本发明专利技术涉及一种大气压冷等离子体射流电火花加工的装置，属于机械加工及工具领域。此装置以基于冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生装置生成的冷离子体射流与同轴高速射流的混合介质作为电火花加工介质。加工前，将工件、工具电极与脉冲发生器的对应极性相连，调整冷等离子体射流发生器和同轴高速气流喷嘴的位置，使电极端部、工件待加工区域，完全浸没在混合介质中。本发明专利技术提出了一种大气压冷等离子体射流电火花加工的装置，可在同样的加工条件下，获得比纯冷等离子体射流中更高的材料去除率，比氮气射流和高速空气射流的混合介质中更好的加工质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种提高大气压冷等离子体射流中电火花加工效率的方法及其装置，属于机械加工及工具领域。
技术介绍
加工介质对电火花加工的效率、质量、成本以及环境等方面具有重要的影响。电火花加工油和去离子自水等液体介质是目前电火花常用的加工介质，液中电火花加工的通病是电极损耗较大。此外，用电火花加工油作为工作液，存在着火灾隐患，加工中分解的气体对环境有污染，加工完成之后，还需使用丙酮等有机溶剂对工件进行清洗。若以去离子水作为工作液，可以获得较大的放电间隙和较高的加工速度，但水作为工作液时加工中杂散腐蚀严重，会直接影响到加工精度。1997年，有学者提出了气中电火花加工，即以压缩气体作为加工介质，其优点在于电极损耗率低。但加工中短路率非常高(KUNIEDAM,YOSHIDAM,TANIGUCHIN1997.ElectricalDischargeMachininginGas.CIRPAnnals-ManufacturingTechnology[J],46:143-146.)。并且，该介质中电火花加工的所用工具电极多为管状电极。但在加工微细结构或特征时，工具电极的直径通常在100μm以下，一般需要在线制作，在线制造出外径低于100μm的管状电极非常困难，即使可以在线制备，由于微小孔的节流效应，也难以通过直径低于100μm的微孔向加工间隙中通入足够加工所用的气流，这使得利用内喷气的方式进行气中电火花微细结构加工较难实现。其后，虽有学者采用外部通气的方式，进行气中电火花微孔加工研究，但效果欠佳，加工中短路率高，电极损耗严重(超过30％)(LILQ,ZHUGZ2011.InvestigateonMicro-EDMinAir(dryMEDM)byExternalBlowingModeBasedonRCPulseGenerator[J]AdvancedMaterialsResearch317-319:334-340.)。将大气压下冷等离子体射流喷至电极与工件之间作为加工介质，可以获得与液中、气中电火花加工均不同的加工效果。申请号为201610874299.2的专利技术专利介绍了一种基于冷等离子体射流的电火花加工方法。使用该方法加工时，极间状态、加工效率与工作气体流量息息相关，要获得较好的极间状态和较高的加工效率需要使用较大流量的高纯气体以去除加工中产生的电蚀产物，但若仅仅依靠用以产生冷等离子体射流的高纯气体，则成本甚高。因此可以采用其他辅助措施帮助去除电蚀产物，而关于这方面的相关研究，至今未见报道。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种提高大气压冷等离子体射流中电火花加工效率的方法，该方法设备简单、成本低廉、对环境没损害，是一种可持续制造方法。一种提高大气压冷等离子体射流中电火花加工效率的方法利用同轴高速射流与冷等离子体射流组成的混合介质作为电火花加工介质，同轴高速射流的引入可以增大介质流量，加速电蚀产物的排出，从而改善极间状态，提高其加工效率。本专利技术还提供了一种用于产生所述混合介质的装置，该装置结构简单、成本低廉、操作方便，使用安全可靠。