CN108080753A - 内孔微槽的放电加工装置及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种内孔微槽的放电加工装置及其加工方法，包括以下步骤:A、根据加工工件内孔的内壁面所需的形状，选择所需形状的工具电极；B、将所述工具电极放入所述工件的内孔中，且所述工具电极的微尖端与所述工件的内孔的内壁面接触；C、利用电火花放电加工，使得所述工具电极的微尖端均形成一放电通道产生电火花腐蚀，并在所述内孔的内壁面形成第一微槽。本发明提供的内孔微槽的放电加工方法，能够在工件内孔内壁面一次放电加工出所需的微槽阵列结构，有效提高工件内孔的内壁面的耐磨性；且由于所有微尖端同时放电，被蚀除表面光滑性整体提高，加工表面粗糙度降低，有效提高了加工质量。
Description
技术领域
本发明属于微槽放电加工技术领域，更具体地说，是涉及一种内孔微槽的放电加工装置及其加工方法。
背景技术
目前，微型化、精密化、复杂化是当今机电产品的重要发展方向。在光电通讯、模具制造等许多领域中，许多关键零件通常具有数量较多、较为复杂的内孔。为了提高内孔的内壁面的耐磨性，一般会在内孔的内壁面加工出环形微槽。然而由于内孔的数量过多，要在这些内孔的内壁面加工环形微槽，一般的加工方法难以达到加工要求。
现有技术中主要采用车、镗、钻等传统加工方法实现在内孔的内壁面加工出环形微槽，虽然采用该方法也能实现在内孔的内壁面加工出环形微槽，然而其需要制造复杂昂贵的车夹具和专用刀具，从而导致生产成本较高、生产效率低、劳动强度大、生产安全性差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内孔微槽的放电加工装置及其加工方法，以解决现有技术中由于采用车、镗、钻等传统加工方法加工出的工件内孔的环形微槽存在生产成本较高、加工效率低、加工质量差且劳动强度大，生产安全性差的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种内孔微槽的放电加工方法，包括以下步骤:
A、根据加工工件的内孔的内壁面所需的形状，选择所需形状的工具电极；
B、将所述工件与所述工具电极分别与脉冲电源的两极相连接，并将所述工具电极的微尖端放入所述工件的内孔中，且所述工具电极的微尖端与所述工件的内孔的内壁面接触；
C、利用电火花放电加工，使得所述微尖端均形成一放电通道产生电火花腐蚀，并在所述内孔的内壁面形成第一微槽。
进一步地，在所述步骤A之前还包括以下步骤：
A01、将工具电极固定在夹具上，所述夹具固定在磨床上，且所述工具电极以转速N2旋转；金刚石砂轮以转速N1旋转，且所述金刚石砂轮的旋转中心线与所述工具电极的轴线平行，所述金刚石砂轮以法向进给深度ap在所述工具电极的放电端部上加工出一个第二微槽；
A02、当完成一个所述第二微槽的加工后，所述金刚石砂轮沿法向方向退回预设距离，所述磨床带动所述工具电极沿所述工具电极的轴线方向轴向进给距离a后，继续重复步骤A01的步骤；
A03、重复步骤A01和A02的步骤，直至完成所需个数的第二微槽的加工。
进一步地，所述步骤A03加工完成后的工具电极的相邻两个所述第二微槽之间形成所述微尖端。
进一步地，所述第二微槽的横截面外轮廓形状为V形、梯形或者矩形。
进一步地，所述第二微槽包括底面以及与所述底面的两侧分别连接的两侧面，任意一所述侧面与所述底面之间形成的夹角为30°～150°，所述两侧面之间形成的间距为50微米～500微米。
进一步地，所述第二微槽的深度为50微米～500微米。
进一步地，所述步骤A01中，所述金刚石砂轮的转速N1为2000～3000转/分，所述金刚石砂轮的法向进给速度为200～400mm/min。
进一步地，所述步骤A02中，所述工具电极沿所述工具电极的轴线方向轴向进给距离a为1微米～3微米。
内孔微槽的放电加工装置，包括：
工具电极，所述工具电极包括主体部，以及设置于所述主体部一端的用于在放电时伸入工件的内孔中的放电端部，所述放电端部的外壁上沿圆周方向设有多个第二微槽，相邻两个所述第二微槽之间形成有凸起的用于在放电时与所述内孔的内壁面接触形成放电通道的微尖端；
以及，脉冲电源，所述脉冲电源的两极分别用于与所述工件、所述工具电极电连接。
进一步地，所述第二微槽的横截面外轮廓形状为V形、梯形或者矩形。
本发明提供的内孔微槽的放电加工装置及其加工方法的有益效果在于：与现有技术相比，
(1)、通过利用工具电极的相邻两个第二微槽之间形成凸起的用于在放电时形成放电通道的微尖端，在电火花加工工件的内孔的内壁面的过程中，工具电极与工件在多个微尖端处形成比较稳定、均匀的电场，在一次放电时间内能够同时形成多个放电通道，能够在工件内孔内壁面一次放电加工出所需的微槽阵列结构，有效提高工件内孔的内壁面的耐磨性；且由于所有微尖端同时放电，被蚀除表面光滑性整体提高，降低了加工表面的粗糙度，有效提高了加工质量和加工效率；
