专利名称：冷电极不对称散热电火花加工方法
技术领域：
本发明涉及ー种电火花加工的方法，尤其是一种通过強制散热降低电火花加工过程中电弧放电的发生概率，提高电火花加工效率并改善加工表面质量并能够降低工具电极的损耗的电火花加工方法，具体地说是ー种冷电极不对称散热电火花加工方法。
背景技术：
电火花放电加工是利用两电极间脉冲火花放电产生的热能，熔化、气化和抛出エ件电极材料，达到加工エ件的目的。经过半个多世纪的研究和开发，电火花加工已成为机械制造中ー种重要的加工手段，在机械、宇航、电子、仪器、轻エ、汽车等领域获得了广泛的应用。影响电火花加工效率和加工质量的因素有很多，因为电火花加工本身就是ー个热传递的过程，所以温度的影响更加显著。常规电火花加工中，主要通过工作液对エ件和工具同时进行冷却。但是，放电过程中，放电通道中心的温度最高可达Ioooo°c，通过一段时间加エ，工具电极加工端面的平均温度迅速升高，在水基工作介质中加工时，有可能使极间工作液处于沸腾状态，导致气态介质占到很大一部分比例，液态介质明显减少，因而极间介质的绝缘性能大大下降，同时工作液的冷却性能也大幅下降；在油基工作介质中加工吋，由于煤油的闪点低，容易燃烧而増大加工的危险性，且提高了煤油的温度，降低了原本散热性能就差的煤油的冷却性能，从而极易造成短路、拉弧现象，影响加工过程的稳定性，甚至可能烧伤エ件表面。
发明内容
本发明的目的是针对传统电火花加工中出现的工具电极在加工中易出现温度升高而导致损耗增加且易引发电弧放电等问题，发明一种冷电极不对称散热电火花加工方法。在加工过程中，通过对工具电极进行強制制冷，能够加速放电加工区域工具电极ー侧的热量的散发，从而降低了拉弧放电的几率，而エ件的温度基本没有改变，因此能够保证加工表面质量与效率。本发明法大大提高了工具电极的冷却效果，从而改善了极间消电离的状态，提高了电火花加工的稳定性，降低了电极损耗，提高了加工效率和加工表面质量。本发明的技术方案是
一种冷电极不对称散热电火花加工方法，其特征是以加工区域的工具电极的温度为判断依据，当电极温度达到设定范围时，通过温度控制器控制强制冷却装置运行，加大对工具电极的冷却力度。若检测到温度仍继续上升，超过设定的温度范围时，温度控制器则会控制机床电源断电、机床抬刀，等到温度降到设定温度后再控制机床通电，继续进行加工。同时为了延长每次的加工时间，在加工过程中也采取一定的措施对电极进行冷却，减缓电极温度的上升速度。该方法控制了工具电极加工时的温度，使电极附近的温度始終处于ー个较低的范围内，改善了极间消电离的状态，能够实现减少或者避免拉弧放电引起的不正常放电现象，从而在保证加工表面质量基本不变的情况下，提高加工效率、減少电极损耗，甚至使工具电极达到无损耗状态。工具电极的平均温度控制范围为20°C到80°C。对工具电极进行冷却的强制冷却装置包括内部冲液或内部冲气冷却装置、外部加散热片冷却装置、内部埋热管冷却装置或半导体制冷冷却装置。所述的内部冲液冷却装置的冲液介质包括自来水以及易挥发无毒性的物质；所述的内部冲气冷却装置的冲气介质包括空气、氮气、氨气或ニ氧化碳。所述的外部加散热片冷却装置使用的散热片的材质包括铝散热片、铜散热片、铜铝结合散热片和铁散热片。所述的内部埋热管冷却装置中使用的热管管壳采用的材料包括铜、铝、碳钢、不锈钢和合金钢；热管的形状根据电极的形状而定，可以是标准圆形，也可以是椭圆形、正方形、 矩形、扁平形、波纹管等；热管的管芯形式有烧结粉末管芯、轴向槽道式管芯和组合管芯。所述的半导体制冷冷却装置中使用的半导体材料包括ニ元固溶体、三元固溶体、P型Ag (1-X) Cu (X) Ti Te材料、N型Bi — Sb合金材料和YBaCuO超导材料。本发明的冷电极不对称散热电火花加工方法，适用于电火花成型加工、电火花铣削加工或微细电火花加工。本发明的有益效果
