一种新型电极复合电加工装置及加工方法与流程

本发明涉及电加工技术领域，具体是一种新型电极复合电加工装置及加工方法。

背景技术：

金属基复合材料与传统的金属材料相比较，刚度和强度比较高；与碳化硅基材料相比较，韧性和冲击性能更高。在金属基复合材料中，应用得最为广泛的是铝基复合材料，颗粒增强铝基复合材料是以铝或铝合金为连续相而陶瓷颗粒为第二组成相的复合材料，铝基复合材料的性能取决于基体合金和增强相的特性、含量、分布等。与基体合金相比，铝基复合材料具有许多优良的性能。

金属基复合材料本身的成分以及结构特点，使其具有不同于增强相与金属基体的物理特性，甚至产生比组合物更强的性能，这些优良的性能就决定了金属基复合材料是一种超难加工的材料，尤其是铝基复合材料更是一种典型的硬度高、强度大、难切削的材料，并且随着增强相分数的增加和陶瓷颗粒的增大，加工会变得越发地困难，尤其是二次加工的困难更是限制其工业应用的瓶颈问题。目前加工金属基复合材料的加工方法主要有传统加工方法与特种加工方法，传统加工方法主要是机械切削加工，特种加工方法主要包括磨料水射流加工、激光加工、激光辅助微切削加工、超声辅助磨削加工、电火花加工、电火花磨削加工、电化学放电加工，特种加工方法的加工机理各有区别，也各自有各自的优缺点。

尽管电火花加工方法的加工速度相对来说比较低，但由于电火花成型以及电火花线切割的加工精度相对比较高，而且能够加工出复杂的几何结构，目前放电加工是一种较为有效的金属基复合材料加工方法，研究者对颗粒增强金属基复合材料电火花加工技术进行了大量的研究。而在采用电火花加工工艺对金属基复合材料进行加工的过程中，一方面，由于材料中的陶瓷颗粒熔点非常高，在加工过程中难以汽化或者熔化，随着加工的进行，高熔点的陶瓷颗粒将不断在加工表面集结，从而引起不正常的电弧放电现象，造成电极损坏，此外电火花加工后的工件表面质量也很难满足实际需要。

尤其值得一提的是，材料中的颗粒增强相一般为陶瓷或氮化硅等绝缘颗粒，并且该类材料熔点高。因此在加工过程中颗粒相很难以汽化或者熔化的形式去除，而是随着加工的进行，该类增强相颗粒材料不断的堆积在间隙中，并难以排出加工间隙，易导致不正常的放电加工现象，出现加工质量差、加工效率低以及电极损耗大等问题。

有研究人员设计了开槽、削边、中空以及多边形等新颖的工具电极，采用各种放电复合加工的方法，试图促进增强相颗粒等碎屑的排出，提高加工颗粒增强金属基复合材料的加工效率，改善加工质量以及降低电极损耗等，但是加工的表面质量并不理想。

传统的机械加工在加工颗粒增强金属基复合材料时，刀具存在较大的损耗，并且频繁更换刀具易导致加工效率低，成本高等问题。此外采用开槽、削边、中空以及多边形等工具电极，均能一定程度上促进在电火花加工颗粒增强金属基复合材料时，颗粒增强相的排出。但是在实际的电火花加工中存在的颗粒相尺度大小不均，并且开槽、削边以及多边形等电极虽然能促进排屑，但其加工的表面质量并不理想。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型电极复合电加工装置及加工方法，具有排屑能力强、加工效率高，加工精度和加工质量高的有益效果，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新型电极复合电加工装置，包括加工槽，加工槽内侧设有用于放置工件的工件支撑座，加工槽一侧设有工作液系统，工作液系统包括工作槽、过滤器和高压泵，工作槽由绝缘材料制作而成，加工槽的出液口与导液管一端连接，导液管另一端伸入工作槽内，工作槽内设有浸入工作液的导液管，导液管一端与过滤器的进液口连接，过滤器的出液口通过导液管与高压泵的进液口连接，高压泵的出液口通过导液管与旋转接头的进液口管接，旋转接头可转动地安装在导液管上，旋转接头底侧设有主轴电机，主轴电机呈中空状，旋转接头通过主轴电机的通孔与主轴电机连接，主轴电机输出端设有高速旋转轴承，高速旋转轴承上设有引电螺钉，主轴电机的输出端通过夹头与工具电极的一端连接，工具电极外侧包覆有磨料层，且截面呈环形波浪状，工具电极中部设有沖液孔。

