CN102059417A - 内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极及机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极，包括金属材料的工具电极(2)，其轴向设置有电火花工作液内孔，端面形成电火花放电区，所述工具电极(2)的外侧面包覆有弹性磨料层(9)，且所述弹性磨料层(9)上开设有电火花工作液出口通道(3)。在此基础上，本发明还公开一种内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工机床，实现内圆孔电火花成型粗加工与弹性珩磨精加工一体化同步进行，有助于提高工件的加工效率与加工精度。

Description

内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极及机床

技术领域

本发明涉及电火花加工技术领域，尤其涉及一种内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极及机床，属于机械工程、机械制造领域的一种非传统加工技术。

背景技术

目前，单纯的电火花加工技术在模具工业和特殊加工中十分普遍，但是涉及复合加工的工艺方法还不很多。

申请号为“200410023547.X”的中国发明专利申请公开一种“非导电超硬材料电火花机械复合磨削方法与机床”，其利用旋转导电砂轮作为工具电极，薄片件作为工件电极；在电火花蚀出材料的同时，发挥机械磨削作用，去除变质层和炭化层，适合于薄片平面的加工。由于固结砂轮的刚性，对于电火花加工内圆孔的情况，其外径值固定，没有办法对内孔电火花加工的同时实施磨削、珩磨或研磨等复合工艺；此外，该发明针对非导电超硬材料的加工。

现实情况是，电火花加工在模具的各类孔加工中的应用十分广泛，特别是对于淬火钢、硬质合金等脆硬钢的加工独显优势；但是，对于孔表面质量有较高要求的情况，往往需要后续的抛光、研磨等工序来去除加工变质层并降低内孔表面的粗糙度。现有技术不能实现内孔电火花成型与弹性珩磨复合加工，从而影响了工件的加工效率及加工精度。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极及机床，有助于提高工件的加工效率与加工精度。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极，包括金属材料的工具电极(2)，其轴向设置有电火花工作液内孔，端面形成电火花放电区，其特征在于，所述工具电极(2)的外侧面包覆有弹性磨料层(9)，且所述弹性磨料层(9)上开设有电火花工作液出口通道(3)。

较优地，所述工具电极(2)的电火花工作液内孔由多个内喷孔构成。

较优地，所述工具电极(2)的横截面外轮廓为方形。

较优地，所述工具电极(2)的金属材料为黄铜、紫铜、低碳钢、中碳钢、不锈钢或合金钢之一。

较优地，所述电火花工作液出口通道(3)为沿所述工具电极(2)轴向开设的直槽。

较优地，所述电火花工作液出口通道(3)为螺旋槽。

较优地，所述弹性磨料层(9)嵌入一部分于所述工具电极(2)之中。

较优地，所述弹性磨料层(9)的厚度为电火花结构间隙值的2～3倍。

较优地，所述弹性磨料层(9)由微粉级的细磨料和邵氏硬度小于Hs50的聚氨酯橡胶混合而成。

在此基础上，本发明提供的内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工机床，包括上述专用电极，所述专用电极通过电极夹头(4)与电机(5)联接，该电机(5)通过电机安装底座(6)与机床主轴(7)相联。

与现有技术相比，本发明所提供的新型内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极及机床，可针对导电材料的内孔，实现集电火花成型粗加工与弹性磨料磨具珩磨精加工一体化，从而大大地提高工件的加工效率与加工精度，具体而言：

1、电火花加工效率较低，电火花成型加工占用时间较多，而本发明着眼于将电火花成型加工的时间与后续的抛光、研磨时间重合，从而实现平行作业、粗精合一；

2、特殊的复合电极旋转方式，有助于加工孔圆度、圆柱度的提高；

3、电火花去除材料的往复进给运动，使得磨粒与孔内壁相对运动轨迹复杂，形成交叉网纹，有利于降低粗糙度；

4、弹性层珩磨材料可屏蔽传统加工中已加工孔壁与专用工具电极侧面的二次放电，从而减少内孔圆柱面的锥度误差；

5、工序相对集中，可一次装夹，减少工件装夹次数；

6、弹性层珩磨电火花加工后工件材料，可使得内表面去除均匀。

附图说明

图1为本发明内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工机床结构示意图；

图2A为本发明内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极实施例一的纵向剖面图；

图2B为图2A的A-A向视图；

图3A为本发明内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极实施例二的示意图；

图3B为图3A的B-B向视图

图4为本发明内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极实施例三的横向截面图；

图5为本发明内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极实施例四的横向截面图。

其中，有关附图标记为：1、工作台；2、工具电极；3、电火花工作液出口通道；4、电极夹头；5、电机；6、电机安装底座；7、机床主轴；8、电火花工作液引入管；9、弹性磨料层；10、工件；11、工件垫铁。

