一种带式电极电火花电解复合加工沟槽结构的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种带式电极电火花电解复合切割沟槽结构的方法及装置，利用截面为所需沟槽形状的带式电极作为工具电极进行电火花电解复合线切割加工，中性盐溶液高速喷射于两极之间，控制电压幅值在高于或低于电火花放电临界电压范围内变化，进而改变材料去除方式的占比，实现电火花电解复合切割；切割过程结合了带式电极沿走丝回路的回转往复运动、单向走丝运动以及待加工的工件的轴向进给运动，实现异形槽高效、多种结构一次成形跨尺度制造，同时有效避免非加工区域的电解杂散腐蚀，实现跨尺度异形槽高效、高精密、无重铸层的制造目标。无重铸层的制造目标。无重铸层的制造目标。

A method and device for band electrode EDM electrochemical compound machining groove structure

【技术实现步骤摘要】
一种带式电极电火花电解复合加工沟槽结构的方法及装置


[0001]本专利技术涉及沟槽结构的特种加工技术，具体来说是一种基于带式电极的电火花电解复合切割沟槽结构的方法及装置。

技术介绍

[0002]异形槽结构广泛应用于航空、航天、电子、能源等领域，例如涡轮叶片的榫头结构、燃料电池电极板以及化工领域传热微通道等。此类核心零部件往往具有特征结构数量大、尺度跨度大、加工精度要求高的特点。同时，零件所用材料多为高温合金、钛合金、金属间化合物等难加工材料，且多为薄壁零件，加工后要求无重铸层、无裂纹、无变形等，对加工制造技术提出极大挑战。与此同时，作为各领域核心部件，其加工质量直接决定了产品设备的性能、工作可靠性以及耐用度。因此，复杂异形槽结构部件的高效、精密、无重铸层制造已成为制约航空航天等国民经济关键领域发展的技术难题。
[0003]与传统线切割技术相比，基于带式电极的电火花电解复合切割沟槽结构的方法是利用截面形状为所需加工沟槽形状的带式电极或多种异形电极丝结构阵列组合而成的非金属基带式电极进行电火花电解复合线切割加工，利用辅助轮对工具电极进行实时修行及校正以确保切割精度。该方法灵活满足异形槽高效、多种结构一次成形跨尺度制造的同时，有效避免非加工区域的电解杂散腐蚀，实现跨尺度异形槽高效、高精密、无重铸层制造的工艺目标。
[0004]2018年11月23日，公开号为：CN108856923A的中国专利公开了一种两用多线电火花线切割装置。针对现有的多线电火花线切割机不能加工复杂图形零件的问题，该装置实现了使用一台多线电火花线切割机一次能切割多片的切割能力，同时还实现了像普通电火花线切割机那样加工复杂图形零件的能力，使一台机器同时具有多线电火花线切割机的多线切割功能和普通电火花线切割机的单线切割功能。然而，该装置电极丝形状单一，限制了异形沟槽切割；同时，电火花线切割表面质量难以保证，需要后处理步骤，降低了加工效率。
[0005]2018年11月2日，公开号为CN108723529A的中国专利公开了种电解电火花同步复合线切割加工装置，包括电解液供应模块、电解槽、高压脉冲电源、走丝机构、旋转主轴和卡盘；本专利技术走丝机构采用慢走丝的形式，通过不断引进新的电极丝而保证了电极丝的完整性，避免了因电极丝损耗而出现的加工误差，既提高电解电火花线切割加工效率，又解决电解电火花线切割加工过程中电极损耗的问题。然而，为了保证加工稳定性，采用慢走丝的形式仍然降低了加工效率，仅依靠导向轮保证电极丝校正，难以保证加工精度。
[0006]综上所述，现有技术由于电极丝形状单一，无法对复杂形状沟槽进行切割，且走丝速度与脉冲电源保持恒定的条件下，无法根据实时加工条件选择最合适的加工方式，降低了表面质量。电极丝的校正及连续走丝的稳定性难以保证，存在加工精度较低以及加工效率差等缺点。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种带式电极电火花电解复合切割沟槽结构的方法及装置，采用电火花电解复合加工方法，利用带式电极切割沟槽的加工方式，实现异形槽高效、多种结构一次成形跨尺度制造。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种带式电极电火花电解复合切割沟槽结构的方法，包括如下步骤：
[0009](1)采用截面轮廓与所需要加工沟槽形状匹配的带式电极作为工具电极；
[0010](2)将带式电极穿过主动轮和辅助轮，通过辅助轮将带式电极的放电端面压紧在主动轮上；待加工的工件由工件夹具夹持；通过主动轮的引电功能将带式电极连接脉冲电源负极，待加工的工件连接脉冲电源正极；
