一种提高电火花小孔加工速度和质量的方法

摘要

一种提高电火花小孔加工速度和质量的方法，属于特种加工技术领域，具体涉及一种利用水分散剂工作液提高电火花小孔加工速度和质量的技术方案。其特征在于是一种利用水分散剂工作液提高电火花小孔加工速度和质量的方法，具体步骤为分散剂工作液的制备、利用配制的分散剂工作液进行电火花小孔加工和清洗工作液泵完成加工过程。该方法的优点是不需要对电火花加工机床作任何改造，而仅仅是在原自来水工作液中加入分散剂，利用分散剂的分散作用，改善工作液的分散度，使电蚀颗粒的体积变小、沉降速度减小，进而使排屑容易，加工速度增加，质量提高，具有一定的实用价值和经济效益。

说明书

技术领域

本发明一种提高电火花小孔加工速度和质量的方法，属于特种加工技术领域，具体涉及一种利用水分散剂工作液提高电火花小孔加工速度和质量的技术方案。

背景技术

孔加工约占机械加工总量的三分之一，在机械加工领域占据十分重要的地位。随着科学技术的进步，一些高强度、高硬度和难加工的材料大量地运用于工业产品中，经常需要在这些难加工材料上加工深径比较大的小孔。由于与其他加工方法相比，电火花加工不受材料硬度的限制，因此电火花孔加工在完成这些难加工材料的加工中，具有明显的优势。高速电火花小孔加工工艺是上世纪80年代后期发展起来的一种新型、高效的深小孔加工工艺。它可以在各种导电材料(包括一些高强度、高硬度的难加工材料)上高速地加工小孔。高速电火花小孔加工一般采用空心的铜管作为工具电极，采用水基工作液(去离子水，蒸馏水，乳化液)作为加工介质，高压工作液(1～10Mpa)通过电极内的毛细管直接注入到加工区，使火花放电间隙中的电蚀产物(如金属小屑，气泡等)被高速流动的工作液迅速冲走，以解决小孔电火花加工过程中的排屑困难的问题。尽管采用高压冲液和电极旋转等措施，但是当加工小孔深度较深时，仍然容易造成加工碎屑堆积，加工速率降低，甚至不能加工；或使被加工孔的圆柱度变差。这主要是因为当孔的加工超过一定深度时，电蚀产物会沉积到孔的底部，当底部的蚀除微粒浓度达到一定数值时，将产生拉弧和短路，严重降低工件的表面质量，一旦发生拉弧，自动进给调节装置势必使工具电极回退，从而脉冲有效利用率降低，加工时间延长。随着加工深度的增加，拉弧和短路出现的越来越频繁，以致于加工被迫停止，孔的加工深度受到限制。

电火花小孔加工存在的另一技术难题是小孔的圆柱度问题，加工出的小孔存在较为严重的喇叭口，小孔的圆柱度降低。喇叭口出现的主要原因是圆形工具电极边缘处的电蚀量大于中心处。在重力的作用下，沉积在拐角处小碎屑不容易被高压水冲走。这种小颗粒的堆积，一方面造成加工排屑不畅，加工不稳定和加工速度下降；另一方面使圆形工具电极边缘处的电蚀量增大，最终导致加工的小孔锥度变大，加工质量变差。

为了改善小孔加工时的排屑条件，保证加工过程稳定，常采用电磁振动头，使工具电极沿轴向振动，或采用超声波振动头，使工具电极端面有轴向高频振动，进行电火花超声波复合加工，改善小孔加工排屑条件，提高小孔加工效率，但是，这些方法往往需要增加附加装置，造成加工成本的上升。因此，亟需寻找既成本低廉又能很好地改善排屑条件，提高加工速度和加工质量的方法。当在水工作液中加入分散剂时，可以改善工作液的分散度，使电蚀颗粒的体积变小、沉降速度减小，进而使排屑容易，加工速度增加，加工质量提高。

发明内容

本发明一种提高电火花小孔加工速度和质量的方法目的在于：改善电火花小孔加工的排屑条件，提高小孔加工效率和加工质量，从而提供一种简单实用的用于高速电火花小孔加工的技术方案。

