[发明专利]基于低温环境的冰冻辅助微小孔加工方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微小孔加工方法及装置，属于特种加工技术领域，具体是基于低温环境的冰冻辅助微小孔加工方法及装置。

背景技术

随着航空航天、微细精密机械产品的不断发展，微小孔结构在航空航天、军工、精密仪器仪表等领域的应用日趋广泛，如航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔、汽车发动机燃油喷嘴等，微小孔可谓无处不在。与此同时，对微小孔结构的要求也越来越高，如无微裂纹、无再铸层等。微小孔加工是孔加工中最为困难的加工工艺之一。首先，由于孔径极小，所以微小孔大部分为长径比大的深孔。其次，需要加工微小孔的零件材料，一般多为高强度高硬度的难加工材料，如耐热钢、硬质合金、钛合金等。

近年来，微小孔特种加工工艺得到了广泛的应用，如电火花加工、激光加工、超声加工、电射流加工等，均取得了较快的发展，成为难加工材料微小孔加工的主要方法。

2003年12月24日，中国实用新型专利CN2593944Y公开了一种带反向冲液装置的高速电火花小孔加工机床，该机床在原有高速电火花小孔加工机上设一反向冲液装置，消除因漏液所带来的不良效果，提高了孔出口的加工质量和加工效率，但该机床只能进行高速电火花穿孔加工。

2011年5月4日，中国发明专利CN1851060B公开了一种中空零件电铸成型中沟槽的填充方法，该方法的特点在于沟槽的填充分两层进行：第一层选用易溶解的塑料作为低层，第二层采用混合一定比例金属粉的同种塑料，此层作为电导层，具有良好的导电性和机械加工性能。本发明适用于中空零件，尤其是细长通道电铸成形前的沟槽填充和电铸结束后填充物的去除，工艺简单易行，填充和脱模的周期短，该方法所制造的芯模表面光洁度和尺寸精度高，导电性好，脱模后的零件通道内不会残留填充物。

2013年6月5日，中国发明专利CN103128525A公开了一种采用低熔点合金牺牲层的孔加工方法，该方法先在工件预定加工孔的出口位置涂覆低熔点合金层，形成背衬，然后采用管电极电解加工，该方法提高了管电极电解加工工艺稳定性和加工精度。但该方法在工件表面涂覆金属，对于一些表面不能涂覆金属的工件则不适用，且金属层在后续清洗中不易去除。

2014年1月1日，中国发明专利CN103480926A公开了一种微小孔电火花-电解异区同步复合加工方法及其专用工具，该方法实现了同一小孔在不同区域的同步复合加工，即在端面时主要通过电火花放电加工，实现零件高效穿孔，在孔侧壁时主要通过电化学溶解的方式将电火花加工后形成的再铸层去除，实现孔壁的电化学光整加工。但该方法未提及微小孔加工结束时流场问题的解决方法。

哈尔滨工业大学刘晋春等进行了非导电陶瓷材料电解电火花打孔工艺研究（制造技术与机床，1998，（10）:12～13），在分析研究现有非导电材料电解电火花加工原理和现状的基础上，提出了一种新型的非导电陶瓷材料充气电解电火花复合打孔工艺，其具有加工效率高、能耗小等优点，但该工艺主要针对非导电材料进行复合制孔加工，加工过程会产生较多的热量，不适宜推广到金属材料的无再铸层制孔加工。南京航空航天大学朱荻教授提出了电火花-电解组合加工工艺（电加工与模具，2010，（2）：33～37），将电火花和电解加工有机地组合在一起，实现电火花加工和电解加工在同一机床、同一工位、同一管电极下完成，提高了制孔效率和质量，但该工艺方法加工效率相对较低，且加工过程易产生短路现象，对加工成功率有一定影响。

发明内容

本发明旨在提高微小孔加工精度和表面质量，提出的一种工艺稳定性好、通用性强、成本低、实现方便的基于低温环境的冰冻辅助微小孔加工方法。

本发明特征在于利用低温环境，在工件背面形成冰冻结构，通过冰冻辅助方式保持加工稳定性、改善工作液流场、提高加工精度、改善微小孔加工出口质量。

一种基于低温环境的冰冻辅助微小孔加工方法，其特征在于包括以下过程：

步骤1、将待加工工件固定在夹具上并置于容器中，将制冰溶液加入容器或注入空心零件中，至少保证待加工工件的制孔出口面被溶液淹没；

步骤2、采用低温实施措施，对加工区域进行降温处理，为整个加工营造低温环境；

步骤3、在低温环境下，至少使得待加工工件的制孔出口面所处部位的溶液被冻结，形成冰层，并和待加工工件自然地冻结在一起且具有连接强度，形成冰冻辅助结构；