專利名稱：微尺度脈沖電解射流加工系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種微尺度脈沖電解射流加工系統(tǒng)，屬于電解 加工技術(shù)領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
隨著精密器械產(chǎn)品朝著高性能、高可靠性以及集成化的方向快速發(fā)展，在產(chǎn)品零 件中出現(xiàn)了大量形狀各異的微結(jié)構(gòu)，對于航空航天、精密器械產(chǎn)品中廣泛存在的尺寸在 ΙΟΟμπι 1.5mm之間的微細孔、窄槽、細縫、微型凹坑、微細刻痕等微結(jié)構(gòu)的加工，目前已經(jīng) 發(fā)展了多種微尺度加工方法，主要有微細切削加工技術(shù)和微細特種加工技術(shù)，其中微細特 種加工技術(shù)占據(jù)主導(dǎo)地位，主要包括微細電火花加工、微細電解加工、激光加工、LIGA技術(shù)、 電子束加工、離子束加工以及它們的復(fù)合、組合加工。每一種制造技術(shù)都有其顯著的優(yōu)點， 也有其自身的局限性，例如電子束加工、離子束加工易于實現(xiàn)超精密微細加工，加工精度 高，而且由于加工是在真空中進行，加工表面質(zhì)量也好，但加工成本較高；LIGA技術(shù)能夠制 造出深寬比大于500、表面粗糙度在亞微米范圍的三維立體金屬微結(jié)構(gòu)，倍受當今研究人員 關(guān)注，但其必須使用高強度、高準直度的X射線光源和特制的掩模板，成本極高，且很難用 于斜面、階梯面、自由曲面的微結(jié)構(gòu)件加工，同時由于LIGA技術(shù)采用電鑄工藝，能被其加工 的金屬零件材料種類也受到限制，一般為鎳和銅，因此在工業(yè)應(yīng)用中也受到限制。而激光微 細加工、微細電火花加工近些年來雖都取得了顯著進展，易于實現(xiàn)加工過程自動化，對于特 殊微結(jié)構(gòu)和難切削材料零件的加工極為有利，但由于受加工原理的制約，加工表面容易產(chǎn) 生微裂紋、殘余應(yīng)力和變質(zhì)層，由此影響了零件使用的可靠性，從而限制了該技術(shù)在某些產(chǎn) 品中的應(yīng)用，為使加工后不產(chǎn)生表面缺陷，人們對改進工藝條件、優(yōu)選工藝參數(shù)作了許多努 力，但至今仍未能從根本上解決問題。電解加工，特別是電液束(或稱電射流)小孔加工， 效率較高、而且是公認的“三無”(無再鑄層、無殘余應(yīng)力、無微裂紋)加工技術(shù)，美國、英國、 俄羅斯等早已成熟應(yīng)用于航空發(fā)動機葉片等零件的小孔加工，我國近幾年來也開始得到應(yīng) 用，比較成功地解決了再鑄層問題。加工過程中，被加工件接正極，在呈收斂形狀的絕緣玻 璃管噴嘴中有一金屬絲或金屬管接負極，在正、負極間加100 1000V高壓直流電，小流量 耐酸高壓泵將凈化了的電解液壓入導(dǎo)電密封頭進入玻璃管電極中，被“負極化，，后，高速射 向加工工件的待加工部位，進行“切削”加工。但其加工中使用的玻璃噴嘴容易碎裂，影響 了加工的穩(wěn)定性，另外，玻璃管噴嘴的設(shè)計制造極其復(fù)雜，無形中增加了工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)成 本。
三