(2)、本发明的工具电极采用金刚石砂轮在放电端部外壁上进行磨削的方式加工出第二微槽，其加工效率高，且金刚石砂轮可重复利用，成本低，适用于大批量多种不同规格内孔的内壁面上的第二微槽的加工，解决了现有技术中由于采用车、镗、钻等传统加工方法导致加工效率低、加工质量差、成本费用高且劳动强度大，生产安全性差的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的工具电极的制备过程中的结构示意图；
图2为本发明第一实施例提供的内孔微槽的放电加工装置的结构示意图；
图3为本发明第二实施例提供的工具电极的制备过程中的结构示意图；
图4为本发明第二实施例提供的内孔微槽的放电加工装置的结构示意图。
其中，图中各附图标记：
10-工具电极；11-主体部；12-放电端部；13-第二微槽；20-金刚石砂轮；30-工件；31-内孔；40-夹具；50-脉冲电源；60-电刷；70-角度调节虎钳。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1
请一并参阅图1及图2，现对本发明第一实施例提供的内孔微槽的放电加工方法进行说明。上述内孔微槽的放电加工方法，包括步骤S10、S20、S30:
S10、根据加工工件30的内孔31的内壁面所需的形状，选择所需形状的工具电极10。
S20、将上述工件30与上述工具电极10分别与脉冲电源50的两极相连接，并将上述工具电极10的微尖端放入上述工件30的内孔31中，且上述工具电极10的微尖端与上述工件30的内孔31的内壁面接触。
具体的，如图2所示，上述工具电极10上设置有电刷60，上述电刷60连接上述脉冲电源50的负极，上述工件30连接上述脉冲电源50的正极。应当说明的是，工件30与工具电极10与脉冲电源50的连接方式并不局限于此，例如在本发明的其他较佳实施例中，工件30可以连接脉冲电源50的正极、工具电极10可以连接脉冲电源50的负极。
S30、利用电火花放电加工，使得上述微尖端形成放电通道产生电火花腐蚀，并在上述内孔31的内壁面形成第一微槽(图中未示)。
其中，由于工具电极10与工件30会在多个微尖端处形成比较稳定、均匀的电场，在一次放电时间内能够同时形成多个放电通道，能够在工件内孔内壁面一次放电加工出所需的微槽阵列结构，有效提高工件内孔的内壁面的耐磨性；且由于所有微尖端同时放电，被蚀除表面光滑性整体提高，降低了加工表面的粗糙度，有效提高了加工质量和加工效率。
进一步地，如图1所示，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工方法的一种具体实施方式，在上述步骤S10之前还包括步骤S11、S12、S13：
S11、将工具电极10固定在夹具40上，上述夹具40固定在磨床(图中未示)上，且上述工具电极10以转速N2旋转；金刚石砂轮20以转速N1旋转，且上述金刚石砂轮20的旋转中心线与上述工具电极10的轴线平行，上述金刚石砂轮20以法向进给深度ap在上述工具电极10的放电端部12上加工出一个第二微槽13。
上述步骤S11中，金刚石砂轮20的切削面与上述工具电极10的轴线垂直。上述夹具40优选为三爪研磨器，通过三爪研磨器夹持上述工具电极10的一端，且上述工具电极10可以同时实现旋转运动。
优选的，上述步骤S11中，上述金刚石砂轮20的转速N1为2000～3000转/分，上述金刚石砂轮20的法向进给速度为200～400mm/min。
优选的，在上述步骤S11中，上述金刚石砂轮20与上述放电端部12之间接触的位置利用水或者切削液冷却，可以有效降低磨削的温度。
S12、当完成一个上述第二微槽13的加工后，上述金刚石砂轮20沿法向方向退回预设距离，上述磨床带动上述工具电极10沿上述工具电极10的轴线方向轴向进给距离a后，继续重复步骤S11的步骤。
其中，上述步骤S12中，上述预设距离可以根据实际需要设置，上述轴向进给距离a即为相邻两个第二微槽13之间的距离。优选的，上述工具电极10沿上述工具电极10的轴线方向轴向进给距离a为1微米～3微米。应当说明的是，上述轴向进给距离a并不局限于此，在本发明的其他较佳实施例中，上述轴向进给距离a也可以根据实际需要设置。优选的，在本实施例中，上述轴向进给距离a是由上述磨床带动上述工具电极10沿上述工具电极10的轴线方向移动得到，应当说明的是，上述轴向进给距离a还可以由金刚石砂轮20沿上述工具电极10的轴线方向轴向移动得到。
S13、重复步骤S11和S12的步骤，直至完成所需个数的第二微槽13的加工。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工方法的一种具体实施方式，上述步骤S13加工完成后的工具电极的相邻两个上述第二微槽13之间形成上述微尖端。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工方法的一种具体实施方式，由于工件30的内孔31内壁面上的第一微槽的横截面外轮廓形状为V形，因此，选择工具电极10上的第二微槽13的横截面外轮廓形状为V形，应当说明的是，上述第二微槽13的横截面外轮廓的形状并不局限于此，例如，在本发明的其他较佳实施例中，上述第二微槽13的横截面外轮廓形状还可以为梯形或者矩形等。