本发明涉及一种冲击破除氧化膜的高效火花电解射流加工方法，属于电化学加工领域。
背景技术：
随着科学技术的发展，现代航空、航天、船舶等工业领域中使用了大量高温合金、钛合金等金属材料。比如，钛合金占了第四代战斗机f-22所使用材料总量的41%。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约8%的增长速度发展。世界钛合金加工材年产量已达4万余吨，钛合金牌号近30种。使用最广泛的钛合金是ti-6al-4v(tc4),ti-5al-2.5sn(ta7)和工业纯钛（ta1、ta2和ta3）。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。然而，钛合金的强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好的特点导致它的工艺性能差，切削加工困难；在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质；还有抗磨性差，生产工艺复杂。这些都给传统制造技术带来了诸多挑战。
电解加工是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理将工件加工成形的一种特种加工方法。加工时，工件接直流电源的正极，工具电极接负极，两极之间保持较小的间隙。电解液从极间间隙中流过，使两极之间形成导电通路，并在电源电压下产生电流，从而形成电化学阳极溶解。随着工具相对工件不断进给，工件金属不断被电解，电解产物不断被电解液冲走，最终两极间各处的间隙趋于一致，工件表面形成与工具工作面基本相似的形状。从原理上，电解加工几乎可以加工所有的导电材料，并且不受材料的强度、硬度、韧性等机械、物理性能的限制，加工后材料的金相组织基本上不发生变化。而且电解加工过程中工具和工件不接触，不存在机械切削力，不产生残余应力和变形，没有飞边毛刺，工具阴极无损耗。电解加工的这几大优点很大程度上解决了机械加工钛合金存在的问题，所以目前已经成为钛合金加工主要方法之一。
在电解射流中，一般采用中空金属管作为电解液喷嘴，以类似铣削的方式，通过控制工具阴极的数控轨迹，形成加工表面。在加工过程中，电流主要从喷嘴内侧壁经电解射流到达工件表面。电解液冲击到工件表面后四散开形成电解液流膜，与射流液柱尺寸相比，此膜厚度极薄，大部分电流都被束缚在电解液柱下，而电解液流膜处的电流密度迅速下降。因此，对于钛合金表面致密氧化膜，电解加工很难大面积的快速去除，这严重降低了射流加工钛合金的效率。
技术实现要素：
一种冲击破除氧化膜的高效火花电解射流加工方法，其特征在于包括以下过程：
步骤1、电解射流加工与电解电火花复合加工间隔进行
步骤1-1、在保证管电极距离工件表面的加工间隙为不变的条件下，管电极以水平速度v1从当前电火花加工点快速平移到下一个电火花加工点，其中平移距离为δx，在平移过程中管电极对工件表面进行电解射流加工；
步骤1-2、在电火花加工点，管电极沿z竖直方向以速度v2上下高速震动，震动过程中，加工间隙在h1和h2之间不断变化，其中h2小于h1；在高速震动过程中，在加工间隙的快速压缩过程中，大大提高了能量密度，以致形成放电通道，使管电极在电解加工的同时进行高能量密度火花放电，快速破除钛合金工件表面的氧化膜和部分金属机体材料；同时利用震动冲击过程中的间隙的周期性快速变化快速排出产物，并且拉断电弧，放置持续拉弧的发生；
由于火花放电去除氧化层是在一瞬间完成的，因此其相比于电解加工需要数秒甚至十几秒才能去除氧化层，这大大提高了加工效率。管电极沿z方向的高速震动，使得加工区流场波动巨大，也有利于产物的快速排出。此外，管电极沿z方向的高速震动也会使得加工间隙的不断变化，当加工间隙足够大的时候放电通道自动断开，这可以避免持续的拉电弧而烧伤工件和刀具。
在每个电火花加工点，管电极震动1-2个周期后继续快速平移，重复步骤1-1至步骤1-2，直至加工路径上所有的点均被去除氧化膜为止，完成对加工路径上钛合金工件表面氧化膜的去除工作；
上述加工过程中高速流动的低温电解射流对管电极和钛合金工件进行冷却，减少热影响区域；
步骤2、电解射流精加工
在第一步完成之后，管电极按原加工轨迹或原加工轨迹反向高速水平移动，对去除氧化膜后的凹凸不平的钛合金工件表面进行电解射流精加工。
冲击破除氧化膜的高效火花电解射流加工方法，其特征在于：上述h1根据电解工艺确定，h2根据电火花工艺确定，δx为1-2倍管电极直径。