本专利技术的技术方案：一种提高大气压冷等离子体射流中电火花加工效率的装置，在电火花加工机床基础上，增设冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生装置；所述的冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生装置包括冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件9、第一号气体质量流量控制器14、第一号减压阀15、高纯工作气源16、第二号气体质量流量控制器17、第二号减压阀18、高压气源19、高压电源20和万向固定支架21；高纯工作气源16依次经第一号减压阀15和第一号气体质量流量控制器14进入冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件9，再利用高压电源20对冷等离子体射流与同轴高速射流复发生组件9输入电压即生成冷等离子体射流10；高压气源19则依次经第二号减压阀18和第二号气体质量流量控制器17进入冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件9生成同轴高速射流；冷等离子体射流10与同轴高速射流的混合即为混合介质11；通过万向固定支架21将冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件9固定到电火花加工机床上，并利用其调节位置；冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件9，包括同轴高速射流喷嘴9-1、密封堵头9-2、端盖9-3、喷嘴中筒9-4、针电极9-5、绝缘喷嘴9-6和放电喷嘴9-7；喷嘴中筒9-4为圆筒结构，其中轴线上设有一个盲孔，用来安装针电极9-5，为了保证二者的同轴度和使用过程中针电极9-5不会滑落，二者间选用偏紧的过渡配合或过盈量较小的过盈配合；在此盲孔周围还均布有数个平行于喷嘴中筒9-4中轴线的通孔，用来通入高纯工作气体；喷嘴中筒9-4还设有垂直于其中轴线的通孔，该通孔不仅可以通过金属顶丝等配件将高压电源20的高压输出线与针电极9-5相连，还可以对针电极9-5进行进一步的固定与夹紧；喷嘴中筒9-4的前端设有内螺纹，后端设有外螺纹，前端的内螺纹与放电喷嘴9-7的外螺纹配合安装，放电喷嘴9-7是中空的回转体，为了对气流产生压缩作用，放电喷嘴9-7前端的内表面为圆锥面，前端的中心处有一通孔，作为放电喷嘴9-7的出口，喷射出等离子体射流10，安装时保证针电极9-5与放电喷嘴9-7的出口同轴，以保证产生稳定、均匀的冷等离子体射流；喷嘴中筒9-4后端的外螺纹则与端盖9-3前端的螺纹孔配合连接；端盖9-3为一个中空的圆筒状结构，其后端设有螺纹孔，后端的螺纹孔与第一号气体质量流量控制器14出口用气管及其配套接头相连；端盖9-3除了前后端各自的螺纹孔外，其还设有外螺纹与密封堵头9-2后端的螺纹孔连接固定；密封堵头9-2同样是中空的回转体结构，其前端的螺纹孔与绝缘喷嘴9-6的外螺纹连接，绝缘喷嘴9-6的结构与放电喷嘴9-7类似，其前端亦有一个位于中轴线上的通孔，用来确保不影响等离子体射流10的正常喷出，安装时保证该通孔与放电喷嘴9-7的出口同轴，同时为了保证密封性，安装绝缘喷嘴9-6时要旋转螺纹至其与放电喷嘴9-7接触；密封堵头9-2还设有2个与其中心轴线平行的走线槽，用以排布与针电极9-5相连的高压电源线和与放电喷嘴9-7相连的低压电源线；密封堵头9-2的外螺纹与同轴高速射流喷嘴9-1末端的螺纹孔配合安装；同轴高速射流喷嘴9-1位于冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件9的最外围，其结构也与放电喷嘴9-7类似，也是中空的回转体结构；同轴高速射流喷嘴9-1中后端的内表面是圆柱面，前端的内表面是圆锥面，为了可以喷射出混合介质11或纯等离子体射流10，前端同样开设有位于中心轴线上的通孔，安装完成后该通孔应与放电喷嘴9-7的出口及绝缘喷嘴9-6的出口同轴；同轴高速射流喷嘴9-1的侧面还有一个垂直于其中心轴线的通孔，通过气管和配套的接头与第二号气体质量流量控制器17的出口相连，用于通入同轴的高压气体。同轴高速射流喷嘴9-1、密封堵头9-2和端盖9-3对材料无特殊要求，采用可加工性好的材料即可，为了降低成本、减轻自重，一般选用常见的聚四氟乙烯、PMMA、尼龙等非金属材料。针电极9-5要求材料导电性好、熔点高、耐热腐蚀性好，比如：钨棒、碳化钨等金属材料。