双轴差动回转式大面积减材电加工方法技术

本发明专利技术涉及一种双轴差动回转式大面积减材电加工方法，电加工时工件和筒形工具电极浸没于工作液中，并同时分别围绕各自位于同一平面且相交成一定角度的轴线作差动回转运动。由工具电极的直径及其筒壁端面位置、工具电极与工件两条回转轴的夹角决定工件形面类型，由两条回转轴系转动的动态精度保证工件形面成形精度。与现有减材电加工方法相比较，本方法工具电极设计制造修整简单，工具电极及工件的加工间隙分布相对均匀稳定，能较简单地实现高效精密成形导电材料和半导体材料大面积的平面、锥面(孔)、圆柱面(孔)、台阶面(孔)、环形槽、凸肩、平行薄壁、组合形面、球面及旋转圆弧面，能实现棱角清晰形面和大面积镜面加工。实现棱角清晰形面和大面积镜面加工。实现棱角清晰形面和大面积镜面加工。

【技术实现步骤摘要】
双轴差动回转式大面积减材电加工方法


[0001]本专利技术涉及一种大面积减材电加工方法，适用于难加工导电材料和半导体材料大面积的平面、锥面(孔)、圆柱面(孔)、台阶面(孔)、环形槽、凸肩、平行薄壁、球面及旋转圆弧面的高效精密低成本加工，属于电加工(Electrical Machining)


技术介绍

[0002]电加工方法是一类区别于传统机械加工的特种加工方法，是利用电能产生的物理化学效应直接对材料进行成形加工的多种方法统称，一般包括电火花加工和电化学加工，其中适合大面积减材加工的电加工技术主要是电火花加工和电解加工。
[0003]电火花加工是一种利用火花脉冲放电产生的高温蚀除材料的减材电加工方法，工件和工具电极分别与脉冲电源两级相接，两极之间保持一定的放电间隙，在放电间隙内充入一定绝缘性能的液体或气体介质。通过瞬时的脉冲放电，当工件和工具电极之间的介质被击穿时，在工件和工具电极之间放电点处瞬间产生10000℃以上的高温熔化和气化材料，通过爆炸力将蚀除产物抛出，从而在电极和工件表面形成微小凹坑。当脉冲放电结束时，介质恢复绝缘，以避免放电热量传导扩散到周边使得表面烧伤。如此周而复始，可使得工件表面形成无数个微小放电凹坑构成的加工表面，可以加工特殊复杂形面。
[0004]现有的电火花加工复杂形面时，工具电极的损耗、加工区的排屑排气不畅、蚀除产物的二次放电等因素共存，使得大面积的平面、锥面(孔)、圆柱面(孔)、台阶面(孔)、环形槽、凸肩、平行薄壁、组合形面、球面及旋转圆弧面加工效率和加工精度不高。此外在精密加工时，工件的几何尺寸精度和表面质量不能同时达到微米级镜面加工要求，难加工大面积镜面。现有的电火花加工很难加工高精度凹入式平面、孔面、球面及旋转圆弧面，原因是工具电极下端部加工时间长，绝对损耗大、电极入口处放电间隙比稳定加工时放电间隙要大，所以容易产生加工斜度。现有的电火花加工很难加工棱角清晰形面，原因是当工具电极上有凹角时，工件上对应的尖角处放电蚀除的概率大，容易腐蚀形成圆角；而当工具电极上有尖角时，由于放电间隙的等距性，工件上只能加工出以尖角为圆心，放电间隙为半径的圆弧，再者工具上的尖角本身也因尖端放电蚀除的概率大而损耗成圆角，以上原因使得工具电极的尖角或凹角很难精确复制到工件上。(专著1，“特种加工(第3版)”，作者刘志东，北京：北京大学出版社，2022)
[0005]电解加工是一种利用阳极电化学溶解原理去除材料的减材电加工方法。现有的电解加工方法，接电源负极的工具电极缓慢向接电源正极的工件进给，通过高压供液装置持续向加工间隙内通入一定压力(0.5～2MPa)和流速(5
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60m/s)且具有导电特性的电解液，使得工具电极与工件之间始终不接触，以保证两者之间一定的小间隙导电加工状态，同时使工具电极与工件之间构成导通回路。在电化学作用下，接电源正极的工件不断被溶解去除。工具电极与工件之间多属于拷贝式直线运动方式，加工时工件不动，工具电极按预设路径向工件进给，仅适合小平面、简单曲面(带过渡圆角)的加工。
[0006]现有的电解加工方法存在的核心问题是：工具电极与工件的加工间隙较难达到均
匀、稳定的小间隙加工状态，不能适应高效精密成形要求。需要持续向加工间隙通入高压电解液，但曲面成形时加工间隙供液不稳定、不均匀，此外存在杂散腐蚀，因此不容易达到较高的加工精度和加工稳定性，较难获得棱角清晰的工件形面，特别是内凹尖角部分的成形困难。现有电解加工工具电极仍需“拷贝”工件形状，故电极设计制造修整困难，相应工装夹具设计制造困难。现有电解加工方法对难加工材料大面积的平面、锥面(孔)、圆柱面(孔)、台阶面(孔)、环形槽、凸肩、平行薄壁、组合形面、球面及旋转圆弧面的加工效率和加工精度均不高，较难获得大面积镜面。(专著2，“特种加工(第7版)”，作者白基成，刘晋春，郭永丰等，北京：机械工业出版社，2022)
[0007]综上所述，在实际生产中迫切需要寻求一种通用性更好、能减少电加工设备一次性投资、工具电极设计制造修整简单、可在一台机床上使用种类和数量尽量少的工具电极和工装夹具，实现难加工材料大面积的平面、锥面(孔)、圆柱面(孔)、台阶面(孔)、环形槽、凸肩、平行薄壁、球面及旋转圆弧面高效、精密、低成本减材电加工方法。