本发明一种提高电火花小孔加工速度和质量的方法，其特征在于是一种利用水分散剂工作液提高电火花小孔加工速度和质量的方法，其具体工艺步骤为：

I、制备水分散剂工作液

按照体积量称取自来水和水分散剂，先后倒入盛放电火花小孔加工工作液的容器中配制成溶液，然后按照每毫升溶液加入0.04克洗衣粉，搅拌1--2分钟，使分散剂与自来水充分混合，此时即可使用，所用分散剂为聚丙烯酸，分散剂与自来水的容积比的范围为2.5％-10％；

II、利用I所配制的溶液作为加工工作液，进行电火花小孔加工，加工中脉冲电源正极接被加工工件，负极接工具电极，工作液压力为5Mpa，工具电极旋转转速为120转/分；在工件上加工通孔后，用数字秒表记录其加工时间，计算出单位时间内加工孔的深度，即为电火花小孔加工的加工速度，所述的电火花小孔加工的加工电流的变化范围是3-20A，电流脉冲宽度的范围是8-80μs，所述的电火花小孔加工所用工具电极为外径为φ1-3mm，内径为φ0.3-0.47mm的黄铜或紫铜管状电极；被加工工件为所有的导电的金属材料；

III、小孔加工完毕后，关闭电火花小孔加工机床，将工作液换为自来水，然后打开电源总开关，同时打开控制面板上的电源开关和工作液泵开关，将工作液泵和管路中的分散剂工作液排除，以防止分散剂工作液对泵和管路的腐蚀。

上述提高电火花小孔加工速度和质量的方法，其特征在于所述的分散剂与自来水的容积最佳比为4％。

本发明提高电火花小孔加工速度和质量的方法的优点在于：不需要对电火花加工机床作任何改造，而仅仅是在原自来水工作液中加入分散剂，利用分散剂的分散作用，改善工作液的分散度，使电蚀颗粒的体积变小、沉降速度减小，进而使排屑容易，加工速度增加，加工质量提高。分散剂在电火花小孔中的作用原理如附图1所示。附图1(a)是工作液为自来水的电火花小孔加工排屑示意图。此时，电蚀小颗粒在热爆炸力和高压水的冲击搬运力共同作用下，排出加工间隙之外，与此同时在重力的作用下，这些小碎屑还会沉积到两电极间隙的下方，特别在拐角处小碎屑的沉积不容易被高压水冲走，这种小颗粒的堆积，一方面造成加工排屑不畅，加工不稳定和加工速度下降，另一方面使圆形工具电极边缘处的电蚀量增大，最终导致加工的小孔锥度变大。附图1(b)是工作液为分散剂溶液的电火花小孔加工示意图。此时，由于分散剂的作用，使电蚀颗粒的体积变小、沉降速度减小，进而使排屑容易，加工速度增加，加工质量提高。

附图说明

附图1电火花小孔加工排屑示意图。其中，附图1(a)是自来水工作液电火花小孔加工排屑示意图，图中：1-加工工件，2-加工碎屑，3-工具电极，4-自来水工作液；附图1(b)是分散剂工作液电火花小孔加工示意图，图中：1-加工工件，2-加工碎屑，3-工具电极，4-分散剂工作液。

附图2加工速度随工作液浓度变化规律。图中：C(％)-工作液浓度，M(mm/min)-加工速度，◆-加工速度点。

附图3加工速度随加工电流变化规律对比。图中：I(A)-加工电流，M(mm/min)-加工速度，▲-自来水工作液中的加工速度，◆-分散剂工作液中的加工速度。

附图4工具电极相对损耗随加工电流变化规律对比。图中：I(A)-加工电流，θ(％)-工具电极相对损耗，▲-自来水工作液中的工具电极相对损耗，◆-分散剂工作液中的工具电极相对损耗。

附图5加工5分钟后工具电极工作端断面变化对比。其中，附图5(a)是自来水工作液电火花小孔加工的工具电极工作端断面图；附图5(b)是分散剂工作液电火花小孔加工的工具电极工作端断面图。

附图6加工5分钟后工具电极工作端侧面变化对比。其中，附图6(a)是自来水工作液电火花小孔加工的工具电极工作端侧面图；附图6(b)是分散剂工作液电火花小孔加工的工具电极工作端侧面图。

说明书摘要附图同附图2。

具体实施方式：

根据发明内容——具体工艺步骤I配制水分散剂工作液的方法，配制出聚丙烯酸分散剂与自来水容积比分别为2.5％、3.3％、4％、5％、6.7％和10％的六种混合溶液各250ml，每种混合溶液中加入洗衣粉10克，制成六种分散剂工作液，配制成的分散剂工作液即可用于电火花小孔加工，六种分散剂工作液的使用情况通过下述具体实施方式加以说明：