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、加工精度高的微尺度脈沖 電解射流加工系統(tǒng)。一種微尺度脈沖電解射流加工系統(tǒng)，包括高壓脈沖電源、電解液射流噴射裝置、電 解液循環(huán)過濾系統(tǒng)、工件安裝固定及工作臺運動控制系統(tǒng)，其特征在于上述電解射流噴射 裝置包括具有圓柱形腔體的噴射裝置殼體、安裝于噴射裝置殼體底部的噴嘴、安裝于噴射裝置殼體內(nèi)的濾芯體、以及包裹在濾芯體外圓柱面上的濾網(wǎng)，濾芯體將噴射裝置殼體的圓 柱形腔體分成了兩部分，介于噴射裝置殼體和濾芯體之間的環(huán)形腔為外腔體，濾芯體和噴 嘴形成的圓柱形腔體為內(nèi)腔體；電解液僅能通過設(shè)置于噴射裝置殼體上的進液口進入外腔 體，然后再經(jīng)濾網(wǎng)從均布于濾芯體上的眾多小孔中進入內(nèi)腔體，最后經(jīng)噴嘴射向工件的待 加工部位；上述噴射裝置殼體通過絕緣安裝座與Z向進給軸相連；上述噴射裝置殼體、噴 嘴、濾芯體、工件安裝夾具均為金屬導(dǎo)電材料，其中噴射裝置殼體和噴嘴的外露部分經(jīng)絕緣 處理，高壓脈沖電源的正極通過工件安裝夾具與工件相連，負極與濾芯體相連。一種利用上述的脈沖電解射流加工系統(tǒng)的脈沖電解射流加工方法，其特征在于 加工過程中電解液在液壓泵的作用下，經(jīng)過兩級過濾器后從進液連接件進入噴射裝置殼體 與濾芯體形成的外腔體中，充滿外腔體后通過濾網(wǎng)進入濾芯體和噴嘴形成的內(nèi)腔體中，在 高壓脈沖電源作用下被充分“負極化”后從噴嘴高速射向工件的待加工部位，在噴射點處產(chǎn) 生電化學(xué)陽極溶解去除材料。電解液噴射裝置采用不進給或小于等于初始間隙的微量經(jīng)給 的方式，結(jié)合借助機床工作臺和Z向進給軸的數(shù)控運動，從而實現(xiàn)小孔、窄槽、微凹坑等微 結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)高效加工。有益效果本實用新型中的電解射流加工系統(tǒng)是實現(xiàn)微尺度脈沖電解射流加工工 藝而專門設(shè)計的，包括高壓脈沖電源、電解射流噴射裝置、電解液循環(huán)過濾系統(tǒng)、工件安裝 固定及工作臺運動控制系統(tǒng)。其中電解液噴射裝置是實現(xiàn)電解液在形成噴射液束前對電解 液進行過濾、消除由液壓泵等壓力元件引起的脈動現(xiàn)象、充分“負極化”的關(guān)鍵，其關(guān)鍵結(jié)構(gòu) 是噴射裝置內(nèi)濾芯體的創(chuàng)新設(shè)計，濾芯體和噴嘴都采用了金屬材料(如黃銅材料)進行制 造，導(dǎo)電性能好，加工過程中電解液充滿整個濾芯體的內(nèi)腔體，在高壓脈沖電源作用下能夠 使電解液被充分“負極化”，且由于濾芯體將噴射裝置殼體的腔體分成了內(nèi)腔體和外腔體， 濾網(wǎng)的存在使得內(nèi)外腔體間電解液流動需要克服較大阻力，能有效對電解液過濾并減輕、 甚至消除脈動現(xiàn)象，使電解液通過噴嘴后能夠形成穩(wěn)定的電解液射流束，并具有加工需要 的破碎長度，使得加工時噴嘴和工件能夠保持一定的初始間隙，在加工進行時在Z軸帶動 下，噴射裝置可做小于初始間隙的進給運動，而噴嘴并不深入加工區(qū)域就能夠提高電解射 流加工的深徑比，從而可借助工作臺的平面運動實現(xiàn)小孔、窄槽、刻線、凹坑等各種微結(jié)構(gòu) 的高質(zhì)量加工，提高電解射流加工的柔性。由于整個噴射裝置采用了金屬材料、外表面并噴 涂了絕緣漆，使得能夠避免電液束小孔加工中玻璃噴嘴容易破碎的現(xiàn)象，從而提高加工過 程的穩(wěn)定性。另外，高壓脈沖電源的使用也能夠在一定程度上提高電解射流加工的定域性， 從而提高加工精度。整個電解射流加工裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用方面，結(jié)合電解射流加工工 藝，可望實現(xiàn)各種微結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)高效加工，具有重要應(yīng)用前景。
四
