微磨料内喷的电火花-电解复合加工装置及加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微磨料内喷的电火花‑电解复合加工装置及其加工，属于微小孔复合加工领域，本发明专利技术是结合磨料磨削、电火花熔蚀与电解腐蚀的微磨料内喷的电火花‑电解复合加工方法，其工作液以一定压力从管电极中喷出，磨料不断冲击工件，通过磨削作用去除表面绝缘涂层材料。待金属基体裸露后，管电极不断进给：当端面与工件间的间隙小于电火花放电间隙时，两者在高压脉冲的作用下发生电火花放电，进行高速穿孔；当电极侧壁与孔壁间的间隙大于电火花放电间隙时，两者将在低压脉冲的作用下发生电解蚀除，去除孔壁重铸层。加工过程中持续供给磨料以提高加工效率，实现小孔一次性快速成形加工，操作简单，加工效率高。

EDM-ECM Composite Machining Device and Processing Method for Micro-abrasive Injection

【技术实现步骤摘要】
微磨料内喷的电火花-电解复合加工装置及加工方法
本专利技术涉及一种管电极微小孔加工的方法，属于微小孔复合加工领域，具体是一种微磨料内喷的电火花-电解复合加工装置及加工方法。
技术介绍
涡轮作为航空发动机中热负荷和机械负荷最大的部分，承受高温高压燃气的冲击。为延长发动机的使用寿命，提高发动机的性能，涡轮型面上存在大量孔径为0.3~3mm的气膜孔用于冷却散热。而涡轮叶片通常采用高温合金等难加工材料，小孔加工后不允许有重铸层、微裂纹及尖边，因此制造难度极大。此外，随着航空发动机推重比不断提高，燃气涡轮进口温度也不断提高，单独高温合金材料的承温能力已经不能满足使用需求。目前广泛使用的方法是在涡轮叶片燃气流道表面喷涂0.1~0.2mm陶瓷热障涂层，对提高叶片承温能力有非常直接的效果，并对短时间的超温有很好的缓解作用。航空发动机制造企业最常使用的方法是管电极电火花制孔：使用中空的管电极作为工具电极，工作液由输液泵驱动从管电极内部喷出。该方法加工成本低，精度好，效率高，但电火花放电时温度较高，孔壁上往往存在重铸层，需要后续加工处理。此外，热障涂层不导电，无法进行单纯的电加工。目前针对此类问题，采用的方法包括：根据热障涂层对气膜孔的影响值，通过在加工中预先增加孔径的方法，消除热障涂层对气膜孔尺寸的影响，但这对气膜孔孔径的一致性和喷涂的一致性都有很高的要求；另外一种工艺为：在叶片上先涂覆热障涂层，然后采用激光在相应打孔位置上进行加工，但这种加工方式加工成本较高，且激光加工基于工件材料的熔融和气化，加工过程中不可避免产生再铸层，通常还需要后期通过电解加工的方式去除。综合分析上述加工方法的优缺点，提出了微磨料内喷的电火花-电解复合加工方法，使用混有微磨料的低浓度盐溶液作为工作液，利用水射流和磨料动能的冲击作用去除不导电的涂层材料，利用电火花放电作用进行快速穿孔，再利用管电极外壁与孔壁之间微弱的电解反应去除孔壁上的重铸层，一次装夹完成所有的加工需求，提高了加工的效率和精度。2011年9月30日，申请号为201110295353.5的中国专利公布了一种混浆浓度可调的磨料水射流清洗和除锈设备，实现了磨料的持续供给和浓度调节。该专利属于水射流加工，不存在电化学作用，对所使用的水基本无要求，水射流压力较低，流量较大。2014年9月30日，申请号为201410427280.4的中国专利公布了一种悬浮磨料水射流切割装置，实现了复杂高难度切割。该专利属于水射流加工，仅存在水射流和磨料的物理切割作用，切割压力需要达到10-200Mpa，流量10-20L/min方可进行加工。