阳极（工件）之间流动并发生电化学反应，产生的蚀除产物随着电解液的流动而排除。电解加工具有加工范围广，加工效率高，加工表面质量好，工具无损耗的特点。另外，电解加工属于冷态加工，表面不会产生冷作硬化层，热再铸层及表面微裂纹等表面缺陷。但是，电解加工加工精度一般不高，且电解加工的设备庞大，成本高。

由于电火花加工要使用绝缘性介质，而电解加工要使用电解液导电介质，因此在通常情况下，在一个加工过程中，两种方法是不能兼顾进行的，本发明的主要目的是采用氧气对电解液进行雾化，调节各个阶段对工作介质的要求，通过电火花烧蚀加工提高加工效率并通过电解加工去除变质层，在高效率加工前提下，实现加工表面质量高且无表面应力。

发明内容

本发明目的是针对目前难切削加工导电材料放电加工效率低下、能量输入低且单一、加工表面存在变质层与再铸层等表面缺陷的问题，发明一种导电率可调的雾化介质电火花放电烧蚀与电解复合加工方法，首先通过极间新的高能量输入的放电烧蚀加工为主的高效率蚀除，而后通过调节气体与电解液的比例，进行电解加工为主的表面修整，提高加工表面的质量与完整性。

本发明的技术方案是：

一种导电率可调的雾化介质电火花放电烧蚀与电解复合加工方法，其特征在于：在电火花诱导烧蚀加工过程中，使用电解液替代电火花放电所使用的绝缘性工作介质，并与可燃性气体或助燃性气体形成雾化介质喷入加工区域，加工过程中通过调节气体与电解液的比例达到控制雾化介质电导率的目的，以根据加工需求或进程在整个加工过程的不同阶段实现以放电诱导烧蚀为主、放电诱导烧蚀及电解加工或以电解加工为主的加工方式，从而达到通过烧蚀加工提高加工效率、兼顾加工效率及表面质量或以表面去除变质层为主要目的的加工。

本发明的整个加工过程中具有三个加工状态：一种加工状态是气体或气液混合雾化介质下的放电诱导烧蚀为主的加工；第二种是雾化介质下的放电诱导烧蚀及电解加工复合加工；第三种是电解液介质下的电解为主的加工。

所述的雾化介质是具有压力的气体与具有压力的电解液在雾化装置内进行混合形成的直径为0.1-100μm的雾滴，它能保障雾滴进入放电间隙内部参与放电过程。

所述的气体的压力为0.01MPa-9MPa；所述的电解液的工作压力为0.01MPa-9MPa。

所述的雾化介质的导电率范围为10^-5-2mS/cm。