本發(fā)明涉及一種在大氣壓冷等離子體射流中電火花加工的方法，屬于機械加工及工具領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

加工介質(zhì)是電火花加工系統(tǒng)的重要組成部分，對電火花加工的生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量、成本以及環(huán)保安全等方面具有重要的影響。電火花加工中目前廣泛應(yīng)用的為液體介質(zhì)，主要分為電火花加工油和去離子自水。液中電火花加工的通病是電極損耗較大。此外，用電火花加工油作為工作液，存在著火災(zāi)隱患，加工中分解的氣體對環(huán)境有污染，加工完成之后，需要用丙酮等有機溶劑對工件進(jìn)行清洗。以去離子水替代電火花加工油作為工作液，獲得了較大的放電間隙和較高的加工速度，但水作為工作液加工中還存在著電解電流，會直接影響到加工精度。1997年，有學(xué)者提出了氣中電火花加工，即以壓縮氣體作為加工介質(zhì)，其優(yōu)點在于電極損耗率低。但加工中短路率非常高。并且，該介質(zhì)中電火花加工的所用工具電極多為管狀電極。但在加工微細(xì)結(jié)構(gòu)或特征時，電火花加工用工具電極一般需要在線制作，直徑通常也在100μm以下。在線加工出外徑低于100μm的管狀電極非常困難，即使可以在線制備，由于微小孔的節(jié)流效應(yīng)，也難以通過直徑低于100μm的微孔向加工間隙中通入足夠加工所有的氣流。這使得利用氣中電火花加工微細(xì)結(jié)構(gòu)較難實現(xiàn)。其后，雖有學(xué)者采用外部通氣的方式，進(jìn)行氣中電火花微孔加工研究，但效果欠佳，加工中短路率高，電極損耗嚴(yán)重(超過30％)。將大氣壓下冷等離子體射流噴至電極與工件之間作為加工介質(zhì)，可以獲得與液中、氣中電火花加工均不同的加工效果。而關(guān)于以大氣壓下冷等離子體射流作為電火花加工介質(zhì)的相關(guān)研究，至今未見報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種以大氣壓冷等離子體射流作為加工介質(zhì)的電火花加工方法，設(shè)備簡單、使用方便、對環(huán)境沒損害?？稍谙嗤庸つ芰肯拢@得較去離子水和氣體中表面質(zhì)量更好的加工表面，以及較去離子水中更低的電極損耗。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種大氣壓冷等離子體射流中電火花加工方法，所用的設(shè)備為電火花加工機床與冷等離子體射流發(fā)生裝置；

電火花加工機床包括大理石床身1、XYZ三軸聯(lián)動運動平臺2、脈沖發(fā)生器3、旋轉(zhuǎn)主軸4、工具電極5、工件7和工件夾持裝置8；

冷等離子體射流發(fā)生裝置包括冷等離子體射流發(fā)生器6、高壓電源9、氣體質(zhì)量流量控制器10、減壓閥11和工作氣源12；高壓電源9的高壓輸出端和低壓輸出端分別與冷等離子體射流發(fā)生器6對應(yīng)的電極相連；工作氣體由工作氣源12經(jīng)過減壓閥11和氣體質(zhì)量流量控制器10通入冷等離子體射流發(fā)生器6；工作時，打開工作氣源12的閥門，調(diào)整減壓閥11進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入氣體質(zhì)量流量控制器10的壓力，調(diào)整氣體質(zhì)量流量控制器10，使工作氣體以設(shè)定的流量進(jìn)入冷等離子體射流發(fā)生器6中；開啟高壓電源9，逐漸提高輸出電壓，調(diào)整放電頻率，直到冷等離子體射流發(fā)生器6的出口產(chǎn)生穩(wěn)定的冷等離子體射流13；調(diào)整冷等離子體射流發(fā)生器6的位置，使待加工區(qū)域完全淹沒在冷等離子體射流13中；開啟電火花加工用脈沖發(fā)生器3和控制計算機14，控制計算機14將運動指令傳遞給XYZ三軸聯(lián)動運動平臺2和旋轉(zhuǎn)主軸4，XYZ三軸聯(lián)動運動平臺2和旋轉(zhuǎn)主軸4的根據(jù)運動指令在工件7上加工出特定的結(jié)構(gòu)與特征。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明中所用大氣壓冷等離子體射流宏觀溫度低至室溫或略高于室溫，不會對待加工區(qū)域金屬材料表面造成熱損傷。其中富集大量的離子、電子、激發(fā)態(tài)原子、分子及自由基等活性粒子，可能使得工件與電極之間的火花放電更易發(fā)生，增大放電間隙。放電間隙的增大，可能會改善極間的放電狀態(tài)，加工屑更易排出，短路率降低，加工效率提高。因此，可以在保留氣中電火花加工電極損耗率低的前提下，獲得比氣中更高的加工效率。

附圖說明

圖1是大氣壓冷等離子體射流中電火花加工的裝置示意圖。

圖2是分別在大氣壓冷等離子體射流、氮氣射流、去離子水中電火花加工的表面粗糙度(Ra)對比圖。

圖3是分別在大氣壓冷等離子體射流、氮氣射流、去離子水中電火花加工的電極損耗長度對比圖。

圖中：1大理石床身；2XYZ三軸聯(lián)動運動平臺；3脈沖發(fā)生器；

4旋轉(zhuǎn)主軸；5工具電極；6冷等離子體射流發(fā)生器；7工件；

8工件夾持裝置；9高壓電源；10氣體質(zhì)量流量控制器；11減壓閥；

12工作氣源；13冷等離子體射流；14控制計算機。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實施方式。