2015年4月30日，申请号为201510213275.8的中国专利公布了一种微小孔电火花-电解可控复合加工方法及振动系统，使用超低浓度盐溶液作为工作液，通过振动模式的优化实现电火花和电解加工的可控复合，提高加工效率并获得较好的孔质量，该方法属于纯电加工，无法加工表面覆有绝缘层的工件。2015年5月26日，申请号为201510276386.3的中国专利公布了一种带热障涂层金属零件的磨料水射流-电火花复合制孔方法及装置，在同一台加工设施上分别进行磨料水射流加工以及电火花小孔加工。该方法使用去离子水或超纯水作为工作液，属于磨料流加工和电火花加工的组合加工，磨料仅在加工第一阶段起到了磨削工件表面绝缘层的作用；加工过程中仅存在电火花加工，孔壁重铸层得不到有效去除；直接通过输液泵输送含磨料的液体，对泵的损害也非常大。2015年11月6日，申请号为201510747707.3的中国专利公布了一种降低管电极电解加工电极振幅的办法，通过在电解加工的电解液中添加氧化铝磨料和分散剂形成氧化铝磨料的电解液悬浮液，增大了电解液在管电极中流动时的阻尼，降低了管电极电解加工时的振幅。该方法属于电解加工，所用磨料目数极小，仅起降低管电极振幅的作用，其冲击力不足以去除绝缘涂层。2017年6月6日，申请号为201710417436.4的中国专利公布了一种磨料浓度可控的精密微细磨料水射流系统，提高了磨料水射流的加工效率，该方法属于水射流加工的系统设计，实现了前混式磨料水射流加工中对磨料浓度的控制，不存在电加工的作用。2017年8月24日，申请号为201710733206.9的中国专利公布了一种振动辅助磨料流动光整加工方法，将振动电解抛光和磨料流光整加工方法进行有效复合，通过电解的钝化作用和磨料流动的微磨作用，实现工件表面的抛光效果。该方法使用成型模具进行电解光整加工，其加工目的、以及加工机理都与本设计存在很大差异。2017年11月13日，申请号为201711115032.6的中国专利公布了一种磨料浮动式电化学机械抛光加工方法及其装置。通过控制电解液压力的方式，既控制了电解蚀除效率，又控制了机械磨削力，实现了磨削力自适应电解蚀除效率的目的，但该方法用于电解抛光，加工过程中不存在电火花放电，磨料仅用于去除电解反应中的钝化层。2017年11月17日，申请号为201711142416.7的中国专利公布了一种金属构件表面热障涂层，通过在管电极表面增加磨料，借助管电极高速旋转时磨料产生的磨削力去除电解加工未去除的阳极和金属和生成的钝化层，促使电解加工高速进行。但该方法属于电解线切割，工具电极不会发生损耗，因此磨料被固定在管电极外壁上。2017年11月17日，申请号为201711142416.7的中国专利公布了一种管电极磨粒辅助多槽电解切割加工装置与方法，通过在管电极表面增加磨料，借助管电极高速旋转时磨料产生的磨削力去除电解加工未去除的阳极和金属和生成的钝化层，促使电解加工高速进行。但该方法属于电解线切割，工具电极不会发生损耗，因此磨料被固定在管电极外壁上。2018年9月26日，申请号为201811118709.6的中国专利公布了一种金属构件表面热障涂层的去除方法及装置，通过磨料水射流冲蚀的方法去除金属构件表面的热障涂层。该方法本质上属于单纯的磨粒水射流加工；虽然使用氯化钠溶液作为中性盐溶液，但仅利用盐溶液的导电性进行加工状态监测，依据通电与否判断热障涂层是否被去除，整个加工过程中不存在电火花或者电解加工作用，该方法仅能实现热障涂层的去除，不能加工出完整孔型。此外，题为《难加工材料电化学磨料射流复合加工机理及实验研究》、《磨料电化学射流加工过程数值模拟及实验研究》和《磨料电化学射流加工的材料去除模型研究》中提到的磨料电化学射流加工方法，由电化学射流和磨料射流耦合而成。工具电极与工件之间不存在电火花放电效果，只存在电解反应和磨料切削反应之间的相互作用，加工对象多为微细结构，加工效率较低。
