一種線鋸繞制電極電解-機械微細切割加工方法技術

本發明專利技術公開了一種線鋸繞制電極電解-機械微細切割加工方法，屬于特種加工技術領域。該方法利用兩股截面為圓形的電鍍金剛石線鋸相互扭絞在一起制作成電極；該電極利用其凹凸結構以及高速自旋特性能有效地改善間隙內流場狀態，使新的電化學反應離子及時補充到加工區；利用電鍍金剛石線鋸刮除電解產物和電解作用產生的鈍化膜，能夠大幅提高加工質量、加工效率；利用絞合線形成的很多凹槽，加工過程中磨損的金剛石顆粒進入凹槽中，這樣在凹槽部分儲存著很多磨粒，可以提供更多的人造金剛石用于磨削，從而改善了排屑性能，提高了磨削性能、切削效率和切削質量。

【技術實現步驟摘要】
一種線鋸繞制電極電解-機械微細切割加工方法
本專利技術屬于特種加工領域，具體涉及一種線鋸繞制電極電解-機械微細切割加工方法。
技術介紹
對于金屬的微細切割加工方法主要有：(1)精密機械切割技術；(2)金剛石線鋸切割技術；(3)激光切割技術；(4)等離子切割技術；(5)微細磨料射流切割技術；(6)微細電火花線切割技術；(7)微細電解線切割技術；(8)電解-機械切割加工技術。精密機械切割技術其實質是被加工的金屬受剪力擠壓而發生剪切變形并分離的工藝過程。加工時工件產生應力，不適合加工薄的工件，且加工表面質量較差、噪音大和出材率低。金剛石線鋸切割技術是近十幾年獲得快速發展的一種切割方法，主要包括使用游離磨料和固結磨料兩類。使用游離磨料的往復式多線鋸在半導體和光電子工業中占據了主導地位，但該技術存在切割速度低、磨料污染等問題。目前已使用固結磨料的金剛石單向線鋸。固結磨料式線鋸也稱為金剛線，是指利用電鍍工藝或樹脂結合的方法，將金剛石磨料固定在金屬絲上。單向線鋸結構簡單，可實現高速走絲，進行成形加工，對促進切割加工方法的發展具有重要的現實意義。該技術具有切縫窄、出材率高、鋸切速度快、效率高、切割過程平穩和切割表面質量好等特點。但加工過程中，因金剛石顆粒所受載荷大，易磨損、破碎、脫落及鍍層磨損。激光切割技術是以激光的巨大能量(功率密度)直接聚集在被切零件的表面，產生足以使切割材料熔化甚至汽化的溫度，再輔以噴吹氣體吹走，從而達到分離材料的目的。該技術具有較高的切割效率，能夠切割多種材料，很適用于切割薄板。但對切割面有燒傷、加工精度低、表面質量差，存在熱影響區，成本比較高，對于厚工件的切割，切割速度明顯下降。等離子切割技術是利用高溫等離子電弧的熱量使工件切口處的金屬局部熔化和蒸發，并借助高速等離子的動量排除熔融金屬以形成切口的一種加工方法。幾乎能切割所有的金屬、非金屬、多層及復合材料，切割速度快，切口窄，其切口最小寬度能達到0.15mm。對于厚度不大的金屬切割，切割面較光潔；切割厚工件時會出現切割速度過低，切口寬度大，切割面的表面粗糙度過大等缺點。該加工方式是熱切割加工，加工時工件表面形成熱影響區，這對于某些特殊場合的使用受到限制。微細磨料射流切割技術是在純水射流中混入石英砂、金剛砂、石榴石、陶粒等非常硬的固體顆粒而形成的一類高壓射流。其切割原理是通過噴嘴加速后沖擊到被切割物表面，利用磨料顆粒對材料的沖蝕作用實現切割。其加工方式存在切割時間長、壓力大和切割厚度有限、加工速度慢、加工效率低、加工精度不理想等問題，特別是對中厚板的加工非常困難。此外，高壓水射流切割對所使用的一些水射流部件的性能要求高，如超高壓泵、旋轉密封、耐磨噴嘴和高壓管件等，制約著高壓水射流切割技術的進一步發展。