一种游离绝缘粒子辅助电解线切割加工装置及方法与流程

本发明涉及电解加工领域，特别是涉及一种游离绝缘粒子辅助电解线切割加工装置及方法。

背景技术：

电解线切割加工技术是以金属丝或金属棒作为工具阴极，工件作为阳极通过电解液发生电化学溶解反应进行切割加工的一种特种加工方法。电解线切割加工具有阴极无损耗；适合加工高硬度合金；加工表面无重铸层、微裂纹等优点。该方法既可以加工窄缝微槽、大深宽比结构，又可以结合多轴数控运动加工复杂直纹面构件。

电解线切割加工时，电场主要分布于线电极和工件切缝之间的加工间隙内，在高电流密度作用的端面加工间隙内材料正常溶解去除；而在低电流密度作用的侧面加工间隙和切缝后方形成杂散电流，对已加工切缝表面产生二次加工，对非加工区域产生杂散腐蚀，降低了加工精度和表面质量。对于钛合金、镍基高温合金等易钝化金属和合金，低密度杂散电流引起的电解加工表面点蚀缺陷十分常见，是高表面质量加工场合迫切需要解决的问题。

为减弱或消除杂散电流影响，研究人员进行了大量探索，电解打孔、电解铣削等常规电解加工常通过在工具阴极非工作面涂覆绝缘涂层或施加辅助电极等方法抑制杂散电流的影响；微细电解加工中常用超短脉冲电源减小电流作用范围，提高加工精度。

针对电解线切割加工，由于线电极直径细小、加工切缝狭窄，辅助阳极的布置受到空间限制。受功率限制，超短脉冲电源也无法用于宏观结构的电解线切割加工。研究人员提出轴向冲液法将电解液流动范围主要限制在端面加工间隙内，从而抑制切缝后部已加工面的杂散腐蚀；但由于电解液流动沿着工件厚度方向呈发散状分布，工件切缝入口截面常呈锥形，精度较差。研究人员提出在线电极背部和处于非加工间隙的线电极部分涂附绝缘漆或安装绝缘套管，屏蔽电场；沿线电极轴向在线电极背部通气，抑制流场分布；对线电极进行表面湿润性调控，产生气膜抑制电场分布，但是上述方法为了保证线电极工作面正对进给方向，需要增加辅助装置，操作复杂。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种游离绝缘粒子辅助电解线切割加工装置及方法，以解决现有电解线切割加工方法为了保证线电极工作面正对进给方向，以抑制已加工面的杂散腐蚀以及抑制流场分布，需要增加辅助装置，导致操作复杂的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种游离绝缘粒子辅助电解线切割加工装置，包括：电解液槽、电解液、游离绝缘粒子、待加工工件、线电极以及电源；

所述电解液设于所述电解液槽内，所述游离绝缘粒子设于所述电解液中；

所述待加工工件的一端以及所述线电极的一端插入所述电解液中，所述待加工工件的另一端与所述电源的正极相连接，所述线电极的另一端与所述电源的负极相连接；

接通所述电源，随着所述线电极的移动进行电解线切割加工；在电解线切割加工过程中，所述游离绝缘粒子填充所述线电极与所述待加工工件之间的电解加工区，以实时屏蔽所述电解加工区的电场；且所述游离绝缘粒子摩擦所述线电极的表面以及所述待加工工件的表面，以提高所述电解加工区的表面质量，以及去除所述线电极表面附着的电解产物。

可选的，所述游离绝缘粒子的堆积密度为电解液密度的0.8～1.2倍。

可选的，所述游离绝缘粒子的单颗游离绝缘粒子的直径大于切缝宽度与线电极直径之差的一半，且小于所述切缝宽度。

可选的，还包括：线电极夹具；

所述线电极夹具用于夹持所述线电极。

可选的，还包括：工件夹具；

所述工件夹具用于夹持所述待加工工件。

可选的，在电解线切割加工过程中，所述线电极进行旋转运动或往复运动。

可选的，所述线电极为实心金属丝、实心金属棒或侧面开孔的金属管。

一种游离绝缘粒子辅助电解线切割加工方法，包括：

将待加工工件装夹在游离绝缘粒子辅助电解线切割加工装置上；

在电解液槽中加入游离绝缘粒子，使得所述游离绝缘粒子填充电解加工区；

将所述待加工工件的一端以及线电极的一端插入置有电解液以及所述游离绝缘粒子的电解液槽中，所述待加工工件的另一端与电源的正极相连接，所述线电极的另一端与电源的负极相连接；