圖1是本實用新型的脈沖電解射流加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的脈沖電解射流加工裝置系統(tǒng)圖。圖中標號名稱1、進液連接件，2、Z向進給軸，3、絕緣安裝座，4、堵頭，5、密封墊 圈，6、濾芯體，7、濾網(wǎng)，8、噴射裝置殼體，9、噴嘴，10、電解射流噴射裝置，11、工作箱，12、工 件，13、工件安裝夾具，14、X、Y雙向進給工作臺，15、回液管，16、電解液槽，17、一級過濾器， 18、溢流調(diào)壓閥，19、液壓泵，20、球閥，21、液壓表，22、二級過濾器，23、高壓脈沖電源。五具體實施方式
實現(xiàn)本實用新型所述微尺度電解射流加工工藝的裝置包括高壓脈沖電源、電解射 流噴射裝置、電解液循環(huán)過濾系統(tǒng)、工件安裝固定及工作臺運動控制系統(tǒng)。加工系統(tǒng)中的電解液循環(huán)過濾系統(tǒng)，包括過一級過濾器17、二級過濾器22、溢流 調(diào)壓閥18、液壓泵19、球閥20、進液連接件1、工作箱11、回液管15和電解液槽16。加工時 電解液在液壓泵19的作用下通過一級過濾器17、溢流調(diào)壓閥18、球閥20、二級過濾器21， 經(jīng)進液連接件23進入電解射流噴射裝置10中，然后通過噴嘴9高速射向工件的待加工表 面，加工后的電解液匯入工作箱11底部，經(jīng)由回液管15回流至電解液槽16供循環(huán)利用。加 工過程中電解液壓力和流量通過溢流調(diào)壓閥18和球閥20調(diào)節(jié)，電解液壓力變化情況通過 液壓表21顯示。加工系統(tǒng)中的高壓電解液射流噴射裝置包括絕緣安裝座3，堵頭4，密封墊圈5，濾 芯體6，濾網(wǎng)7，噴射裝置殼體8，噴嘴9。電解液經(jīng)進液連接件23進入濾芯體6與噴射裝置 體8形成的環(huán)形外腔體中，充滿外腔體后，在壓力作用下透過 濾網(wǎng)7進入濾芯體6的內(nèi)腔 體，經(jīng)噴嘴9高速射向工件的待加工表面。噴嘴9和濾芯體6均采用導(dǎo)電性能良好的黃銅材 料制造，噴嘴9安裝在噴射裝置殼體8底部內(nèi)壁的圓柱形凹槽內(nèi)，濾芯體6壓在噴嘴9上對 噴嘴進行Z向固定，脈沖直流電源23負極與噴射裝置中的濾芯體6相連，這樣由濾芯體和 噴嘴形成的內(nèi)腔體都帶有負電，使得電解液在其中能夠被充分“負極化”。濾芯體的創(chuàng)新設(shè) 計，使得電解液不僅能夠被再次過濾，還能夠進一步消除由于液壓泵等壓力器件引起的脈 動現(xiàn)象，獨特的金屬噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計既能夠保證電解液射流束具有滿足加工要求的穩(wěn)定破碎 長度，且在加工過程中不會出現(xiàn)噴嘴破裂現(xiàn)象，大大提高加工穩(wěn)定性。噴射裝置體的外表面 噴涂有絕緣層以保證整個噴射裝置的整體絕緣，使得在加工過程中避免短路、放電等情況， 提高了加工的安全性。加工系統(tǒng)中的工件安裝固定及工作臺運動控制系統(tǒng)包括Z向進給軸2、工件12、工 件安裝夾具13及X，Y雙向進給工作臺14。工件12通過工件安裝夾具13與高壓脈沖電源 23正極相連，與噴射裝置殼8體之間存在高壓脈沖直流電場，負極化后的電解液射流在高 壓脈沖直流電場作用下在工件待加工表面產(chǎn)生電化學(xué)陽極溶解去除材料。工件12與噴嘴9 之間存在初始加工間隙，電解射流噴射裝置10通過絕緣安裝座3與Z向進給軸2相連，隨 加工的進行可通過控制Z向進給軸2向工件12做小于初始間隙的微量進給以增加深徑比。 工件12及工件安裝夾具13固定于X，Y雙向進給工作臺14上，通過控制X，Y雙向進給工作 臺14可在工件上加工出窄槽、刻線等微結(jié)構(gòu)。