[0011](3)带式电极以一定的张力张紧在走丝机构上，通过恒张力控制系统，调节带式电极张紧力；通过设定储丝筒电机转速，调节带式电极走丝速度，使带式电极以不同的速度沿走丝回路上运动；
[0012](4)待加工的工件与工具电极之间通入工作介质，在待加工的工件与工具电极两极之间施加脉冲波形，随后进行电火花电解复合切割，利用两极之间同步的电火花放电与电化学溶解；所述电火花电解复合切割包括带式电极沿走丝回路的回转往复运动、单向走丝运动以及待加工的工件的进给运动，实现异形沟槽的高效、高精度、无重铸层加工，并结合带式电极微米级截面轮廓可实现毫米级甚至米级长度的单一或着阵列沟槽跨尺度切割成型。
[0013]进一步的，步骤(1)中，所述带式电极为单一导电带，用以实现单个沟槽的加工；所述单一导电带是指具有一个导电截面的带式电极，所述导电截面形状与待加工的单个沟槽形状匹配。
[0014]进一步的，步骤(1)中，所述带式电极为非金属基多截面带式电极，用以实现阵列沟槽的加工；所述非金属基多截面带式电极包括非金属基底和一个以上连接于非金属基底的导电带，所述导电带之间互相绝缘；所述非金属基多截面带式电极的截面形状与阵列沟槽截面形状相匹配。
[0015]进一步的，步骤(1)中，所述带式电极截面特征尺度为微米级或者毫米级，带式电极长度为毫米级或者米级。
[0016]进一步的，所述带式电极包括高导电性高韧性材料，所述高导电性高韧性材料为铜、钼、铝、钨、铜钨合金、铝铜合金、钨钼合金、铬镍合金、铜锌合金、钛合金和不锈钢的一种或者几种的组合。
[0017]所述带式电极材料为无镀层带式电极、镀层带式电极或者复合带式电极，所述镀层带式电极为镀锌电极或者以无氧铜为电极芯材的扩散退火型带式电极，所述复合带式电极为钢芯电极或者以高碳钢为电极芯材的钢琴带式电极。
[0018]所述带式电极的制作方法为辊压成型工艺、拉伸成型工艺、机械磨削加工工艺或者激光3D打印制造工艺。
[0019]进一步的，步骤(3)中，所述恒张力控制系统包括张力传感器、检测轮和张紧力电机；所述张力传感器通过检测轮检测带式电极的恒张力，自适应调节张紧力电机控制带式电极的张紧力。
[0020]进一步的，步骤(2)中，所述脉冲电源为恒压脉冲电源或者高低压复合脉冲电源；所述高低压复合脉冲电源包括低频高幅值脉冲电源和高频低幅值脉冲电源。
[0021]进一步的，步骤(3)中，所述带式电极走丝速度包括恒速走丝和变速走丝；变速走丝下，低速走丝是指带式电极的运动速度低于2m/s；高速走丝是指带式电极的运动速度范围为2～10m/s；所述变速走丝根据带式电极阻力传感器自适应调整走丝速度和走丝方向。步骤(4)中，不同的走丝速度匹配不同的频率幅值的脉冲波形，高速走丝匹配低频高幅值脉冲电源，低速走丝过程匹配高频低幅值脉冲电源；所述低频高幅值脉冲电源是指高幅值脉冲电压为50～90V，电源频率为1
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104Hz～3
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104Hz，高频低幅值脉冲电源是指低幅值脉冲电压为5～50V，电源频率为3
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104Hz。
[0022]进一步的，步骤(4)中，所述工作介质为低电导率中性盐溶液，所述低电导率中性盐溶液包括基础液和添加剂，所述基础液为NaCl、NaNO3、NaClO3，K本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带式电极电火花电解复合切割沟槽结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用截面轮廓与所需要加工沟槽形状匹配的带式电极作为工具电极；(2)将带式电极穿过主动轮和辅助轮，通过辅助轮将带式电极的放电端面压紧在主动轮上；待加工的工件由工件夹具夹持；通过主动轮的引电功能将带式电极连接脉冲电源负极，待加工的工件连接脉冲电源正极；(3)带式电极以一定的张力张紧在走丝机构上，通过恒张力控制系统，调节带式电极张紧力；通过设定储丝筒电机转速，调节带式电极走丝速度，使带式电极以不同的速度沿走丝回路上运动；(4)待加工的工件与工具电极之间通入工作介质，在待加工的工件与工具电极两极之间施加脉冲波形，随后进行电火花电解复合切割，利用两极之间同步的电火花放电与电化学溶解；所述电火花电解复合切割包括带式电极沿走丝回路的回转往复运动、单向走丝运动以及待加工的工件的进给运动，实现异形沟槽的高效、高精度、无重铸层加工，并结合带式电极微米级截面轮廓可实现毫米级甚至米级长度的单一或着阵列沟槽跨尺度切割成型。