作为本发明再进一步的方案：所述磨料层是用铜粉和磨粒在工具基体上(基体为铁或钢)烧结成，所述磨料层厚度为0.5mm-10mm，磨粒粒径在20微米-150微米。

作为本发明再进一步的方案：所述磨料层的制备方法为：将铜粉和磨粒按照1：0.1-1：10的比例混合，通过模具定型，在1000-1200℃下烧结而成，所述磨粒为金刚砂。

作为本发明再进一步的方案：沖液孔的冲液压力为0～20mpa。

作为本发明再进一步的方案：高速旋转轴承转速为0～20000rmp。

作为本发明再进一步的方案：工具支撑座与工件相匹配。

作为本发明再进一步的方案：工件支撑座由易导电金属材质制作而成，工件为颗粒增强金属基复合材料。

作为本发明再进一步的方案：主轴电机底部安装有导向柱，导向柱底部安装有导向器。

作为本发明再进一步的方案：工具电极外侧设有轴承，轴承外侧安装有胶套轴承固定座，胶套轴承固定座安装在导向柱一侧。

作为本发明再进一步的方案：工件通过导线与脉冲电源的正极电连接，脉冲电源的负极通过导线与引电螺钉电连接，引电螺钉通过导线与控制系统电连接，控制器通过导线与工件支撑座电连接。

本发明还提供一种采用上述新型电极复合电加工装置及加工方法，所述方法包括以下步骤：

s1：将工件放置在工件支撑座上；

s2：通过高压泵使工作槽内的工作液通过导液管进入过滤器，过滤器对导液管的工作液进行过滤，过滤后的工作液在高压泵的作用下通过导液管输送至旋转接头后进入主轴电机的通孔，并进一步通过工具电极的沖液孔流向加工区域，加工间隙中的颗粒增强相碎屑通过工具电极的环形波浪槽排出加工区域；

s3：加工槽内的工作液进一步通过导液管进入工作槽内。

作为本发明再进一步的方案：工具电极截面呈环形波浪状，工具电极中部设有沖液孔，沖液孔的冲液压力为0～20mpa。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的工具电极外侧包覆有磨料层，且具有截面呈环形波浪状的异型结构，工具电极在放电加工过程中通过工具电极表面的磨料层对工件表面进行磨削，能有效提高加工表面质量，同时还能达到边放电边磨削的作用。

2.本发明的异型结构工具电极具有更大的排屑空间，同时配合沖液孔以及在高压泵作用下形成的冲压力，提高极间的冲刷能力，具有较强的排屑能力，特别适用于颗粒增强金属基复合材料的加工。

3.本发明能有效的改善极间的加工状态，放电加工过程更加稳定，并能明显地提高加工效率，改善加工质量。特别是在小孔的加工中相比于传统的排屑方式，本发明的加工效果更为明显。

4.由于本发明的工具电极具有较大的排屑空间，同时配合高速沖液孔以及较大的冲液压力(冲液压力为0～20mpa)，提高极间的冲刷能力，高速旋转轴承(其转速为0～20000rmp连续可调)用于控制工具电极的高速旋转，其磨削能力和排屑能力进一步增强。此外通过导向器以及导向柱等，控制工具电极高速旋转时的旋转精度，利于提高加工精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明工具电极加工状态的结构示意图。

