[发明专利]微尺度脉冲电解射流加工系统及加工方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种微尺度脉冲电解射流加工系统及加工方法，属于电解加工技术领域。 

二、背景技术

随着精密器械产品朝着高性能、高可靠性以及集成化的方向快速发展，在产品零件中出现了大量形状各异的微结构，对于航空航天、精密器械产品中广泛存在的尺寸在100μm～1.5mm之间的微细孔、窄槽、细缝、微型凹坑、微细刻痕等微结构的加工，目前已经发展了多种微尺度加工方法，主要有微细切削加工技术和微细特种加工技术，其中微细特种加工技术占据主导地位，主要包括微细电火花加工、微细电解加工、激光加工、LIGA技术、电子束加工、离子束加工以及它们的复合、组合加工。每一种制造技术都有其显著的优点，也有其自身的局限性，例如电子束加工、离子束加工易于实现超精密微细加工，加工精度高，而且由于加工是在真空中进行，加工表面质量也好，但加工成本较高；LIGA技术能够制造出深宽比大于500、表面粗糙度在亚微米范围的三维立体金属微结构，倍受当今研究人员关注，但其必须使用高强度、高准直度的X射线光源和特制的掩模板，成本极高，且很难用于斜面、阶梯面、自由曲面的微结构件加工，同时由于LIGA技术采用电铸工艺，能被其加工的金属零件材料种类也受到限制，一般为镍和铜，因此在工业应用中也受到限制。而激光微细加工、微细电火花加工近些年来虽都取得了显著进展，易于实现加工过程自动化，对于特殊微结构和难切削材料零件的加工极为有利，但由于受加工原理的制约，加工表面容易产生微裂纹、残余应力和变质层，由此影响了零件使用的可靠性，从而限制了该技术在某些产品中的应用，为使加工后不产生表面缺陷，人们对改进工艺条件、优选工艺参数作了许多努力，但至今仍未能从根本上解决问题。电解加工，特别是电液束(或称电射流)小孔加工，效率较高、而且是公认的“三无”(无再铸层、无残 余应力、无微裂纹)加工技术，美国、英国、俄罗斯等早已成熟应用于航空发动机叶片等零件的小孔加工，我国近几年来也开始得到应用，比较成功地解决了再铸层问题。加工过程中，被加工件接正极，在呈收敛形状的绝缘玻璃管喷嘴中有一金属丝或金属管接负极，在正、负极间加100～1000V高压直流电，小流量耐酸高压泵将净化了的电解液压入导电密封头进入玻璃管电极中，被“负极化”后，高速射向加工工件的待加工部位，进行“切削”加工。但其加工中使用的玻璃喷嘴容易碎裂，影响了加工的稳定性，另外，玻璃管喷嘴的设计制造极其复杂，无形中增加了工业应用的技术成本。 

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、性能稳定、加工精度高的微尺度脉冲电解射流加工系统及加工方法。 

一种微尺度脉冲电解射流加工系统，包括高压脉冲电源、电解液射流喷射装置、电解液循环过滤系统、工件安装固定及工作台运动控制系统，其特征在于：上述电解液射流喷射装置包括具有圆柱形腔体的喷射装置壳体、安装于喷射装置壳体底部的喷嘴、安装于喷射装置壳体内的滤芯体、以及包裹在滤芯体外圆柱面上的滤网，滤芯体将喷射装置壳体的圆柱形腔体分成了两部分，介于喷射装置壳体和滤芯体之间的环形腔为外腔体，滤芯体和喷嘴形成的圆柱形腔体为内腔体；电解液仅能通过设置于喷射装置壳体上的进液口进入外腔体，然后再经滤网从均布于滤芯体上的众多小孔中进入内腔体，最后经喷嘴射向工件的待加工部位；上述喷射装置壳体通过绝缘安装座与Z向进给轴相连；上述喷射装置壳体、喷嘴、滤芯体均为金属导电材料，其中喷射装置壳体和喷嘴的外露部分经绝缘处理，高压脉冲电源的正极通过工件安装夹具与工件相连，负极与滤芯体相连，上述工件安装夹具也为金属导电材料。 

一种利用上述的脉冲电解射流加工系统的脉冲电解射流加工方法，其特征在于：加工过程中电解液在液压泵的作用下，经过两级过滤器后从进液连接件进入喷射装置壳体与滤芯体形成的外腔体中，充满外腔体后通过滤网进入滤芯体和喷嘴形成的内腔体中，在高压脉冲电源作用下被充分“负极化”后从喷嘴高速射向工件的待加工部位，在喷射点处产生电化学阳极溶解去除材料。电解液喷射装置 采用不进给或小于等于初始间隙的微量经给的方式，结合借助机床工作台和Z向进给轴的数控运动，从而实现小孔、窄槽、微凹坑等微结构的优质高效加工。