[发明专利]一种电火花与电化学复合微细深孔加工系统和方法

说明书

本发明属于深小孔加工制造领域，具体涉及一种电火花与电化学复合微细深孔加工系统和方法，方法包括S010：加工循环开始，S015：工具电极随主轴垂直向下进给对刀并检测工具电极首部质量，S020：判断工具电极与工件是否短路接触，若否转入S015，若是转入S025；S025：工具电极回退至原点位置，S030：设置进给速度，S035：接通脉冲发生器、启动电化学工作液供给泵；S040：工具电极进给加工；S045：判断加工状态是否正常，正常转入S055；不正常，转入S050；S050：暂停加工，S055：判断加工进给是否完成，若否转入S040，若是转入S060；S060：断开脉冲发生器、关闭电化学工作液供给泵；S065：工具电极回退至初始位置。本方法结合了电火花高速穿孔和电化学加工的优点，加工范围广、效率高。

技术领域

本发明属于深小孔加工制造领域，具体涉及一种电火花与电化学复合微细深孔加工系统和方法。

背景技术

深径比大于5:1、直径为3mm以下的微细深孔结构广泛应用于汽车、航空航天、生物医学、微电子、微机电元器件制造等领域，例如具有高精度要求的汽车发动机燃油喷嘴孔和良好表面质量的生物医用过滤器孔；航空发动机涡轮叶片和导叶中保护其免受过热的大量气膜冷却孔，由于在高温高压环境下工作，这些孔的表面质量要求非常严格，加工表面必须没有重铸层和微裂纹；直径2m的大型轮胎模具要求加工出平均直径为2mm、深度为300mm的排气孔，因品种不同，有时每一副轮胎模具需要加工出1500个排气孔，这种排气孔很难在加工中心等机床上进行钻削加工，一般由熟练的操作工利用电钻进行手动操作，平均需要花费30min以上的加工时间，在整体上加工1500个孔则需要花费750h；而且经常会出现钻头折损而重新加工的现象，操作者长时间处于紧张状态下，还会造成体力上的负担。

这些大深径比微小孔必须具有小直径和高精度，通常由镍基超合金、钛合金和金属间化合物等极硬和韧性材料制成，这些材料很难用传统机械方法加工，因为机械钻孔会遇到各种问题，例如形成毛刺、刀具磨损率高和断刀等。激光钻孔对于在难切削材料上加工孔是有效的，但通常存在热影响区甚至微裂纹的缺点，这在航空工业中是严格不能接受的。

电火花放电钻孔Electrodischage Drilling，简称EDD和电化学钻孔Electrochemical Drilling，简称ECD是制造微孔结构的两种合适加工工艺。

EDD是使用最广泛的特种加工方法之一，可以加工任何导电材料，在钻微孔时具有很高的材料去除率和加工精度。在EDD中，工件材料通过放电火花的高温腐蚀作用被去除。因此，EDD可用于在难加工材料上加工微孔。然而，由于EDD是一种热处理工艺，材料去除方法涉及高温熔化，EDD的任何孔总是会出现重铸层、微裂纹和残余应力等缺陷，这些都会对工件的机械性能产生负面影响，随后在需要特定表面光洁度的应用中必须将其去除。此外，随着加工深度的增加，EDD中的刀具磨损加剧，加工效率降低。

另一方面，与EDD相比，ECD继承了电化学加工的各种优点，它独立于材料机械性能，经常用于加工一些具有复杂结构的难切削材料金属零件，无论材料的硬度和韧性如何，而且加工表面上没有热影响区和裂纹，可以在没有刀具磨损和冶金缺陷的情况下实现高表面质量，生产效率高，在航空、航天、兵器制造等领域得到了广泛的应用。ECD的固有特性意味着它可以成为在难切削材料中加工深小孔的主要解决方案。然而，ECD的形状精度加工效率低，并且由于杂散材料去除而电化学反应溶解率低，ECD的加工效率明显低于EDD。

发明内容