线电极工件异速复合运动微细电解线切割加工方法技术

本发明专利技术涉及一种线电极工件异速复合运动微细电解线切割加工方法，属于精密微细电化学制造领域。加工方向上，线电极和工件进行异速相对切割运动，静止的电解液反向快速流动冲刷间隙内的产物排出；垂直于加工方向上，线电极和工件进行交替往复运动，辅助间隙内传质；利用不同方向上的复合运动，实现加工区域的位置变换，带动加工间隙内电解液快速更新流动，进行高效传质状态下差速运动微细电解线切割加工。本发明专利技术显著提微细电解线切割加工的精度、效率和稳定性，具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
线电极工件异速复合运动微细电解线切割加工方法
本专利技术涉及一种线电极工件异速复合运动微细电解线切割加工方法，属于精密微细电化学制造领域。
技术介绍
精密化、微型化是现代工业产品的主流发展趋势，在微机械系统中，金属微器件具有高强度、低电阻率、高灵敏度及高密度等特点，需求量与日俱增，涉及的材料、结构形式也不尽相同，平面轮廓微结构是一种重要的结构形式，以其优异的性能被广泛应用于航空航天、生物医疗、精密仪器、微型机器人、微传感器等众多领域。微细电解线切割加工技术以微尺度的金属丝作为工具电极，基于电化学阳极溶解原理，通过对金属线电极或者工件运动轨迹的数字控制，实现具有微缝、微槽、大深宽比等金属平面轮廓微结构的加工，且具有加工表面质量好，无裂纹毛刺，无热影响区，工具电极不损耗，加工材料广等优点，特别适合难加工材料的精密加工制造，逐渐成为国内外学术界和工业界关注和聚集的热点研究课题。微细电解线切割加工实际上是微尺度圆形线电极的成型电解过程，加工精度在微米和亚微米级别，加工过程中阴极产生的气泡、阳极产生的离子和不溶性加工产物聚集在微缝结构的加工间隙内，导致新鲜电解液的更新不畅、电导率均匀性下降，造成加工速度、精度、质量的降低，甚至短路等加工无法持续进行。采用合理的传质方案，增强加工间隙内的传质效率，可以使加工产物的产生和扩散形成动态平衡，在加工稳定的前提下提高加工精度、效率和稳定性。研究人员提出了线电极轴向微幅振动、线电极环形走丝、压电陶瓷低频振动等方法，由于线电极为微米级别的圆柱形金属丝外表面光滑，其拖曳扰动能力有限，在加工高深宽比结构时产物的排出作用较弱，导致加工短路,加工不能稳定进行，因此线电极轴向微幅振动、线电极环形走丝增加传质的能力欠佳，压电陶瓷低频振动在一定程度上改善了加工间隙流场，但是仍存在加工产物和气泡附着在电极丝和工件表面的问题。此外，研究人员提出了线电极径向往复振动的方法提高传质，但是该方法仅适用于简单的直线型结构，在加工复杂轨迹时线电极径向往复振动难以实现。因此，在现有研究基础上提出更加合理的加工方法，是实现电解线切割技术的大规模工业应用急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种线电极工件异速复合运动微细电解线切割加工方法，实现高效传质状态下微细电解线切割加工，提电解线切割加工的精度、效率和稳定性。一种线电极工件异速复合运动微细电解线切割加工方法，其特征在于：过程1和过程2的复合作用下，实现加工区域的位置变换，带动加工间隙内电解液快速更新流动，进行高效传质状态下差速运动微细电解线切割加工。过程1、在加工方向上，利用线电极和工件的速度大小差异实现微细电解线切割加工；1-1、当线电极向工件相对进给运动时，设定线电极在X-Y向的速度为V1，工件在X-Y向的速度为V2，则V1＞V2，加工速度V=V1-V2，电解液沿加工方向反方向快速流过加工间隙，冲刷间隙内加工产物排出；1-2、当工件向线电极相对进给运动时，设定线电极在X-Y向的速度为V3，工件在X-Y向的速度为V4，则V3＜V4，加工速度V=V4-V3，电解液沿加工方向反方向快速流过加工间隙，冲刷间隙内加工产物排出。过程2、在垂直于加工方向上，线电极和工件交替往复运动，辅助加工间隙内传质；设定线电极Z向往复运动速度为V5，工件Z向往复运动速度为V6，V5和V6大小相等或不等，交替进行，当工件向下运动线电极向上运动时，加工产物从加工区域的上部排出，当工件向上运动线电极向下运动时，加工产物从加工区域的下部排出。上述过程1中线电极和工件在加工方向上的异速进给运动，与脉冲电源的脉冲通断可以交替进行；即脉冲停止时，线电极或工件在加工方向的反方向运动，增大加工间隙，同时在过程2的Z向往复运动的辅助下，迅速更新电解液、排出加工产物，并恢复原位；脉冲输出时，过程1中线电极和工件异速进给加工。本方法的有益效果是：1.本方法利用线电极和工件的速度差异进行电解线切割加工，相对于现有电解线切割加工中线电极和工件其中之一运动另一个静止、电解液在加工方向上不产生流动的特点，本方法中静止的电解液相对于运动的线电极工件形成了快速的相对反向流动，电解液对间隙内的加工产物形成了相对冲刷作用，加速了加工产物的排出。2.线电极和工件在Z向的各自独立同速或异速往复运动，方向交替进行，相对于现有电解线切割加工中线电极和工件其中之一往复运动另一个静止的形式，本方法增强了电解液的更新流动，当工件向下运动线电极向上运动时，加工产物从加工区域的上部排出，当工件向上运动线电极向下运动时，加工产物从加工区域的下部排出，使得产物的排出更加彻底；3.