喷嘴中筒9-4和绝缘喷嘴9-6要求材料绝缘性良好，并且在温度超过200℃时绝缘性能不会明显下降，因本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高大气压冷等离子体射流中电火花加工效率的装置，其特征在于，在电火花加工机床基础上，增设冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生装置；所述的冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生装置包括冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件(9)、第一号气体质量流量控制器(14)、第一号减压阀(15)、高纯工作气源(16)、第二号气体质量流量控制器(17)、第二号减压阀(18)、高压气源(19)、高压电源(20)和万向固定支架(21)；高纯工作气源(16)依次经第一号减压阀(15)和第一号气体质量流量控制器(14)进入冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件(9)，再利用高压电源(20)对冷等离子体射流与同轴高速射流复发生组件(9)输入电压即生成冷等离子体射流(10)；高压气源(19)则依次经第二号减压阀(18)和第二号气体质量流量控制器(17)进入冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件(9)生成同轴高速射流；冷等离子体射流(10)与同轴高速射流的混合即为混合介质(11)；通过万向固定支架(21)将冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件(9)固定到电火花加工机床上，并利用其调节位置；冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件(9)，包括同轴高速射流喷嘴(9‑1)、密封堵头(9‑2)、端盖(9‑3)、喷嘴中筒(9‑4)、针电极(9‑5)、绝缘喷嘴(9‑6)和放电喷嘴(9‑7)；喷嘴中筒(9‑4)为圆筒结构，其中轴线上设有一个盲孔，用来安装针电极(9‑5)，为了保证二者的同轴度和使用过程中针电极(9‑5)不会滑落，二者间选用偏紧的过渡配合或过盈量较小的过盈配合；在此盲孔周围还均布有数个平行于喷嘴中筒(9‑4)中轴线的通孔，用来通入高纯工作气体；喷嘴中筒(9‑4)还设有垂直于其中轴线的通孔，该通孔不仅用于通过金属顶丝配件将高压电源(20)的高压输出线与针电极(9‑5)相连，还对针电极(9‑5)进行进一步的固定与夹紧；喷嘴中筒(9‑4)的前端设有内螺纹，后端设有外螺纹，前端的内螺纹与放电喷嘴(9‑7)的外螺纹配合安装，放电喷嘴(9‑7)是中空的回转体，为了对气流产生压缩作用，放电喷嘴(9‑7)前端的内表面为圆锥面，前端的中心处有一通孔，作为放电喷嘴(9‑7)的出口，喷射出冷等离子体射流(10)，安装时保证针电极(9‑5)与放电喷嘴(9‑7)的出口同轴，以保证产生稳定、均匀的冷等离子体射流(10)；喷嘴中筒(9‑4)后端的外螺纹则与端盖(9‑3)前端的螺纹孔配合连接；端盖(9‑3)为一个中空的圆筒状结构，其后端设有螺纹孔，后端的螺纹孔与第一号气体质量流量控制器(14)出口用气管及其配套接头相连；端盖(9‑3)除了前后端各自的螺纹孔外，其还设有外螺纹与密封堵头(9‑2)后端的螺纹孔连接固定；密封堵头(9‑2)同样是中空的回转体结构，其前端的螺纹孔与绝缘喷嘴(9‑6)的外螺纹连接，绝缘喷嘴(9‑6)的结构与放电喷嘴(9‑7)相同，其前端亦有一个位于中轴线上的通孔，用来确保不影响冷等离子体射流(10)的正常喷出，安装时保证该通孔与放电喷嘴(9‑7)的出口同轴，同时为了保证密封性，安装绝缘喷嘴(9‑6)时要旋转螺纹至其与放电喷嘴(9‑7)接触；密封堵头(9‑2)还设有2个与其中心轴线平行的走线槽，用以排布与针电极(9‑5)相连的高压电源线和与放电喷嘴(9‑7)相连的低压电源线；密封堵头(9‑2)的外螺纹与同轴高速射流喷嘴(9‑1)末端的螺纹孔配合安装；同轴高速射流喷嘴(9‑1)位于冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件(9)的最外围，其结构也与放电喷嘴(9‑7)相同，也是中空的回转体结构；同轴高速射流喷嘴(9‑1)中后端的内表面是圆柱面，前端的内表面是圆锥面，为了喷射出混合介质(11)或纯冷等离子体射流(10)，前端同样开设有位于中心轴线上的通孔，安装完成后该通孔应与放电喷嘴(9‑7)的出口及绝缘喷嘴(9‑6)的出口同轴；同轴高速射流喷嘴(9‑1)的侧面还有一个垂直于其中心轴线的通孔，通过气管和配套的接头与第二号气体质量流量控制器(17)的出口相连，用于通入同轴的高压气体。...