图3为本发明图2中a-a的截面示意图。

图4为本发明对比工具电极加工状态的结构示意图。

图5为图4中b-b的截面示意图。

图中标识：

加工槽1，工件支撑座2，

工作液系统3，工作槽31，过滤器32，高压泵33，工作液34，

旋转接头4，主轴电机5，高速旋转轴承6，引电螺钉7，夹头8，工具电极9，沖液孔10，导向柱11，导向器12，胶套轴承固定座13，脉冲电源14，控制系统15，工件16，加工间隙17、磨料层18。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1-3，本发明实施例中，一种新型电极复合电加工装置，包括加工槽1，加工槽1内侧设有用于放置工件16的工件支撑座2，工具支撑座与工件16相匹配；工件支撑座2由易导电金属材质制作而成，工件16为颗粒增强金属基复合材料；加工槽1一侧设有工作液系统3，工作液系统3包括工作槽31、过滤器32和高压泵33，工作槽31由绝缘材料制作而成，工作槽31内设有浸入工作液34的导液管，导液管一端与过滤器32的进液口连接，过滤器32的出液口通过导液管与高压泵33的进液口连接；加工槽1的出液口与导液管一端连接，导液管另一端伸入工作槽31内，加工槽1内的工作液34进一步的通过导液管进入工作槽31，使得工作液34能循环流动，从而用于加工工具电极9的工作液34能够更新，提高了放电加工过程中加工的稳定性，从而提高加工效率，改善加工质量，在深小孔的加工中，相比于传统的排屑方式，本发明的加工效果将更为明显；高压泵33的出液口通过导液管与旋转接头4的进液口管接，旋转接头4可转动地安装在导液管上，旋转接头4底侧设有主轴电机5，主轴电机5底部安装有导向柱11，导向柱11底部安装有导向器12，通过导向器12以及导向柱11等，控制工具电极9高速旋转时的旋转精度，利于提高加工精度；主轴电机5呈中空状，旋转接头4通过主轴电机5的通孔与主轴电机5连接，主轴电机5输出端设有高速旋转轴承6，高速旋转轴承6转速为0～20000rmp，高速旋转轴承6上设有引电螺钉7，主轴电机5的输出端通过夹头8与工具电极9的一端连接，工具电极9外侧包覆有磨料层18，其截面呈环形波浪状，工具电极9中部设有沖液孔10，沖液孔10的冲液压力为0～20mpa；工具电极9外侧设有轴承，轴承外侧安装有胶套轴承固定座13，胶套轴承固定座13安装在导向柱11一侧；请参阅附图2，由于异型电极具有更大的排屑空间，同时配合沖液孔10以及在高压泵33作用下形成的冲压力，提高极间的冲刷能力，具有较强的排屑能力，特别适用于颗粒增强金属基复合材料的加工。此外，当工作液34更换为具有导电性的电解液时，还可以将新方法的排屑方式用于电解复合加工和电化学放电复合加工等工艺中，适用于各类材料的高效率、高质量的小孔或铣削加工。

本发明中一个较佳的实施例，工件16通过导线与脉冲电源14的正极电连接，脉冲电源14的负极通过导线与引电螺钉7电连接，引电螺钉7通过导线与控制系统15电连接，控制器通过导线与工件支撑座2电连接。

请参阅附图1-3，本发明的工作原理是：本发明需要对工件16进行加工时，通过高压泵33使工作槽31内的工作液34通过导液管进入过滤器32，过滤器32对导液管的工作液34进行过滤，过滤后的工作液34在高压泵33的作用下通过导液管，再由导液管将过滤后的工作液34输送至旋转接头4后进入电机主轴中部开设的通孔，并进一步通过工具电极9的高速沖液孔10流向加工区域，在工具电极9的高速转动过程中，加工间隙17中的加工屑将通过工具电极9的截面槽排出加工区域，利用排屑空间大以及排屑能力更强的异形电极作为工具电极9，同时配合沖液孔10以及在高压泵33作用下形成的较大的冲液压力，从而极大地提高极间的冲刷能力。并且，本发明的工具电极外侧包覆有磨料层，且具有截面呈环形波浪状的异型结构，工具电极在放电加工过程中通过工具电极表面的磨料层对工件表面进行磨削，能有效提高加工表面质量，同时还能达到边放电边磨削的作用。

请参阅附图4-5，作为本发明的对比工具电极，图4-5的工具电极本发明的工具电极的区别仅在于其截面为圆形的工具电极，而非本发明中的截面呈环形波浪状的异型结构电极；显然，本发明的异型电极具有磨削能力而且具有更大的排屑空间，具有更强的排屑能力，特别适用于颗粒增强金属基复合材料的加工。本发明突破现有颗粒增强金属基复合材料加工技术的制造瓶颈，同时新方法优异的排屑能力以及工作液34的更新能力还有望突破现有小孔加工中高精度，高表面质量以及高深径比的制造瓶颈。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。