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采用溶蝕鉆孔加工提升激光加工精度
在采用溶蝕加工時,電極和導(dǎo)電材料之間會發(fā)生放電現(xiàn)象。電極和工件浸入到不導(dǎo)電的脫離子水液體里,每個火花都對工件材料和電極進(jìn)行溶解和蒸發(fā),溶蝕下來的材料由電介體沖走。這種微鉆蝕工藝屬于埋入式溶蝕。
針對溶蝕工藝,采用旋轉(zhuǎn)式電極條,以便制成旋轉(zhuǎn)對稱的孔和開口。鉆孔過程分為兩個步驟:校準(zhǔn)和鉆孔本身。在校準(zhǔn)過程中,電極帶正電荷,工件帶負(fù)電荷,電極的頂端變成扁平狀。接著,極化被改變,溶蝕過程即告開始。這兩部分過程的旋轉(zhuǎn)速度分別為500r/min和1000r/min。
Posalux公司開發(fā)的Microfor微溶蝕系列(見圖1),為了控制推進(jìn)量和電極的旋轉(zhuǎn),設(shè)備采用了一種雙夾具裝置,這對于保證精度和生產(chǎn)結(jié)果的可重復(fù)性具有關(guān)鍵作用。該裝置由一個活動的張緊元件、一個電極傾斜裝置和一個導(dǎo)向元件以及校準(zhǔn)環(huán)構(gòu)成,活動的張緊元件可以在Z軸上移動,它負(fù)責(zé)電極的前移。傾斜裝置控制電極的跑出,它決定著鉆孔直徑的大小。

圖1在Posalux公司Microfor系列中有一種單軸的溶蝕機(jī),可用于單件生產(chǎn)或小批量生產(chǎn)場合,而4軸設(shè)備則適用于大批量生產(chǎn)
微型鉆孔的一個優(yōu)勢是可以整潔地進(jìn)行圓柱形或錐形鉆孔。每毫米孔深的錐度變化為±30μm。為了生成正錐體孔,電極必須在孔的入口處對準(zhǔn);如果是負(fù)錐體,則應(yīng)該在孔的出口處對準(zhǔn)。對此可使用一臺攝像機(jī),與檢測直徑、幾何外形和鉆孔定位的情況一樣。
另一個優(yōu)點(diǎn)是適合于微溶蝕的材料范圍很廣,除了鑄造材料、鋼材和淬火鋼之外,也可對碳化物、鈦、鉑金和導(dǎo)體搪瓷進(jìn)行加工。據(jù)廠家稱,此工藝對任何導(dǎo)體材料都有效,而且精度不會發(fā)生偏差。
對鉆孔直徑產(chǎn)生影響的是電極的規(guī)格和火花裂口(目前可行的是大約5μm)。本工藝的適用直徑范圍為50μm~1.8mm,孔的深度范圍為0.1~2mm。根據(jù)不同的孔徑和孔深,溶蝕時間為15~40s。
Microfor技術(shù)可以減少熱負(fù)荷面積,這可以減緩材料變形程度和溶蝕時典型的白色層的形成。當(dāng)孔徑為50~150μm時,在實(shí)驗(yàn)中可實(shí)現(xiàn)的白色層厚度為1~1.5μm。如果孔徑為150~300μm,則需要注入更大的能量,這時白色層的厚度zui大為3.5μm。通過減少投入的能量,可以減少上述數(shù)值,但是,設(shè)備的運(yùn)行時間會明顯延長。此類試驗(yàn)還表明,電極材料對白色層的構(gòu)成沒有影響,白色層只取決于投入的能量。

圖2緊湊型單軸造型是NMicroforFP1型設(shè)備的特點(diǎn),它為單件生產(chǎn)和小批量生產(chǎn)的使用場合而設(shè)計(jì)
投入的能量對表面粗糙度也具有重要的影響。投入的能量較小時,獲得的Ra值就小于1μm。
微溶蝕鉆孔的兩個應(yīng)用領(lǐng)域是燃料噴射元件生產(chǎn)和渦輪鏟的冷鉆孔。該工藝的其他應(yīng)用場合還有諸如鐘表生產(chǎn)行業(yè)、航天業(yè)和制藥業(yè)。
由于汽車領(lǐng)域的污染限度不斷上升,因此對微鉆蝕工藝的需求也越來越大。噴嘴采用錐形孔可以實(shí)現(xiàn)更佳的燃料發(fā)散效果,并且可減少氣穴的生成。其結(jié)果是節(jié)省了能源消耗量。
可提供的有兩種類型的Microfor設(shè)備。MicroforHP4型設(shè)備擁有4個軸,適用于大批量的生產(chǎn)。而MicroforFP1型設(shè)備則帶有一根軸,適用于小批量的生產(chǎn)。
預(yù)計(jì)在將來盡管微鉆蝕工藝會有長足的進(jìn)步,但是這項(xiàng)工藝還存在著優(yōu)化鉆孔外形、縮短加工時間等方面的改進(jìn)潛力。它的發(fā)展主要受脈沖發(fā)電機(jī)領(lǐng)域發(fā)展?fàn)顩r的影響。在這方面,主要的改進(jìn)目標(biāo)是放電時間和循環(huán)時間更短,表面粗糙度更低,無效生產(chǎn)時間更少。
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