本發(fā)明涉及一種大氣壓冷等離子體射流中電火花加工方法，使用此方法的設(shè)備為電火花加工機床與冷等離子體射流發(fā)生裝置。

電火花加工機床包括大理石床身1、XYZ三軸聯(lián)動運動系統(tǒng)2、脈沖發(fā)生器3、旋轉(zhuǎn)主軸4、工具電極5、加工工件7、工件夾持裝置8。

冷等離子體射流發(fā)生裝置包括冷等離子體射流發(fā)生器6，高壓電源9，氣體質(zhì)量流量控制器10、減壓閥11、工作氣源12。

進(jìn)行電火花加工前，按照附圖將這些設(shè)備分別連接：高壓電源9的高、低壓輸出端分別與冷等離子體射流發(fā)生器6對應(yīng)的電極相連；工作氣體由工作氣體源12經(jīng)過減壓閥11和氣體質(zhì)量流量控制器10通入冷等離子體射流發(fā)生器6；工作時，打開工作氣源12的閥門，調(diào)整減壓閥11的壓力使得進(jìn)入氣體質(zhì)量流量控制器10的壓力合適，調(diào)整氣體質(zhì)量流量控制器10，使工作氣體以合適的流量進(jìn)入冷等離子體射流發(fā)生器6中；開啟高壓電源9，逐漸提高輸出電壓，調(diào)整放電頻率，直到冷等離子體射流發(fā)生器6的出口產(chǎn)生穩(wěn)定的冷等離子體射流13；調(diào)整冷等離子體射流發(fā)生器6的位置，使待加工區(qū)域完全淹沒在冷等離子體射流13中。開啟電火花加工用脈沖發(fā)生器3和控制計算機14，控制計算機14將運動指令傳遞給XYZ三軸聯(lián)動運動系統(tǒng)2和旋轉(zhuǎn)主軸4，XYZ三軸聯(lián)動運動系統(tǒng)2和旋轉(zhuǎn)主軸4的根據(jù)運動指令即可在工件7上加工出特定的結(jié)構(gòu)與特征。加工結(jié)束后，依次關(guān)閉高壓電源9、工作氣源12的閥門、氣體質(zhì)量流量控制器10、脈沖發(fā)生器3和控制計算機14。

實施例

將結(jié)合電火花銑削微細(xì)槽實驗為例，說明以冷等離子體射流作為電火花加工介質(zhì)的特性。工具電極材料為塢，工件材料為H62黃銅，工作氣源采用純度為99.999％的高純氮氣。分別在冷等離子體射流、氮氣射流、去離子水中進(jìn)行電火花微細(xì)槽加工實驗。脈沖電源為RC脈沖電源。脈沖電源開路電壓設(shè)置為80V，電容值分別設(shè)置為3300pF、8200pF。調(diào)整減壓閥11輸出壓力為0.3Mpa，調(diào)整氣體流量質(zhì)量控制儀10，使得進(jìn)入冷等離子體發(fā)生器6的氣體流量為15slm。調(diào)整冷等離子體發(fā)生器6的位置，使工具電極5的端部和工件7的待加工區(qū)域完全浸沒在冷等離子體射流13中，并且確保冷等離子體發(fā)生器6不會在加工過程中與機床其他部位發(fā)生干涉。此時即可將預(yù)先編制好的NC代碼輸入控制計算機14，開動機床進(jìn)行電火花放電加工。在以氮氣射流為加工介質(zhì)時，加工中短路率非常高以至于在某一點發(fā)生連續(xù)短路后，持續(xù)加工5分鐘，電極仍在該位置附近徘徊，而放電信號也一直處于連續(xù)短路狀態(tài)，停止加工后觀察加工表面，電蝕產(chǎn)物堆積非常嚴(yán)重，表面質(zhì)量非常差，因此認(rèn)定加工失敗。圖2為相同的工具電極材料、工件材料、放電參數(shù)，不同的加工介質(zhì)中，加工表面的粗糙度Ra值。鑒于在氮氣射流中的兩次實驗均因為連續(xù)短路而失敗，并未完全走完所有加工軌跡完成指定加工，并且從掃描電子顯微鏡中可以明顯觀察到加工表面質(zhì)量較冷等離子體射流和去離子水中差，因此并未進(jìn)行粗糙度Ra值測量。從圖2中可以看出，在該實驗條件下，使用大氣壓冷等離子體射流作為放電加工介質(zhì)，可以獲得更好的加工質(zhì)量。圖3為相同的工具電極材料、工件材料、放電參數(shù)，不同的加工介質(zhì)中，電極損耗長度實驗結(jié)果。由于在氮氣射流中的兩次實驗均因為連續(xù)短路而失敗，并未完全走完所有加工軌跡完成指定加工，因此并未進(jìn)行電極損耗長度測量。從圖3中可以看出，冷等離子體射流中工具電極分別延長了0.1μm、0.4μm，但是本實驗用機床的重復(fù)定位精度為1μm，因此可認(rèn)為冷等離子體射流中電火花加工的工具電極幾乎未損耗或延長，這有利于提高電火花的加工精度。而在同等條件下的去離子水中加工時，工具電極分別損耗了5.1μm、3μm。因此綜上可以認(rèn)為冷等離子體射流中電火花加工，可以獲得較去離子水中和氣中更好的表面質(zhì)量；比去離子水中更低的電極損耗并由此帶來的更高的加工精度。