一种具有液体背衬的电火花-电解复合加工微小孔方法技术

本发明专利技术公开了一种具有液体背衬的电火花‑电解复合加工微小孔方法，属于特种加工的领域。本发明专利技术特征在于：在工件空心内部或工件背面垂直于加工方向通入辅助液体，形成液体背衬，通过调节液体背衬的液流方向或压力实现不同效果。通入辅助液体存在两种方式，即单向液流方式或双向液流方式；其中单向液流方式是指辅助液体从一侧流入从另一侧流出，其中两侧压力不同；其中双向液流方式是指辅助液体从两侧流入，其中两侧压力相同；本发明专利技术利用液体背衬可实现无重铸层、小锥度、高精度、高稳定性的微小孔加工。

【技术实现步骤摘要】
一种具有液体背衬的电火花-电解复合加工微小孔方法
本专利技术涉及微小孔加工方法，属于特种加工的领域，具体涉及一种具有液体背衬的电火花-电解复合加工微小孔方法。
技术介绍
随着航空航天，精密仪器零件的不断更迭，出现了很多微小孔结构，单按航空发动机来说：航空发动机发展向高推重比、高转速的发展，对涡轮叶片的耐高温性及耐疲劳性能提出很高的要求。对此，涡轮叶片常采用高温合金并通过气膜冷却孔的方法进行冷却。叶片内部通入的高压冷气经气膜冷却孔，输送到叶片表面形成温度较低的冷却薄膜。发动机内全部涡轮叶片有数万个这种微小孔，直接影响到了航空发动机成品率、工作效率、使用寿命。目前微小孔的加工已成为涡轮叶片加工的关键技术之一。电火花穿孔加工基于火花放电蚀除工件材料，具有以柔克刚，微细精密的特点，但加工时微小孔出口处缺液易形成干放电，加工后存在重铸层，对耐疲劳性能产生严重影响。电解加工，基于阳极溶解的原理，通常采用管电极作为工具电极，具有生产效率高，无重铸层，无残余应力的特点，但高浓度的电解液会对工件表面产生严重的杂散腐蚀现象，破坏工件表面质量。电火花-电解复合加工基于二者优点，在管电极内部通入低浓度电解液，通过火花放电技术来蚀除大部分材料，与此同时通过阳极溶解作用达到去除重铸层的目的。但微小孔入口处阳极溶解时间长于出口处，使微小孔产生一定锥度；其次由于微小孔穿透瞬间，电解液漏液，微小孔出口处缺液，加工产物排出不畅，不能完全消除出口重铸层。2003年12月24日，技术专利03219172.3中国专利局发布一种带反向充液装置的高速电火花小孔加工机，为解决微小孔刚刚打穿出现的漏液，造成加工区域缺液问题，该装置在工件背侧另设喷液口，向微小孔出口处喷射一定压力的工作液，形成反向冲液，来补充漏液导致出口处的加工不良现象，整个结构设计不能进行中空零件加工，且重铸层无法去除。2015年4月30日，申请号为201510212740.6中国专利局公布一种基于低温环境的冰冻辅助微小孔加工方法及装置，利用低温环境，在工件背面形成冰冻结构，来实现工作液反流的目的，保证小孔出口处表面质量。但其需在加工前通过外加低温设备，对整个环境进行降温，使其在冰点以下，加工区域封闭，并不利于加工产物排出。2015年6月24日，申请号为201510355873.9中国专利公布的一种单晶空心叶片电火花电解复合制孔方法，其在电火花-电解复合加工的基础上通过在叶片内部灌注填充物，实现气膜孔穿透瞬间时，管电极射出工作液打到填充物，实现返流，去除出口处重铸层，改善小孔出口质量。但其加工效率不高，在加工前需要灌注填充物保温1-2h,并在加工完成后需要超声波清洗半小时以上去除填充物；其次在出口处由于填充物存在，会使电解液排出不畅，在出口处堆积，出口直径略大。2015年8月24日，申请号为201510523510.1中国专利局发布了阵列群电极微小孔电加工同轴冲液的方法和装置，其电解液沿阵列群电极的阴极流入电加工区，通过控制电解液密封腔的压力，使得不同电解液流速一致，实现加工的一致性，但对于诸如叶片的复杂结构，其阴极制作困难。目前针对微小孔电加工的辅助加工方法主要有三个方向，一是通过反衬层的设计提高微小孔电加工出口的质量，二是通过同轴冲液或吹气使产物快速排出，三是通过超声振动的方法，提高蚀除效率，大连理工大学余祖元教授提出超声辅助等离子体中微细电火花加工技术（航空制造技术，2019,62(11):32-38）将超声辅助运用到电火花加工中，提高了蚀除效率，有利于产物排出，降低表面粗糙度，但未提及重铸层去除问题。目前尚未有垂直于加工方向通入液体形成液体背衬，实现排出产物速度快，无重铸层的复合加工方法。