【技术特征摘要】
1.一种提高大气压冷等离子体射流中电火花加工效率的装置，其特征在于，在电火花加工机床基础上，增设冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生装置；所述的冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生装置包括冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件(9)、第一号气体质量流量控制器(14)、第一号减压阀(15)、高纯工作气源(16)、第二号气体质量流量控制器(17)、第二号减压阀(18)、高压气源(19)、高压电源(20)和万向固定支架(21)；高纯工作气源(16)依次经第一号减压阀(15)和第一号气体质量流量控制器(14)进入冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件(9)，再利用高压电源(20)对冷等离子体射流与同轴高速射流复发生组件(9)输入电压即生成冷等离子体射流(10)；高压气源(19)则依次经第二号减压阀(18)和第二号气体质量流量控制器(17)进入冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件(9)生成同轴高速射流；冷等离子体射流(10)与同轴高速射流的混合即为混合介质(11)；通过万向固定支架(21)将冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件(9)固定到电火花加工机床上，并利用其调节位置；冷等离子体射流与同轴高速射流复合发生组件(9)，包括同轴高速射流喷嘴(9-1)、密封堵头(9-2)、端盖(9-3)、喷嘴中筒(9-4)、针电极(9-5)、绝缘喷嘴(9-6)和放电喷嘴(9-7)；喷嘴中筒(9-4)为圆筒结构，其中轴线上设有一个盲孔，用来安装针电极(9-5)，为了保证二者的同轴度和使用过程中针电极(9-5)不会滑落，二者间选用偏紧的过渡配合或过盈量较小的过盈配合；在此盲孔周围还均布有数个平行于喷嘴中筒(9-4)中轴线的通孔，用来通入高纯工作气体；喷嘴中筒(9-4)还设有垂直于其中轴线的通孔，该通孔不仅用于通过金属顶丝配件将高压电源(20)的高压输出线与针电极(9-5)相连，还对针电极(9-5)进行进一步的固定与夹紧；喷嘴中筒(9-4)的前端设有内螺纹，后端设有外螺纹，前端的内螺纹与放电喷嘴(9-7)的外螺纹配合安装，放电喷嘴(9-7)是中空的回转体，为了对气流产生压缩作用，放电喷嘴(9-7)前端的内表面为圆锥面，前端的中心处有一通孔，作为放电喷嘴(9-7)的出口，喷射出冷等离子体射流(10)，安装时保证针电极(9-5)与放电喷嘴(9-7)的出口同轴，以保证产生稳定、均匀的冷等离子体射流(10)；喷嘴中筒(9-4)后端的外螺纹则与端盖(9-3)前端的螺纹孔配合连接；端盖(9-3)为一个中空的圆筒状结构，其后端设有螺纹孔，后端的螺纹孔与第一号气体质量流量控制器(14)出口用气管及其配套接头相连；端盖(9-3)除了前后端各自的螺纹孔外，其还设有外螺纹与密封堵头(9-2)后端的螺纹孔连接固定；...
【专利技术属性】
技术研发人员：余祖元，邹日貌，晏成洋，李剑中，刘新，徐文骥，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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