本发明方法简便易行，只需在原有的控制电路中增加ー个温度控制器加上一个测温装置，再配上本发明的強制冷却装置即可实现工具电极的低温运行，实现エ件与工具电极的不对称散热，不仅能提高加工质量，而且可延长工具电极的使用寿命。本发明有利于提高材料去除率并降低电极相对损耗，并提高加工的表面质量。本发明能降低拉弧放电的几率，而エ件的温度基本没有改变，因此能够保证加工表面质量与效率。本发明大大提高了工具电极的冷却效果，从而改善了极间消电离的状态，提高了电火花加工的稳定性，降低了电极损耗，提高了加工效率和加工表面质量。同时，本发明实现起来简单，成本低廉。
图1是温度控制电火花加工系统的原理图。图2是不同电极温度下加工的エ件表面。图3是不同电极温度下检测的放电波形。图4是冲液冷却电极的示意图。图5是冲气冷却电极的示意图。图6是散热片冷却电极的示意图。图7是热管冷却电极的示意图。图8是半导体冷却电极和半导体制冷原理的示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进ー步的说明。如图1-8所示。—种冷电极不对称散热电火花加工方法，它适用于电火花成型加工、电火花统削加工或微细电火花加工。其原理是在电火花放电加工过程中，对工具电极采用強制冷却的方法，提高工具电极的热量吸收能力，从而促使极间尽快消电离以维持极间处于良好的绝缘状态，減少甚至完全避免拉弧放电现象的产生，提高放电脉冲的利用率，在降低电极损耗的同时，提高了加工效率，目前行之有效的强制冷却装置有图4所示的冲液冷却、图5所示的冲气冷却、图6所示的散热片冷却、图7所示的热管冷却和图8所示的半导体冷却电极和半导体制冷装置。具体的方法是以加工区域的工具电极的平均温度为判断依据，当工具电极的平均温度达到设定范围(20°C到80°C)时，通过温度控制器控制图4-8所示的強制冷却装置运行，以加大对工具电极的冷却力度。若检测到温度仍继续上升，超过设定的温度范围时，温度控制器则会控制机床电源断电、机床抬刀，等到温度降到设定温度后再控制机床通电，继续进行加工。本发明控制了工具电极加工时的温度，使工具电极附近的温度始终处于ー个较低的范围内，改善了极间消电离的状态，能够实现减少或者避免拉弧放电引起的不正常放电现象，从而在保证加工表面质量基本不变的情况下，提高加工效率、减少电极损耗，甚至使工具电极达到无损耗状态。 根据冷却方式的不同，对工具电极进行冷却的強制冷却装置包括内部冲液冷却装置(图4)、内部冲气冷却装置(图5)、外部加散热片冷却装置(图6)、内部埋热管冷却装置(图7)和半导体制冷冷却装置(图8)。图4所示内部冲液冷却装置的冲液介质包括自来水以及易挥发无毒性的物质，图4中抽水泵将作为冷却液的工作液(如去离子水)从工作液箱中抽出，通过节流阀泵入工具电极中心的冷却腔中，换热后的工作液再通过回流管流回工作液箱中。图5所示的内部冲气冷却装置的冲气介质包括空气、氮气、氨气或ニ氧化碳，制冷气体经过安装在进气管上的节流阀后进入工具电极中，通过导热硅脂实现制冷气体与工具电极的热交换后排出，为了延长热交换时间，充分进行热交換，制冷气体输送管位于工具电极中的一段可制作成盘管状结构。图6所示的外部加散热片冷却装置使用的散热片的材质包括铝散热片、铜散热片、铜铝结合散热片和铁散热片，它通过将散热片包裹在工具电极上，并在工具电极的ー侧或周围安装散热风扇，将工具电极传递到散热片上的热量吹离散热片从而降低工具电极的温度。图7所示的内部埋热管冷却装置中使用的热管管壳采用的材料包括铜、铝、碳钢、不锈钢和合金钢；热管的形状根据电极的形状而定，可以是标准圆形，也可以是椭圆形、正方形、矩形、扁平形、波纹管等；热管的管芯形式有烧结粉末管芯、轴向槽道式管芯和组合管芯。热管的蒸发段与工具电极的发热端相接触，工具电极的热量使热管中的介质蒸发后上升到冷凝端经强制散热单散热后变成液态回流到热管的下端再次吸热，如此循环将工具电极产生的热量带走，实现工具电极的冷却。图8所示的半导体制冷冷却装置中使用的半导体材料包括ニ元固溶体、三元固溶体、P型Ag(1-X)Cu(X)Ti Te材料、N型Bi — Sb合金材料和YBaCuO超导材料。图8中半导体制冷片通过导热硅脂与工具电极的发热端相接触，冷端不断将工具电极的发热端冷却，热端的热量散空气中散发，实现半导体制倦怠。图1为本发明的控制示意图。加工过程中通过一定的措施对工具电极进行冷却。测温装置将检测到的电极邻近加工区域的温度送到温度控制器。温度控制器同时控制強制冷却装置、机床加工电源和主轴驱动电机的运动。当温度达到某ー设定范围时，通过温度控制器来控制强制冷却装置运行，加大对工具电极的冷却力度。若检测到温度仍继续上升，超过设定的温度范围时，温度控制器则会控制机床电源断电、机床抬刀，等到温度降到设定温度后再控制机床通电，继续进行加工。如此反复，直到达到加工要求为止。实例