2.根据权利要求1所述的一种带式电极电火花电解复合切割沟槽结构的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述带式电极为单一导电带，用以实现单个沟槽的加工；所述单一导电带是指具有一个导电截面的带式电极，所述导电截面形状与待加工的单个沟槽形状匹配。3.根据权利要求1所述的一种带式电极电火花电解复合切割沟槽结构的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述带式电极为非金属基多截面带式电极，用以实现阵列沟槽的加工；所述非金属基多截面带式电极包括非金属基底和一个以上连接于非金属基底的导电带，所述导电带之间互相绝缘；所述非金属基多截面带式电极的截面形状与阵列沟槽截面形状相匹配。4.根据权利要求2或3所述的一种带式电极电火花电解复合切割沟槽结构的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述带式电极截面特征尺度为微米级或者毫米级，带式电极长度为毫米级或者米级。5.根据权利要求2或者3所述的一种带式电极电火花电解复合切割沟槽结构的方法，其特征在于，所述带式电极包括高导电性高韧性材料，所述高导电性高韧性材料为铜、钼、铝、钨、铜钨合金、铝铜合金、钨钼合金、铬镍合金、铜锌合金、钛合金和不锈钢的一种或者几种的组合；所述带式电极材料为无镀层带式电极、镀层带式电极或者复合带式电极，所述镀层带式电极为镀锌电极或者以无氧铜为电极芯材的扩散退火型带式电极，所述复合带式电极为钢芯电极或者以高碳钢为电极芯材的钢琴带式电极；所述带式电极的制作方法为辊压成型工艺、拉伸成型工艺、机械磨削加工工艺或者激光3D打印制造工艺。6.根据权利要求1所述的一种带式电极电火花电解复合切割沟槽结构的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述恒张力控制系统包括张力传感器、检测轮和张紧力电机；所述张力传感器通过检测轮检测带式电极的恒张力，自适应控制调节张紧力电机带式电极的张紧力。7.根据权力要求1所述的一种带式电极电火花电解复合切割沟槽结构的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述脉冲电源为恒压脉冲电源或者高低压复合脉冲电源；所述高低压复合脉冲电源包括低频高幅值脉冲电源和高频低幅值脉冲电源。
8.根据权利要求1所述的一种带式电极电火花电解复合切割沟槽结构的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述带式电极走丝速度包括恒速走丝和变速走丝；变速走丝下，低速走丝是指带式电极的运动速度低于2m/s；高速走丝是指带式电极的运动速度范围为2～10m/s；所述变速走丝根据带式电极阻力传感器自适应调整走丝速度和走丝方向；步骤(4)中，不同的走丝速度匹配不同的频率幅值的脉冲波形，高速走丝匹配低频高幅值脉冲电源，低速走丝过程匹配高频低幅值脉冲电源；所述低频高幅值脉冲电源是指高幅值脉冲电压为50～90V，电源频率为1
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104Hz，高频低幅值脉冲电源是指低幅值脉冲电压为5～50V，电源频率为3
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104Hz。9.根据权利要求1所述的一种带式电极电火花电解复合切割沟槽结构的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述工作介质为低电导率中性盐溶液，所述低电导率中性盐溶液包括基础液和添加剂，所述基础液为NaCl、NaNO3、NaClO3，KCl和Na2SO4中的任意一种；所述添加剂为爆破剂、防锈剂和表面活性剂中的任意一种或者几种的组合；所述爆破剂为松香和葡萄糖中的任意一种或几种的组合；所述防锈剂为无机硼酸盐和三乙醇胺的任意一种或几种的组合；所述表面活性剂为聚乙二醇400、OP
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10、Span80和十二烷基苯磺酸钠中的任意一种或几种的组合；根据加工沟槽长度，待加工的工件与工具电极之间通入工作介质的方式为在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦，赵亮，陈超，邓信豪，王国乾，张璐杰，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：