微細電火花線切割技術特別適合復雜微小零部件加工的要求，但它是依靠火花放電進行材料去除，其工具電極絲在加工過程中有損耗，因此電極絲必須有較大的直徑，其微細加工能力受到較大限制。哈爾濱工業大學的狄士春等對火花放電蝕除表面質量進行了研究，提出了電火花加工過后，切割面上遺留一層白層，白層的存在影響了零件的加工質量。微細電解線切割是一種基于微細電解原理的線切割加工技術，特別適合金屬窄縫、窄槽微細結構的高精度加工。由于電解線切割技術還具有加工表面無裂縫、無應力、無變質層、與零件材料硬度無關等優點，尤其適合航空裝備中對加工表面質量有特殊要求的金屬微結構制造。國內、外研究人員對微細電解線切割加工技術進行了探索。SHIN等研究了超短脈沖、電解液濃度對加工間隙的影響；王昆等對微細電解線切割加工技術進行了深入、系統的研究，建立了加工理論模型，提出了電化學腐蝕法在線制備電極的新方法；利用這種方法，王少華等制備了直徑最小為2μm的絲狀電極，加工出了縫寬為8μm的微螺旋結構。現今，提高微細線切割電解加工技術的加工效率、加工精度、穩定性、切割面質量以及面向厚工件的加工越來越受到關注。隨著微細結構的變小，電解產物的排除越來越困難，而電解產物的排除對于微細線切割加工的成敗和工件加工質量有著重要的影響。電解-機械微細切割加工技術是以電解作為材料去除的主要方式，電解作用生成鈍化膜而影響電解的進一步進行，再以適當的機械作用去除鈍化膜。中國專利CN2787355Y揭露了超大厚度金屬材料的電解機械復合切割裝置，其采用的電極為復合電極，表面為固結磨料式電極，包括有芯部的金屬絲及金屬絲上間隔地固結絕緣磨料，或芯部的金屬絲及纏繞在金屬絲外圍的絕緣砂線，若是電鍍磨料砂線則先噴涂適當厚度的絕緣、耐磨、防腐蝕涂層使其絕緣。利用該電極能實現高精度加工，但該專利技術采用絕緣砂線纏繞在芯部金屬表面，電解加工間隙為砂線的直徑，加工間隙過大，電解加工效率不高。金屬絲外圍纏繞的絕緣砂線或對電鍍磨料砂線噴涂絕緣層，減少了金屬絲的裸露面積，降低金屬絲對工件的電解加工作用，進一步降低了電解加工效率。中國專利CN101797713A揭露了硅片的磨削/電解復合多線切割加工方法。該方法采用的電極為鍍銅合金鋼絲或金剛石固結磨料彈簧鋼絲，絲徑小于0.2mm，可以得到表面完整性好的太陽能硅片。但該加工方式金剛石顆粒損耗大、切割效率低。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對上述加工方法的不足，提出了一種加工質量好、低成本、設計巧妙、電極結構簡單且操作簡便的電解-機械微細切割加工方法。為了解決以上技術問題，本專利技術是通過以下技術方案予以實現的。本專利技術一種線鋸繞制電極電解-機械微細切割加工方法，包括以下步驟：(a)將兩股電鍍金剛石線鋸相互扭絞在一起制作電極；(b)將電極通過套筒準確固定在U型機架兩端的上皮帶輪的軸心位置，上皮帶輪通過同步帶與下皮帶輪相連，直流電機通過聯軸器和長軸與下皮帶輪相連接，電機啟動后，帶動電極高速自旋；(c)將工件陽極安裝工件夾具上，工件夾具經由壓電陶瓷定位在懸臂梁上，懸臂梁與數控機床Z軸剛性連接，工件陽極可以在Z軸方向進給或回退，并可利用壓電陶瓷的振動實現Z軸方向的低頻微幅振動；(d)加工過程中，泵使大電解液槽中的電解液經噴嘴噴射到加工區域，流入小電解液槽，若小電解液槽中的電解液液面高于電極穿過的貫通縫后，流入正下方大電解液槽，這樣形成電解液循環；(e)利用高頻窄脈寬電解加工電源作為電解電源，使正極接工件陽極，負極接電極；(f)利用金屬在電解液中發生的電化學陽極溶解的原理，通過高速自旋的電極、工件陽極的X、Y、Z三軸數控運動以及工件陽極低頻微幅振動將工件切割加工成型。