由于本发明主要依靠电解射流去除钛合金工件表面材料，所以h1根据电解工艺确定。同时，为了利用火花放电快速去除钛合金工件表面的氧化层，防止氧化层对后续射流电解加工产生不利影响，必须将加工间隙缩短至能够产生火花放电的间隙h2。δx为1-2倍管电极直径，是为了保证加工路径上的大部分氧化物都可以有效的被管电极端部的火花放电快速去除。根据加工经验可知，在管电极火花放电加工时，管电极对1-2倍管电极直径的范围工件表面具有去除作用，因此将管电极平移间距δx设置为1-2倍管电极直径。
附图说明
图1是未破除氧化膜时快速射流加工钛合金示意图；
图2是高速震动冲击快速破除氧化膜后高效铣削加工钛合金示意图；
图3是高速震动冲击快速破除氧化膜过程中，电极和工件间的加工间隙ieg与电极水平位移x的关系示意图；
其中标号名称为：1.管电极；2.氧化膜；3.钛合金工件；4.火花放电；5.电解射流。
具体实施方式
图1是未破除氧化膜时快速射流加工钛合金示意图，图1（a）中的管状管电极1）只进行电解射流加工，管电极1距离工件表面的加工间隙为h1。当电解射流5）从管电极1内侧壁喷射冲击到工件表面后，四散开形成电解液极薄液膜。电解液中的电流大部分都被束缚在电解液柱下，而电解液液膜处的电流密度迅速下降。所以只能溶解电解射流5液柱下很小一片区域的钛合金致密氧化膜2。在保证加工间隙h1不变的条件下，当管电极1以水平速度v1快速平移，管电极1在单位面积上停留的时间不足，则无法完全溶解钛合金氧化膜2。所以在图1（b）中出现了一些未溶解去除的氧化膜2，使得表面坑坑洼洼。如果要完全溶解对应的钛合金致密氧化膜（2，就必须放慢管电极1的水平移动速度，但这会大大降低射流加工的效率。
图2是高速震动冲击快速破除氧化膜后高效铣削加工钛合金示意图。如图所示，管电极1以水平速度v1平移进行电解加工，移动一定距离后，管电极1沿z竖直方向高速v2上下震动。震动过程中，加工间隙在h1和h2之间不断变化，如图2（a）和图2（b）所示。从图2（b）可以看出，加工间隙的快速压缩大大提高了能量密度，以致形成放电通道，使管电极1在电解加工的同时进行高能量密度火花放电4，快速破除钛合金工件3表面的氧化膜2和部分金属机体材料。粗加工完成后的表面质量如图2（c），加工后的表面无氧化膜2。但是，由于加工面在加工过程中受到火花放电爆炸冲击，所以较为粗糙。在粗加工完成之后，快速水平移动管电极1按原加工轨迹返回，对凹凸不平的较为粗糙的加工表面进行电解射流精加工，如图2（d）所示。最终将钛合金工件3表面加工光滑而平整，如图2（e）所示。
图3是高速震动冲击快速破除氧化膜过程中，电极和工件间的加工间隙ieg与电极水平位移x的关系示意图。从图3中可以看出，管电极的运动轨迹具有周期性，加工间隙也是周期性变化的。
本发明提出的一种冲击破除氧化膜的高效火花电解射流加工方法，能够通过高能量密度火花放电4迅速破除钛合金工件3表面的氧化膜2，解决氧化膜2导致的钛合金电解加工效率低的问题，大大提高射流电解加工钛合金的效率。但是以上描述并不能理解为对本发明专利的限制。应该说明的是，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改善，这些均应落入本发明专利的保护。
1.一种冲击破除氧化膜的高效火花电解射流加工方法，其特征在于包括以下过程：
步骤1、电解射流加工与电解电火花复合加工间隔进行
步骤1-1、在保证管电极（1）距离工件表面的加工间隙为h1不变的条件下，管电极（1）以水平速度v1从当前电火花加工点快速平移到下一个电火花加工点，其中平移距离为δx，在平移过程中管电极对工件表面进行电解射流加工；
步骤1-2、在电火花加工点，管电极（1）沿z竖直方向以速度v2上下高速震动，震动过程中，加工间隙在h1和h2之间不断变化，其中h2小于h1；在高速震动过程中，在加工间隙的快速压缩过程中，大大提高了能量密度，以致形成放电通道，使管电极（1）在电解加工的同时进行高能量密度火花放电（4），快速破除钛合金工件（3）表面的氧化膜（2）和部分金属机体材料；同时利用震动冲击过程中的间隙的周期性快速变化快速排出产物，并且拉断电弧，放置持续拉弧的发生；
在每个电火花加工点，管电极（1）震动1-2个周期后继续快速平移，重复步骤1-1至步骤1-2，直至加工路径上所有的点均被去除氧化膜为止，完成对加工路径上钛合金工件（3）表面氧化膜（2）的去除工作；
上述加工过程中高速流动的低温电解射流（5）对管电极（1）和钛合金工件（3）进行冷却，减少热影响区域；
步骤2、电解射流精加工
在第一步完成之后，管电极（1）按原加工轨迹或原加工轨迹反向高速水平移动，对去除氧化膜（2）后的凹凸不平的钛合金工件（3）表面进行电解射流精加工。
2.根据权利要求1所述的冲击破除氧化膜的高效火花电解射流加工方法，其特征在于：
上述h1根据电解工艺确定，h2根据电火花工艺确定，δx为1-2倍管电极（1）直径。
技术总结