所用加工机床为D703F高速电火花小孔机，加工中脉冲电源正极接被加工工件，负极接工具电极，工具电极使用外径为φ1.5mm，内径为φ0.55mm的黄铜管状电极，被加工工件为厚度9.4mm的45号优质碳素结构钢板，工作液压力为5Mpa，工具电极旋转转速为120转/分，在工件上加工通孔后，用数字秒表记录其加工时间，计算单位时间内加工孔的深度即为电火花加工的加工速度；单位时间工具电极消耗的长度与加工速度的比值为工具电极相对损耗，电流脉冲宽度是35μs，加工电流强度为16.5A，利用上述配制的六种不同浓度的分散剂工作液和自来水工作液分别进行电火花小孔加工，测量并计算得分散剂工作液浓度与小孔加工速度的关系如表1所示，根据表1绘得加工速度随分散剂工作液浓度的变化趋势如附图2所示。由附图2可以看出，在自来水中加入水分散剂后，使电火花加工的加工速度有很大的提高，当分散剂的水溶液的浓度为4％时，电火花加工的加工速度达到最大，也就是说，在配制电火花加工工作液时，分散剂与自来水的最佳比例是4％。

表1分散剂工作液浓度与加工速度的关系

  工作液浓度(％)  0  2.5  3.3  4  5  6.7  10  加工速度(mm/min)  6.729  9.611  10.375  10.945  9.853  8.507  8.297

实施效果：分散剂工作液浓度从2.5％-10％范围内变化时，分散剂工作液电火花小孔加工的加工速度都较自来水工作液的加工速度有很大的提高，加工速度最大的分散剂工作液浓度为4％，这个浓度就是分散剂工作液的最佳配比值。

采用上述配制的浓度为4％的工作液，通过改变加工机床上的电流调节按纽，从7A至30A改变加工电流强度，测量并计算得在自来水工作液和分散剂工作液中，加工电流强度与小孔加工速度的关系如表2所示，根据表2绘得加工速度随加工电流变化的趋势如附图3所示；绘得工具电极相对损耗随加工电流变化趋势如附图4所示。由附图3可以看出，在整个电流变化范围内，分散剂工作液电火花加工的加工速度都大于自来水中电火花加工，加工速度最大增加到原来的1.6倍，由附图4可以看出，在整个电流变化范围内，分散剂工作液电火花加工的电极相对损耗率都小于自来水中电火花加工，电极相对损耗率最大比原来减小了58％。

表2加工电流与加工速度的关系

  加工电流(A)  7.5  11  14.5  16.5  18.5  自来水工作液加  工速度(mm/min)  2.427  4.174  6.108  6.743  6.729  分散剂工作液加  工速度(mm/min)  2.652  4.947  8.083  10.943  9.602

实施效果：在整个电流变化范围内，分散剂工作液电火花小孔加工的加工速度都大于自来水中电火花加工，而电极相对损耗率都小于自来水中电火花加工；加工速度最大增加到原来的1.6倍，而电极相对损耗率最大比原来减小了58％。

采用上述配制的浓度为4％的工作液，用同一种不同个体的新的黄铜电极，在自来水工作液和分散剂工作液中分别加工5分钟，观察电极工作端，其对比如附图5和附图6所示。由附图5、图6明显地看出，加工5分钟时间后，采用分散剂工作液加工的工具电极的工作端仍然保持较好的圆柱度，而采用自来水工作液加工的工具电极的工作端出现了较大的锥度，所以采用分散剂工作液可以提高被加工小孔的圆柱度，即改善孔的形位公差。

实施效果：加工5分钟时间后，采用分散剂工作液电火花小孔加工的工具电极的工作端的圆柱度要好于采用自来水工作液电火花小孔加工。这在一定程度上克服了电火花小孔加工存在的小孔的圆柱度差的技术问题，也就是减小了加工出的小孔的喇叭口，提高了加工精度。

最后利用分散剂工作液加工小孔完毕，关闭电火花小孔加工机床的电源总开关，将工作液换为自来水，然后打开电源总开关，同时打开控制面板上的电源开关和工作液泵开关，机床运行10分钟后，工作液泵和管路中的分散剂工作液全部排除干净，避免了分散剂工作液对泵和管路的腐蚀作用。