工件和线电极在不同方向上复合运动，使得加工区域位置不断变换，带动了加工间隙内电解液的快速更新流动，加速了加工产物的排出，提高了加工间隙内的传质效率，实现了高效传质状态下微细电解线切割加工4.由于运动切割加工过程中间隙内的产物快速排出、电解液快速的更新流动，加工间隙内新鲜的电解液充足，电导率分布均匀，加工精度、效率和稳定性显著提高。附图说明图1是线电极工件异速复合运动微细电解线切割加工方法示意图；图2是线电极工件X-Y向进给切割加工及产物排出示意图；图3是线电极工件Z向往复运动及产物排出示意图；图4是线电极工件异速复合运动微细电解线切割加工装置示意图；图中标号名称：1、线电极，2、金属工件，3、脉冲电源，4、电解液，5、线电极速度V1，6、工件速度V2，7、线电极速度V3，8、工件速度V4，9、线电极相对于工件进给切割时电解液的流动更新方向，10、工件相对于线电极的进给切割时电解液的流动更新方向，11、线电极向上运动，12、工件向下运动，13、线电极向下运动，14、工件向下运动，15、线电极工件相对运动时电解液更新流动方向，16、线电极工件相反运动时电解液更新流动方向，17、隔震平台，18、工件运动支撑平台，19、X-Y向精密移动平台，20、Z向精密移动平台，21、换向连接板，22、换向柱紧固螺栓，23、换向柱，24、工件夹具定位螺钉，25、工件夹具，26、工件夹具紧固螺钉，27、线电极切割运动系统支撑平台，28、X-Y向精密移动平台，29、Z向精密移动平台，30、换向连接板，31、线电极夹具定位螺钉，32、线电极紧固螺钉，33、电解液槽，34、线电极夹具，35、换向柱，36、换向柱紧固螺栓，37、线电极引电螺钉，38、运动控制卡，39、工控机，40、加工气泡和不溶性产物。具体实施方法图1所示的线电极工件异速复合运动微细电解线切割加工方法示意图中，（a）是线电极相对工件异速复合运动，（b）是工件相对于线电极异速复合运动。图2所示的线电极工件X-Y向进给切割加工及产物排出示意图中，（a）是线电极相对工件异速进给运动，（b）是工件相对于线电极异速进给运动。图3所示的线电极工件Z向往复运动及产物排出示意图中，（a）是线电极和工件相对运动，（b）是线电极工件相反运动。图4所示的线电极工件异速复合运动微细电解线切割加工装置示意图，包括脉冲电源3、工件运动系统、线电极切割运动系统、运动控制系统、隔震平台17、电解液槽35。工件运动系统包括支撑平台18、X-Y向精密移动平台19、Z向精密移动平台20、换向连接板21、紧固螺栓22、换向柱23、工件夹具25、工件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线电极工件异速复合运动微细电解线切割加工方法，其特征在于：过程1和过程2的复合作用下，实现加工区域的位置变换，带动加工间隙内电解液快速更新流动，进行高效传质状态下差速运动微细电解线切割加工；过程1、在加工方向上，利用线电极和工件的速度大小差异实现微细电解线切割加工；1‑1、当线电极向工件相对进给运动时，设定线电极在X‑Y向的速度为V1（5），工件在X‑Y向的速度为V2（6），则V1＞V2，加工速度V= V1‑V2，电解液沿加工方向反方向（9）快速流过加工间隙，冲刷间隙内加工产物排出；1‑2、当工件向线电极相对进给运动时，设定线电极在X‑Y向的速度为V3（7），工件在X‑Y向的速度为V4（8），则V3＜V4，加工速度V= V4‑V3，电解液沿加工方向反方向（10）快速流过加工间隙，冲刷间隙内加工产物排出；过程2、在垂直于加工方向上，线电极和工件交替往复运动，辅助加工间隙内传质；设定线电极Z向往复运动速度为V5，工件Z向往复运动速度为V6，V5和V6大小相等或不等，方向交替进行，当工件向下（12）运动线电极向上（11）运动时，加工产物从加工区域的上部（15）排出，当工件向上运动（14）线电极向下（16）运动时，加工产物从加工区域的下部（13）排出。...

【技术特征摘要】
1.一种线电极工件异速复合运动微细电解线切割加工方法，其特征在于：过程1和过程2的复合作用下，实现加工区域的位置变换，带动加工间隙内电解液快速更新流动，进行高效传质状态下差速运动微细电解线切割加工；过程1、在加工方向上，利用线电极和工件的速度大小差异实现微细电解线切割加工；1-1、当线电极向工件相对进给运动时，设定线电极在X-Y向的速度为V1（5），工件在X-Y向的速度为V2（6），则V1＞V2，加工速度V=V1-V2，电解液沿加工方向反方向（9）快速流过加工间隙，冲刷间隙内加工产物排出；1-2、当工件向线电极相对进给运动时，设定线电极在X-Y向的速度为V3（7），工件在X-Y向的速度为V4（8），则V3＜V4，加工速度V=V4-V3，电解液沿加工方向反方向（10）快速流过加工间隙，冲刷间隙内加工产...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕晓磊，曾永彬，曲宁松，杨涛，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32