采用表I中所示的加工エ艺參数对钛合金TC4进行电火花成形加工。分别控制电极温度为20°C、40°C和60°C。加工后的エ件如图2所示。由图可以看出，エ件加工表面的质量随着电极温度的升高越来越差，以20°C和60°C时的对比尤为明显。将这两个温度下的放电波形进行对比，如图3所示，工具电极为60°C时，加工时出现连续的电弧放电，加工变得极不稳定，エ件表面被严重烧伤，加工边缘也出现烧伤现象，而工具电极为20°C时，加工放电稳定，加工后エ件表面平整。不同温度的电极加工后的加工效率、电极相对损耗和表面粗糙度对比如表2所示，随着电极温度的升高，加工效率降低，电极相对损耗上升，表面粗糙度值越来越大。表I是本发明实施例的钛合金TC4电火花成型加工エ艺条件
权利要求
1.一种冷电极不对称散热电火花加工方法，其特征是在电火花放电加工过程中，对工具电极采用强制冷却，以提高工具电极的热量吸收能力，促使极间尽快消电离以维持极间处于良好的绝缘状态；它通过在电火花加工过程中检测工具电极加工区域的平均温度，当平均温度超过设定范围时，通过温度控制器来控制强制冷却装置运行，加大对工具电极的冷却力度使之始终工作在设定的温度范围内，如果强制冷却装置运行时，检测到的温度仍继续上升并超过设定的温度范围时，温度控制器则会控制机床电源断电、机床抬刀，直到工具电极加工区域的温度降到设定温度后再控制机床通电，继续进行加工。
2.根据权利要求1所述的冷电极不对称散热电火花加工方法，其特征在于工具电极的平均温度控制范围为20°C到80°C。
3.根据权利要求1所述的冷电极不对称散热电火花加工方法，其特征在于对工具电极进行冷却的强制冷却装置包括内部冲液或内部冲气冷却装置、外部加散热片冷却装置、内部埋热管冷却装置或半导体制冷冷却装置。
4.根据权利要求3所述的冷电极不对称散热电火花加工方法，其特征在于所述的内部冲液冷却装置的冲液介质包括自来水以及易挥发无毒性的物质；所述的内部冲气冷却装置的冲气介质包括空气、氮气、氨气或二氧化碳。
5.根据权利要求3所述的冷电极不对称散热电火花加工方法，其特征在于所述的外部加散热片冷却装置使用的散热片的材质包括铝散热片、铜散热片、铜铝结合散热片和铁散热片。
6.根据权利要求3所述的冷电极不对称散热电火花加工方法，其特征在于所述的内部埋热管冷却装置中使用的热管管壳采用的材料包括铜、铝、碳钢、不锈钢和合金钢；热管的形状根据电极的形状而定，可以是标准圆形，也可以是椭圆形、正方形、矩形、扁平形、波纹管等；热管的管芯形式有烧结粉末管芯、轴向槽道式管芯和组合管芯。
7.根据权利要求3所述的一种使用冷电极进行电火花加工的方法，其特征在于所述的半导体制冷冷却装置中使用的半导体材料包括二元固溶体、三元固溶体、P型Ag(1-X)Cu (X) Ti Te材料、N型Bi — Sb合金材料和YBaCuO超导材料。
8.—种冷电极不对称散热电火花加工方法,其特征在于它适用于电火花成型加工、电火花铣削加工或微细电火花加工。
全文摘要
一种冷电极不对称散热电火花加工方法，其特征是在电火花放电加工过程中，对工具电极采用强制冷却的方法，提高工具电极的热量吸收能力，从而促使极间尽快消电离以维持极间处于良好的绝缘状态，减少甚至完全避免拉弧放电现象的产生，提高放电脉冲的利用率，在降低电极损耗的同时，提高了加工效率。同时，由于只对工具电极进行强制冷却，工件在放电过程中的温度并不变，因此能够保证单个脉冲放电时工件的蚀除量不变，即保证工件加工后的表面质量。
文档编号B23H1/04GK103008805SQ20121054119
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者刘志东, 邱明波, 田宗军, 沈理达 申请人:南京航空航天大学