具体实施方式

本发明的核心为，针对导电材料的内孔，设计一种集电火花成型粗加工与弹性磨料磨具珩磨的精加工于一体的专用电极及机床，包括以下两个方面的内容：

其一、集电火花内圆孔粗加工成型及弹性精密珩磨、研抛于一体复合加工工艺的工作原理及方法；

其二、实现电火花成型与弹性珩磨、研抛复合工艺的专用电极的结构设计、材料选择及制作方法。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，示出本发明内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工机床(以下简称电火花加工机床)的结构。该电火花加工机床黄铜或紫铜管状电极作为工具电极2，其外部涂覆一层弹性较好的橡胶磨料混合粘结的弹性磨料层9，并在该弹性磨料层9上拉制出电火花工作液出口通道3。压力为0.5～2MPa的电火花工作液从电火花工作液引入管8流经电极夹头4进入工具电极2的电火花工作液内孔，进而到达工具电极2端面的电火花放电区，以满足电火花放电的基本条件。电火花工作液从出口空槽3流出到达工作台1的台面，回到电火花工作液箱，经过滤后再由压力泵抽出进入电火花工作液引入管8，实现循环供给。

如图1所示，工具电极2通过电极夹头4与调速电机5联接，而该电机5通过电机安装底座6与电火花机床的机床主轴7相连。电火花工作液放电工作时，工具电极2可随机床主轴7按图示F方向上下伺服运动而实现自动进给，还可随电机5按图示n方向回转而旋转，整个工具电极2的运动类似于普通珩磨加工运动。

该电火花机床的复合工艺加工的工作原理，由工具电极2和弹性磨料层9构成的特殊电极，其端面实现电火花圆孔加工，而其外圆侧面自动实施珩磨加工。以下对本发明电火花机床的加工过程进一步说明。

开启电火花机床后，工具电极2端面按照常规电火花加工方式对固定于工件垫铁11上的工件10逐步加工出圆孔；由于弹性磨料层9的外径比加工出的圆孔内径大，在强制进入孔后对孔壁始终施加一定的预压力，使得工具电极2的外层弹性磨料层9随之相应地与已经加工出圆孔的侧壁紧密接触；伴随工具电极2上下进给运动F和回转运动n，从而对工件10上电火花已加工孔实现珩磨加工，去除孔壁电火花进给所留下的烧伤变质层，并降低孔壁的表面粗糙度。

由此可见，本发明电火花机床的关键部件为其专用复合电极结构，以下进一步描述。

同时参加图2A、图2B，示出内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极实施例一的结构。该专用电极的内部层为金属材料的工具电极2，其轴向设置有电火花工作液内孔，端面形成电火花放电区，整体上与普通电火花加工所用的内喷工具电极没有差异；外部层为工具电极2外侧面包覆的弹性磨料层9，它的上面开设有电火花工作液出口通道3，以方便电火花工作液液从加工区流出。

同时参见图3A、图3B，示出内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极实施例二的结构。为了电火花工作液从加工区流出，专用电极的外部层即弹性磨料层9必须开槽作为电火花工作液出口通道3。开槽有多种结构：如图3所示，电火花工作液出口通道3为螺旋槽；也可如图2A所示，沿工具电极2的轴向开设直槽，作为弹性磨料层9上的电火花工作液出口通道3。弹性磨料层9上的开槽工艺也有多种，在单件生产可以采用拉拔方式制成，而批量较大时靠硫化橡胶模具结构来实现，在此不再赘述。

参见图4，示出内圆孔电火花成型与弹性磨复合加工专用电极实旋例三的结构。如果为盲孔加工，工具电极2内孔直径较大时可能留下残芯。这时可采用图3所示的内喷结构，即电火花工作液内孔由2个或两个以上的内喷孔构成，其内喷孔可为棱柱形。特别地，为了加强外部层即弹性磨料层9与工具电极2的结合强度，优选地将弹性磨料层9嵌入一部分在工具电极2内。

参见图5，示出内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极实施例四的结构。由于工具电极2工作时是旋转的，因此需进一步考虑弹性磨料层9与工具电极2的结合强度。优选地，工具电极2采用图5所示的方形结构，即工具电极2的横截面外轮廓为方形。由于橡胶磨料层9与工具电极2的结合面积更大，因而两者的强度可以更加牢固。