技术实现思路
本专利技术旨在提高电火花-电解微小孔时的加工精度及表面质量，针对目前加工方案，小孔精度差、锥度大、重铸层多的现象，提出通入液体，形成液体背衬，进而通过调节液体背衬内液流方向，及压力实现不同效果，实现稳定，低成本的加工方法。本专利技术特征在于针对含中空、平面、曲面工件，在空心内部或工件背面垂直于加工方向通入辅助液体，形成液体背衬，利用液体背衬可实现无重铸层，小锥度，高精度，高稳定性的微小孔加工。一种具有液体背衬的电火花-电解复合加工微小孔方法，将待加工工件固定在夹具上，管电极工作液经管电极内部高速流向加工区域，基于火花放电与阳极溶解，在脉冲电源的作用下不断蚀除工件材料，同时通过电解作用去除大部分重铸层；加工产物，在管电极工作液的作用下，经管电极与工件的间隙，快速流出加工区域，实现穿孔；其特征还包括以下过程：步骤1、通入辅助液体，形成背衬若待加工工件为空心零件则在空心零件内部通入辅助液体；若待加工工件为非空心零件则在工件背面垂直于加工方向通入辅助液体；辅助液体采用低电导率电解质溶液；辅助液体流动方向以及两侧压力可调，调节两侧压力，至少使辅助液体的液面高度上升至待加工微小孔出口部位处，形成液态支撑；通入辅助液体存在两种方式，即单向液流方式或双向液流方式；其中单向液流方式是指辅助液体从一侧流入从另一侧流出，其中两侧压力不同；其中双向液流方式是指辅助液体从两侧流入从小孔内排除，其中两侧压力相同；步骤2、辅助液体采取单向液流方式或双向液流方式加工2-1单向液流方式：为通入液体背衬压力大于0.5MPa，与小于0.5MPa的方式：2-1-1液体背衬压力大于0.5MPa，其形成支撑作用较强，当微小孔打穿时，液体汇聚至打穿的微小孔，压力突变，液体背衬夹带电加工产物从微小孔入口中喷出，促进了产物排出，形成反冲液；随出口孔径变大，喷出的反冲液逐渐增多，对微小孔出口的修锐作用不断增强；同时由于液体背衬采用低电导率电解质溶液，在反冲的过程中发生微弱的电解作用，去除出口的重铸层，修整微小孔锥度，提高加工质量；2-1-2液体背衬压力低于0.5MPa，微小孔打穿时，大量包含蚀除产物的工作液，几乎全部因强制对流经由打穿的微小孔流入到液体反衬当中并被带走，有效减少了加工区域杂质，弥补由于管电极冲液压力不足导致产物无法完全排出的问题，同时由于蚀除产物与已加工表面不接触，避免了二次放电现象；随出口孔径变大，管电极出口处工作液与返液流道汇合处，存在速度差和压力差，在微小孔出口处引起局部涡流，液体反衬形成返流，保证微小孔出口处电解液充盈，微小孔充满返液，通过微弱的电解作用对微小孔出口进行修正，去除重铸层，并倒圆角，防止了因缺液导致的加工不完全，形成一定的收缩角度以及锐边现象；这时蚀除产物明显减少，微小孔出口加工质量明显提高；2-2双向液流方式双向流动时，液体由两端流入，微小孔刚刚打穿时，辅助液体夹带加工产物从小孔内喷出，液体背衬形成强烈的反冲液，反冲液将管电极均匀包裹，有效减少了管电极在旋转过程中偏摆；随微小孔出口增大，反冲液包裹作用增强，同时由于液体背衬的微弱电解作用，去除了由于电火花作用产生的重铸层，修正微小孔锥度，改善微小孔加工质量。所述辅助液体的低电导率是指电导率低于5mS/L溶液，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有液体背衬的电火花-电解复合加工微小孔方法，将待加工工件固定在夹具上，管电极工作液经管电极内部高速流向加工区域，基于火花放电与阳极溶解，在脉冲电源的作用下不断蚀除工件材料，同时通过电解作用去除大部分重铸层；加工产物在管电极工作液的作用下，经管电极与工件的间隙，快速流出加工区域，实现穿孔；其特征在还包括以下过程 ：/n步骤1、通入辅助液体，形成背衬/n若待加工工件为空心零件则在空心零件内部通入辅助液体；若待加工工件为非空心零件则在工件背面垂直于加工方向通入辅助液体；辅助液体采用低电导率电解质溶液；/n辅助液体流动方向以及两侧压力可调，调节两侧压力，至少使辅助液体的液面高度上升至待加工微小孔出口部位处，形成液态支撑；/n通入辅助液体存在两种方式，即单向液流方式或双向液流方式；其中单向液流方式是指辅助液体从一侧流入从另一侧流出，其中两侧压力不同；其中双向液流方式是指辅助液体从两侧流入，其中两侧压力相同；/n步骤2、辅助液体采取单向液流方式或双向液流方式加工/n2-1 单向液流方式：为通入液体背衬压力大于0.5MPa，与小于0.5MPa的方式：/n2-1-1液体背衬压力大于0.5MPa，形成支撑作用较强，当微小孔打穿时，液体汇聚至打穿的微小孔，压力突变，液体背衬夹带电加工产物从微小孔入口中喷出，促进了产物排出，形成反冲液；随出口孔径变大，喷出的反冲液逐渐增多，对微小孔出口的修锐作用不断增强；同时由于液体背衬采用低电导率电解质溶液，在反冲的过程中发生微弱的电解作用，去除出口的重铸层，修整微小孔锥度，提高加工质量；/n2-1-2液体背衬压力低于0.5MPa，微小孔打穿时，大量包含蚀除产物的工作液，几乎全部因强制对流经由打穿的微小孔流入到液体反衬当中并被带走，有效减少了加工区域杂质，弥补由于管电极冲液压力不足导致产物无法完全排出的问题，同时由于蚀除产物与已加工表面不接触，避免了二次放电现象；随出口孔径变大，管电极出口处工作液与返液流道汇合处，存在速度差和压力差，在微小孔出口处引起局部涡流，液体反衬形成返流，保证微小孔出口处电解液充盈，微小孔充满返液，通过微弱的电解作用对微小孔出口进行修正，去除重铸层，并倒圆角，防止了因缺液导致的加工不完全，形成一定的收缩角度以及锐边现象；这时蚀除产物明显减少，微小孔出口加工质量明显提高；/n2-2双向液流方式/n双向流动时，液体由两端流入，微小孔刚刚打穿时，辅助液体夹带加工产物从小孔内喷出，液体背衬形成强烈的反冲液，反冲液将管电极均匀包裹，有效减少了管电极在旋转过程中偏摆；随微小孔出口增大，反冲液包裹作用增强，同时由于液体背衬的微弱电解作用，去除了由于电火花作用产生的重铸层，修正微小孔锥度，改善微小孔加工质量。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有液体背衬的电火花-电解复合加工微小孔方法，将待加工工件固定在夹具上，管电极工作液经管电极内部高速流向加工区域，基于火花放电与阳极溶解，在脉冲电源的作用下不断蚀除工件材料，同时通过电解作用去除大部分重铸层；加工产物在管电极工作液的作用下，经管电极与工件的间隙，快速流出加工区域，实现穿孔；其特征在还包括以下过程：
步骤1、通入辅助液体，形成背衬
若待加工工件为空心零件则在空心零件内部通入辅助液体；若待加工工件为非空心零件则在工件背面垂直于加工方向通入辅助液体；辅助液体采用低电导率电解质溶液；
辅助液体流动方向以及两侧压力可调，调节两侧压力，至少使辅助液体的液面高度上升至待加工微小孔出口部位处，形成液态支撑；
通入辅助液体存在两种方式，即单向液流方式或双向液流方式；其中单向液流方式是指辅助液体从一侧流入从另一侧流出，其中两侧压力不同；其中双向液流方式是指辅助液体从两侧流入，其中两侧压力相同；
步骤2、辅助液体采取单向液流方式或双向液流方式加工
2-1单向液流方式：为通入液体背衬压力大于0.5MPa，与小于0.5MPa的方式：
2-1-1液体背衬压力大于0.5MPa，形成支撑作用较强，当微小孔打穿时，液体汇聚至打穿的微小孔，压力突变，液体背衬夹带电加工产物从微小孔入口中喷出，促进了产物排出，形成反冲液；随出口孔径变大，喷出的反冲液逐渐增多，对微小孔出口的修锐作用不断增强；同时由于液体背衬采用低电导率电解质溶液，在反冲的过程中发生微弱的电解作用，去除出口的重铸层，修整微小孔锥度，提高加工质量；
2-1-2液体背衬压力低于0.5MPa，微小孔打穿时，大量包含蚀除产物的工作液，几乎全部因强制对流经由打穿的微小孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐正扬，耿天宇，张辰翔，张璟阳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32