與公知技術相比，本專利技術具有如下技術效果：①利用兩股電鍍金剛石線鋸相互纏繞制作成線鋸繞制電極，使電極產生具有凹凸的表面結構。在加工過程中，這種結構通過自旋能有效的改善加工間隙內流場狀態，促使電解液更新速率加快，利于電解產物的排除，使得電解加工質量大幅提高。并且該電極制作簡單，使用壽命長。②本專利技術利用絞合線形成的凹槽，加工過程中磨損的金剛石顆粒進入凹槽中，這樣在凹槽部分儲存著磨粒，可以提供更多的人造金剛石用于磨削，提高了磨削性能、切削效率和切削質量。③本專利技術通過改變工具電極和工件陽極之間的相對位置，采用工件陽極安裝在電極的上方，加工中的狹長縫隙面向下方，使加工過程中產生的電解產物在重力的作用下能夠容易地排出。④本專利技術工件陽極在加工過程中沿Z軸方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種線鋸繞制電極電解?機械微細切割加工方法，其特征在于包括下列步驟：(a)將兩股電鍍金剛石線鋸(1)相互扭絞在一起制作電極(2)；(b)將電極(2)通過套筒(6)準確固定在U型機架(14)兩端上皮帶輪(7)的軸心位置，上皮帶輪(7)通過同步帶(8)與下皮帶輪(10)相連，直流電機(13)通過聯軸器(12)和長軸(11)與下皮帶輪(10)相連接，電機(13)啟動后，帶動電極(2)高速自旋；(c)將工件陽極(23)安裝在工件夾具(24)上，工件夾具(24)經由壓電陶瓷(25)定位在懸臂梁上，懸臂梁與數控機床Z軸剛性連接，工件陽極(23)可以在Z軸方向進給或回退，并可利用壓電陶瓷(25)的振動實現Z軸方向的低頻微幅振動；(d)加工過程中，泵(19)使大電解液槽(21)中的電解液經噴嘴(26)噴射到加工區域，流入小電解液槽(22)，若小電解液槽(22)中的電解液液面高于電極(2)穿過的貫通縫后，流入正下方大電解液槽(21)，這樣形成電解液循環；(e)利用高頻窄脈寬電解加工電源作為電解電源(18)，使正極接工件陽極(23)，負極接電極(2)；(f)利用金屬在電解液中發生的電化學陽極溶解的原理，通過高速自旋的電極(2)、工件陽極(23)的X、Y、Z三軸數控運動以及工件陽極(23)的低頻微幅振動將工件切割加工成型。...

【技術特征摘要】
1.一種線鋸繞制電極電解-機械微細切割加工方法，其特征在于包括下列步驟：(a)將兩股電鍍金剛石線鋸(1)相互扭絞在一起制作電極(2)；(b)將電極(2)通過套筒(6)準確固定在U型機架(14)兩端上皮帶輪(7)的軸心位置，上皮帶輪(7)通過同步帶(8)與下皮帶輪(10)相連，電機(13)通過聯軸器(12)和長軸(11)與下皮帶輪(10)相連接，電機(13)啟動后，帶動電極(2)高速自旋；(c)將工件陽極(23)安裝在工件夾具(24)上，工件夾具(24)經由壓電陶瓷(25)定位在懸臂梁上，懸臂梁與數控機床Z軸剛性連接，工件陽極(23)可以在Z軸方向進給或...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李冬林，張偉，包家漢，楊樹寶，王全先，
申請(專利權)人：安徽工業大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34