接通所述电源，随着所述线电极的移动进行电解线切割加工。

可选的，所述游离绝缘粒子的堆积密度为电解液密度的0.8～1.2倍。

可选的，所述游离绝缘粒子的单颗游离绝缘粒子的直径大于切缝宽度与线电极直径之差的一半，且小于所述切缝宽度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种游离绝缘粒子辅助电解线切割加工装置及方法，通过将游离绝缘粒子加入电解槽填充线电极和待加工工件之间的电解加工区，加工时流动的绝缘粒子可以屏蔽和减弱杂散电流对已加工区的二次腐蚀，无需增加辅助装置，即可提高加工精度；同时，粒子对切缝表面具有微量摩擦作用，有利于提高表面质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的游离绝缘粒子辅助电解线切割加工装置电解线切割示意图；

图2为本发明所提供的游离绝缘粒子辅助电解线切割加工方法流程图；

图3为comsolmultiphysics仿真模拟得出的无游离绝缘粒子辅助电解线切割电流线图；

图4为comsolmultiphysics仿真模拟得出的有游离绝缘粒子辅助电解线切割电流线图；

图5为comsolmultiphysics仿真模拟得出的有粒子和无粒子线电极切缝侧壁电流密度分布图。

符号说明：1、x轴，2、电解液槽，3、电解液，4、游离绝缘粒子，5、进液管，6、z轴，7、电源，8、线电极夹具，9、线电极，10、工件夹具，11、待加工工件，12、y轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种游离绝缘粒子辅助电解线切割加工装置及方法，能够提高加工精度以及表面质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的游离绝缘粒子辅助电解线切割加工装置电解线切割示意图，如图1所示，一种游离绝缘粒子辅助电解线切割加工装置，包括：电解液槽2、电解液3、游离绝缘粒子4、待加工工件11、线电极9以及电源7；所述电解液3设于所述电解液槽2内，所述游离绝缘粒子4设于所述电解液3中；所述待加工工件11的一端以及所述线电极9的一端插入所述电解液3中，所述待加工工件11的另一端与所述电源7的正极相连接，所述线电极9的另一端与所述电源7的负极相连接；接通所述电源7，随着所述线电极9的移动进行电解线切割加工；在电解线切割加工过程中，所述游离绝缘粒子4填充所述线电极9与所述待加工工件11之间的电解加工区，以实时屏蔽所述电解加工区的电场；且所述游离绝缘粒子4摩擦所述线电极9的表面以及所述待加工工件11的表面，以提高所述电解加工区的表面质量，以及去除所述线电极9表面附着的电解产物。

作为本发明可选的一种实施方法，所述游离绝缘粒子4的堆积密度为电解液3密度的0.8～1.2倍。

作为本发明可选的一种实施方法，所述游离绝缘粒子4的单颗游离绝缘粒子4的直径大于切缝宽度与线电极9直径之差的一半，且小于所述切缝宽度。

选择堆积密度接近电解液3密度的游离绝缘粒子4，可以使其悬浮在电解液3中并能密集地压入线电极9和工件的加工区内，起到屏蔽已加工区杂散电场的作用。选择单颗直径大于(切缝宽度-电极直径)/2，小于切缝宽度的游离绝缘粒子4，可以在保证粒子绝缘效果的前提下，又不影响正常电解加工。