本實用新型所述微尺度電解射流加工工藝方法是利用上述電解射流加工系統(tǒng)，將 高壓脈沖電源23的正極接工件安裝夾具13上，使工件帶正電，將脈沖電源23的負極接濾 芯體6上，使濾芯體6和噴嘴9帶負電，從而使得電解液在液壓泵19的作用下經(jīng)進液連接 件1進入噴射裝置10后能夠被充分“負極化”，經(jīng)過噴嘴9后形成具有穩(wěn)定破碎長度的電解 液射流束，射向工件12的待加工部位，基于電化學(xué)陽極溶解原理去除金屬材料，借助機床 工作臺14和Z向進給軸2的數(shù)控運動，可實現(xiàn)高表面質(zhì)量的小孔、窄槽、微凹坑等微結(jié)構(gòu)的 加工?；诒緦嵱眯滦图庸は到y(tǒng)的微尺度脈沖電解射流加工工藝具有加工穩(wěn)定高、表面質(zhì) 量好、加工精度高的特點。[0015] 如圖1所示，噴射裝置殼體8底部內(nèi)壁上設(shè)有安放噴嘴9的圓柱形凹槽，噴嘴9安 裝于該凹槽內(nèi)，軸向通過濾芯體6壓緊固定，這樣噴射裝置殼體8充當了噴嘴9的安裝座， 濾芯體6充當了壓緊元件，結(jié)構(gòu)簡單，由于噴嘴9是安裝在噴射裝置殼體8的內(nèi)壁 ，容易防 止漏水現(xiàn)象，密封性較好。
權(quán)利要求一種微尺度脈沖電解射流加工系統(tǒng)，包括高壓脈沖電源、電解液射流噴射裝置、電解液循環(huán)過濾系統(tǒng)、工件安裝固定及工作臺運動控制系統(tǒng)，其特征在于上述電解射流噴射裝置包括具有圓柱形腔體的噴射裝置殼體(8)、安裝于噴射裝置殼體底部的噴嘴(9)、安裝于噴射裝置殼體(8)內(nèi)的濾芯體(6)、以及包裹在濾芯體外圓柱面上的濾網(wǎng)(7)，濾芯體(6)將噴射裝置殼體的圓柱形腔體分成了兩部分，介于噴射裝置殼體(8)和濾芯體(6)之間的環(huán)形腔為外腔體，濾芯體(6)和噴嘴(9)形成的圓柱形腔體為內(nèi)腔體；電解液僅能通過設(shè)置于噴射裝置殼體(8)上的進液口進入外腔體，然后再經(jīng)濾網(wǎng)(7)從均布于濾芯體(6)上的眾多小孔中進入內(nèi)腔體，最后經(jīng)噴嘴(9)射向工件(12)的待加工部位；上述噴射裝置殼體(8)通過絕緣安裝座(3)與Z向進給軸(2)相連；上述噴射裝置殼體(8)、噴嘴(9)、濾芯體(6)、工件安裝夾具(13)均為金屬導(dǎo)電材料，其中噴射裝置殼體(8)和噴嘴(9)的外露部分經(jīng)絕緣處理，高壓脈沖電源(23)的正極通過工件安裝夾具(13)與工件(12)相連，負極與濾芯體(6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微尺度脈沖電解射流加工系統(tǒng)，其特征在于噴射裝置殼體 (8)底部內(nèi)壁上設(shè)有安放噴嘴(9)的圓柱形凹槽，噴嘴(9)安裝于該凹槽內(nèi)，軸向通過濾芯 體(6)壓緊固定。
專利摘要本實用新型涉及一種微尺度脈沖電解射流加工系統(tǒng)，屬于電解加工技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括脈沖直流電源、電解液射流噴射裝置、電解液循環(huán)過濾系統(tǒng)、工件安裝固定及工作臺運動控制系統(tǒng)；其中電解液噴射裝置內(nèi)濾芯體和噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并采用金屬材料制作，使得不僅能夠提高過濾效果、消除電解液脈動現(xiàn)象，還使得電解液在高壓脈沖直流電場作用下能被充分“負極化”，而后以高速流的形式，射向加工工件的待加工部位，在噴射點上產(chǎn)生電化學(xué)陽極溶解，借助機床工作臺的數(shù)控運動，從而實現(xiàn)小孔、窄槽、微凹坑等微結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)高效加工。
文檔編號B23H3/00GK201586806SQ200920234710
公開日2010年9月22日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者余毅權(quán), 張立鑫, 徐坤, 文碩, 趙建社, 黃巍 申請人:南京航空航天大學(xué)