技术实现思路
本专利技术通过在电火花-电化学复合加工方法的电解液中添加合适的磨料形成悬浮液，在液压泵驱动下以高压状态从管电极中喷射出，不断冲蚀工件表面，在加工初期对绝缘涂层起到机械磨削和去除的效果。加工过程中通过调节节流阀改变工作液中磨料浓度，控制机械磨削和电加工对材料的去除比例，实现从初期偏机械加工到中后期偏电加工的转换过程，解决了现有技术中带绝缘涂层的零件上的微小孔无法进行纯电加工的问题。本专利技术是这样实现的：一种微磨料内喷的电火花-电解复合加工装置，所述的装置包括增压系统、供料系统、工具电极系统、控制系统、辅助系统；所述的增压系统、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微磨料内喷的电火花‑电解复合加工装置，其特征在于，所述的装置包括增压系统、供料系统、工具电极系统、控制系统、辅助系统；所述的增压系统、供料系统、工具电极系统依次连接构成加工系统；所述的增压系统依次包括存放电解液的电解液槽（1）、过滤器（2）、液压泵（3）、蓄能器（5）、压力表（6）、高压减压阀（7）；所述的高压减压阀（7）后通过节流阀（10）后分别连接磨料罐（11）、管电极（16），所述的磨料罐（11）构成供料系统，所述的管电极（16）构成工具电极系统；所述的管电极（16）下端正对工件（20）；所述的管电极（16）与辅助系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种微磨料内喷的电火花-电解复合加工装置，其特征在于，所述的装置包括增压系统、供料系统、工具电极系统、控制系统、辅助系统；所述的增压系统、供料系统、工具电极系统依次连接构成加工系统；所述的增压系统依次包括存放电解液的电解液槽（1）、过滤器（2）、液压泵（3）、蓄能器（5）、压力表（6）、高压减压阀（7）；所述的高压减压阀（7）后通过节流阀（10）后分别连接磨料罐（11）、管电极（16），所述的磨料罐（11）构成供料系统，所述的管电极（16）构成工具电极系统；所述的管电极（16）下端正对工件（20）；所述的管电极（16）与辅助系统连接。2.根据权利要求1所述的一种微磨料内喷的电火花-电解复合加工装置，其特征在于，在所述的磨料罐（11）下游、管电极（16）之间依次设置有压力表（12）、截止阀（13）；所述的电解液槽（1）上端还还设置有溢流阀（4），所述的溢流阀（4）另一端连接于蓄能器（5）、压力表（6）之间。3.根据权利要求1所述的一种微磨料内喷的电火花-电解复合加工装置，其特征在于，所述的辅助系统依次包括气源（8）、气压泵（9）；气压泵（9）从气源（8）中抽取气体，依次通过第一单向阀（14）、第二单向阀（15）、第三单向阀（17）输送至管电极（16）外壁。4.根据权利要求1所述的一种微磨料内喷的电火花-电解复合加工装置，其特征在于，所述的工件（20）通过夹具装夹在工作台（19）上，所述的工作台（19）下端设置底座（21）；所述的底座（21）下端设置废液槽（18）。5.根据权利要求1所述的一种微磨料内喷的电火花-电解复合加工装置，其特征在于，所述的控制系统包括电源（22）、控制中心（23），所述的控制中心（23）连接于管电极（16），所述的电源（22）连接于底座（21）；所述的电源（22）为直流脉冲电压，由高低压复合电源提供。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐正扬，张心怡，张辰翔，
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