一般地，以上实施例中的工具电极2所用金属材料优选采用黄铜、紫铜，也可以使用低碳钢、中碳钢、不锈钢、合金钢等；而外部层即弹性磨料层9由微粉级的细磨料和邵氏硬度小于Hs50的聚氨酯橡胶组成，而弹性磨料层9的厚度根据橡胶的硬度一般选择为电火花结构间隙值的2～3倍。

前述本发明专用复合电极、工艺装置和方法都可以在现有市场和工厂条件下实现，其采用的电火花机床可以是老式的伺服进给机床，也可以是单轴、三轴数控电火花机床，建议按以下方式实施：

1、螺旋橡胶开槽复合材料工具电极制造更为简单、容易，但是其导向、稳定效果稍差；

2、橡胶的硬度和厚度选择应根据工件材料和加工孔的深度而定，即孔越深橡胶硬度越小，厚度越大；

3、由于电火花加工时间多，研磨、珩磨的时间相应地较长，故速度不必太高，回转速度可以在50-200RPM之间选择；

4、鉴于电极的材料有比较多的选择，综合考虑以其中紫铜最为合适；

5、注意橡胶弹性磨料层9与工具电极2金属层的粘接或结合强度，如果采用粘接方式，应使用耐水AB胶；如果采用硫化工艺，必须注意金属结合面需毛化。

6、加工电规准的选择考虑大而集中的脉冲能量和高的电流密度，使其产生的瞬时高温比普通电火花加工高，保证加工的孔直径不致于扩大。

本发明可实现集电火花成型粗加工与弹性磨料磨具珩磨精加工一体化，从而大大地提高工件的加工效率与加工精度，其主要优点包括但不限于以下方面：

1、普通电火花加工效率较低，电火花成型加工占用时间多，而本发明着眼于将电火花成型加工的时间与后续的抛光、珩磨、研磨时间重合，做到平行作业、粗精合一，不需后续工序；

2、特殊的复合电极旋转方式，有助于加工孔圆度、圆柱度的提高；

3、电火花去除材料的往复进给运动，使得磨粒与孔内壁相对运动轨迹复杂，形成交叉网纹，利于降低粗糙度；

4、弹性层珩磨材料可屏蔽传统加工中已加工孔与工具电极的二次放电，减少孔的锥度误差；

5、工序集中，一次装夹，减少工件装夹次数，提高装配效率；

6、弹性层珩磨材料使得内表面的电火花加工烧伤层被均匀去除，改善其物理力学性能。

7、本发明的技术实施效果具体可达到以下性能指标：孔壁的圆度可达0.02，圆柱度可达0.04，孔壁的粗糙度可达Ra0.1-0.4μm；减少后续工序，比多工序达到同样效果节约设备和人力，综合效率提高80％，综合加工成本比多工序降低40％左右。

顺便指出的是，专用复合电极制作的工艺实施比普通电火花加工复杂；同时，专用电极需要回转，因而回转电极布置在机床主轴上，其主轴头需要更高的刚性。

以上对本发明进行了详细介绍，文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极，包括金属材料的工具电极(2)，其轴向设置有电火花工作液内孔，端面形成电火花放电区，其特征在于，所述工具电极(2)的外侧面包覆有弹性磨料层(9)，且所述弹性磨料层(9)上开设有电火花工作液出口通道(3)。

2.如权利要求1所述的内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极，其特征在于，所述工具电极(2)的电火花工作液内孔由多个内喷孔构成。

3.如权利要求1所述的内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极，其特征在于，所述工具电极(2)的横截面外轮廓为方形。

4.如权利要求1所述的内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极，其特征在于，所述工具电极(2)的金属材料为黄铜、紫铜、低碳钢、中碳钢、不锈钢或合金钢之一。

5.如权利要求1所述的内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极，其特征在于，所述电火花工作液出口通道(3)为沿所述工具电极(2)轴向开设的直槽。

6.如权利要求1所述的内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极，其特征在于，所述电火花工作液出口通道(3)为螺旋槽。

7.如权利要求1所述的内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极，其特征在于，所述弹性磨料层(9)嵌入一部分于所述工具电极(2)之中。

8.如权利要求1所述的内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极，其特征在于，所述弹性磨料层(9)的厚度为电火花结构间隙值的2～3倍。

9.如权利要求1-8任一项所述的内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极，其特征在于，所述弹性磨料层(9)由微粉级的细磨料和邵氏硬度小于Hs50的聚氨酯橡胶混合而成。

10.一种内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工机床，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的内圆孔电火花成型与弹性珩磨复合加工专用电极，所述专用电极通过电极夹头(4)与电机(5)联接，该电机(5)通过电机安装底座(6)与机床主轴(7)相连。

Images