选择粒子的密度过大于电解液3时，粒子下沉导致流动性变差，阻碍线电极9的运动使其无法正常进给。选择粒子的密度过小于电解液3时，粒子会漂浮使其无法埋没线电极9和工件。故而选择堆积密度接近电解液3密度的游离绝缘粒子4，粒子流动性好，线电极9运动时粒子会“自主填充”，随着线电极9的移动，游离粒子持续填充线电极9后部的切缝，实时屏蔽已加工区电场，并微量摩擦已加工切缝表面和线电极9表面，提高已加工区表面质量，去除线电极9表面附着的电解产物。原则上粒子颗粒直径越小绝缘效果越好，但粒子直径小于端面加工间隙时，粒子会进入端面加工间隙，影响正常电解加工。选择单颗直径大于(切缝宽度-电极直径)/2，小于切缝宽度的游离绝缘粒子4，既可以起到很好的绝缘和微量摩擦已加工表面的效果，又可以不影响正常电解加工。

作为本发明可选的一种实施方法，本发明还包括：线电极夹具8以及工件夹具10；所述线电极夹具8用于夹持所述线电极9；所述工件夹具10用于夹持所述待加工工件11。

作为本发明可选的一种实施方法，在电解线切割加工过程中，所述线电极9进行旋转运动或往复运动。

作为本发明可选的一种实施方法，所述线电极9为实心金属丝、实心金属棒或侧面开孔的金属管。

旋转或往复运动的线电极9带动粒子在已加工表面微量摩擦，金属管线电极9通过径向冲液提高切缝内粒子的流动性。

运动起来的线电极9或径向喷液的金属管线电极9可以使切缝内粒子流动性变快，提高了粒子的“自主填充”能力，从而增强对已加工切缝的绝缘屏蔽能力，增强对已加工切缝表面和线电极9表面的摩擦能力。

作为可选的一种实施方式，本发明还包括：x轴1、y轴12、z轴6以及进液管5；

待加工工件11以及线电极9均与z轴6相互平行，将待加工工件11装夹在电解线切割装置上，调节x轴1、y轴12的相对位置与待加工工件11对刀。

图2为本发明所提供的游离绝缘粒子辅助电解线切割加工方法流程图，如图2所示，一种游离绝缘粒子辅助电解线切割加工方法，包括：

步骤201：将待加工工件11装夹在游离绝缘粒子4辅助电解线切割加工装置上。

步骤202：在电解液槽2中加入游离绝缘粒子4，使得所述游离绝缘粒子4填充电解加工区。所述游离绝缘粒子4的堆积密度为电解液3密度的0.8～1.2倍，使其悬浮于电解液3中；所述游离绝缘粒子44单颗直径大于选择单颗直径大于(切缝宽度-电极直径)/2，小于切缝宽度；

步骤203：将所述待加工工件11的一端以及线电极9的一端插入置有电解液3以及所述游离绝缘粒子4的电解液槽2中，所述待加工工件11的另一端与电源7的正极相连接，所述线电极9的另一端与电源7的负极相连接。

步骤204：接通所述电源7，随着所述线电极9的移动进行电解线切割加工。

图3为comsolmultiphysics仿真模拟得出的无游离绝缘粒子辅助电解线切割电流线图，图4为comsolmultiphysics仿真模拟得出的有游离绝缘粒子辅助电解线切割电流线图。可以直观地看出添加游离绝缘粒子4后切缝已加工侧壁的电流线骤减，即杂散电流被抑制。

图5为comsolmultiphysics仿真模拟得出的有粒子和无粒子线电极切缝侧壁电流密度分布图。表1为仿真条件示意表，仿真条件如表1所示。

表1

选择模型中工件单边侧壁绘制电流密度分布图，从图5中看出，无粒子时，侧壁0～3mm(a)间为无电流密度区；3～8mm(b)间为杂散低电流密度区；8～9mm(c)间为加工高电流密度区。有粒子时，侧壁0～6mm(a’)间为无电流密度区；6～8mm(b’)间为杂散低电流密度区；8～9mm(c’)间为加工高电流密度区。可知添加游离绝缘粒子4后杂散低电流密度区大幅缩减，并且电流密度远低于无粒子的杂散电流密度，同时加工高电流密度区电流密度大小不受影响。

本发明在加工区电解液3中加入游离绝缘粒子4填充电解线切割加工间隙，绝缘离子抑制已加工表面的二次腐蚀现象，提高电解线切割加工精度；游离粒子微量摩擦作用，改善已加工表面质量，消除线电极9表面产物附着。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。