技术实现思路

[0008]专利技术目的：
[0009]本专利技术的目的在于提供一种大面积减材电加工方法，适用于难加工导电材料和半导体材料大面积的平面、锥面(孔)、圆柱面(孔)、台阶面(孔)、环形槽、凸肩、平行薄壁、球面及旋转圆弧面的高效精密低成本加工。解决传统减材电加工技术方法中存在的一些问题，如：工具电极的设计制造修整困难，加工间隙分布不均匀、不稳定，工件尺寸精度和表面质量不能同步达到精密要求，不能加工棱角清晰的工件形面，大面积加工效率不高等。
[0010]技术方案：
[0011]本专利技术提供一种大面积减材电加工方法，其特征是：工件安装于第一回转轴，工具电极安装于第二回转轴；工具电极的形状是回转薄壁筒形(整体或局部)；工件和工具电极整体浸没于工作液中；工件和工具电极分别围绕第一回转轴和第二回转轴以不同的旋转角速度作差动回转运动，引起工作液流的充分扰动；第一回转轴和第二回转轴位于同一平面内，两条回转轴相交成的夹角可以是0
°
到180
°
之间任意一个角度，当该角度等于0
°
或180
°
，即两条回转轴平行时，工具电极或工件作轴向进给或再附加径向进给运动，用来加工(整体或局部)平面、锥面(孔)、圆柱面(孔)、台阶面(孔)、环形槽、凸肩、平行薄壁及组合形面；当该角度不等于0
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和180
°
，即两条回转轴相交时，若工具电极或工件只作轴向进给或再附加径向进给运动，可用来加工锥面(孔)、若工具电极(4)或工件(3)只作轴向进给运动，可用来加工(整体或局部)凸凹球面及旋转圆弧面。
[0012]安装工件的第一回转轴通常水平或竖直。工具电极和工件的旋转方向相反时，旋转角度值可以相同或不同。工具电极和工件的旋转方向相同时，旋转角速度值不同。电加工整体平面时，两条回转轴平行，工具电极的筒壁端面通过工件回转轴心，以轴向进给方式加工。电加工锥面(孔)时，工具电极的筒壁端面不通过工件回转轴心。电加工中空或中部凸起的圆柱面(孔)、台阶面(孔)、环形槽及组合形面时，两条回转轴平行，工具电极的筒壁端面可以通过或不通过工件回转轴心。电加工形状完整的局部凸球面或凹球面，工具电极轴向进给到最终位置时，其筒壁端面通过工件回转轴心。电加工旋转圆弧面(环形凸球面或环形凹球面)时，工具电极的筒壁端面可以通过或不通过工件回转轴心。可以电加工获得棱角清
晰形面，特别是工件内凹部分的尖角。电加工时，工件与工具电极之间的差动回转运动与相对进给运动不联锁。工具电极的材料可以是石墨、纯铜、不锈钢、铝合金、钨合金及铜碳复合材料。适用以上特征的减材电加工方法有电火花加工、电解加工或电解电火花复合加工。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大面积减材电加工方法，其特征是：工件(3)安装于第一回转轴(1)，工具电极(4)安装于第二回转轴(2)；工具电极(4)的形状是回转薄壁筒形(整体或局部)；工件(3)和工具电极(4)整体浸没于工作液中；工件(3)和工具电极(4)分别围绕第一回转轴(1)和第二回转轴(2)以不同的旋转角速度作差动回转运动，引起工作液流的充分扰动；第一回转轴(1)和第二回转轴(2)位于同一平面内，两条回转轴相交成的夹角可以是0
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到180
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之间任意一个角度，当该角度等于0
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或180
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，即两条回转轴平行时，工具电极(4)或工件(3)作轴向进给或再附加径向进给运动，可用来加工大面积的(整体或局部)平面、锥面(孔)、圆柱面(孔)、台阶面(孔)、环形槽、凸肩、平行薄壁及组合形面；当该角度不等于0
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和180
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，即两条回转轴相交时，工具电极(4)或工件(3)只作轴向进给或再附加径向进给运动，可用来加工大面积的锥面(孔)；当该角度不等于0
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和180
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，即两条回转轴相交时，工具电极(4)或工件(3)只作轴向进给运动，可用来加工大面积的(整体或局部)凸凹球面及旋转圆弧面。2.根据权利要求1所述的大面积减材电加工方法，其特征是安装工件(3)的第一回转轴(1)通常水平或竖直。3.根据权利要求1所述的大面积减材电加工方法，其特征是工具电极(4)和工件(3)的旋转方向相反时，旋转角度值可以相同或不同。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志东，夏斯伟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：