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工方法的一种具体实施方式，上述第二微槽13包括底面(图中未示)以及与上述底面的两侧分别连接的两侧面(图中未示)，任意一上述侧面与上述底面之间形成的夹角为30°～150°，上述两侧面之间形成的间距为50微米～500微米。上述侧面与上述底面之间形成的夹角可以为30°、45°、60°或者150°。优选的，上述两侧面之间形成的间距可以根据实际需要选择50微米、100微米或者其他。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工方法的一种具体实施方式，上述第二微槽13的深度为50微米～500微米。优选的，上述第二微槽13的深度可以根据实际需要选择50微米、100微米或者其他。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工方法的一种具体实施方式，上述第二微槽13的底面的横截面外轮廓形状为圆弧，该圆弧的半径为5微米～10微米。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工方法的一种具体实施方式，在本实施例1中，上述工件30的内孔31为圆柱形，因此工具电极10的放电端部12的形状亦为圆柱形。应当说明的是，上述放电端部12的形状并不局限于此，可根据工件的内孔31的实际形状设置，例如，在本发明的其他较佳实施例中，上述放电端部12还可以为圆锥形或者其他形状。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工方法的一种具体实施方式，上述工具电极10为紫铜电极或者黄铜电极。上述工具电极10的直径大于1毫米。上述工件30可以为模具钢、硬质合金、钛合金等材质制成的工件。
其中，本发明的内孔微槽的放电加工方法，与现有技术相比，
(1)、通过利用工具电极10的相邻两个第二微槽13之间形成凸起的用于在放电时形成放电通道的微尖端，在电火花加工工件30的内孔31的内壁面的过程中，工具电极10与工件30在多个微尖端处形成比较稳定、均匀的电场，在一次放电时间内能够同时形成多个放电通道，能够在工件内孔内壁面一次放电加工出所需的微槽阵列结构，有效提高工件内孔的内壁面的耐磨性；且由于所有微尖端同时放电，被蚀除表面光滑性整体提高，降低了加工表面的粗糙度，有效提高了加工质量和加工效率；
(2)、本发明的工具电极采用金刚石砂轮20在放电端部12外壁上进行磨削的方式加工出第二微槽13，其加工效率高，且金刚石砂轮20可重复利用，成本低，适用于大批量多种不同规格内孔的内壁上的第二微槽的加工，解决了现有技术中由于采用车、镗、钻等传统加工方法导致加工效率低、加工质量差、成本费用高且劳动强度大，生产安全性差的技术问题。
如图2所示，本发明还提供了一种用于实现内孔微槽的放电加工方法的装置，包括：工具电极10，上述工具电极10包括主体部11，以及设置于上述主体部11一端的用于在放电时伸入工件30的内孔31中的放电端部12，上述放电端部12的外壁上沿圆周方向设有多个第二微槽13，相邻两个上述第二微槽13之间形成有凸起的用于在放电时与上述内孔31的内壁面接触形成放电通道的微尖端；以及，脉冲电源50，上述脉冲电源50的两极分别用于与所述工件、所述工具电极电连接。
具体的，在本实施例1中，所述脉冲电源50的正极用于与工件30电连接，上述脉冲电源50的负极与上述工具电极10电连接。应当说明的是，工件30与工具电极10与脉冲电源50的连接方式并不局限于此，例如在本发明的其他较佳实施例中，工件30可以连接脉冲电源50的正极、工具电极10可以连接脉冲电源50的负极。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工装置的一种具体实施方式，上述第二微槽13的横截面外轮廓形状为V形、梯形或者矩形。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工装置的一种具体实施方式，上述工具电极10上设置有电刷60，上述电刷60连接上述脉冲电源50的负极，上述工件30连接上述脉冲电源50的正极。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工装置的一种具体实施方式，相邻两个第二微槽13之间的距离为1微米～3微米。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工装置的一种具体实施方式，上述第二微槽13包括底面(图中未示)以及与上述底面的两侧分别连接的两侧面(图中未示)，任意一上述侧面与上述底面之间形成的夹角为30°～150°，上述两侧面之间形成的间距为50微米～500微米。上述侧面与上述底面之间形成的夹角可以为30°、45°、60°或者150°。优选的，上述两侧面之间形成的间距可以根据实际需要选择50微米、100微米或者其他。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工装置的一种具体实施方式，上述第二微槽13的深度为50微米～500微米。优选的，上述第二微槽13的深度可以根据实际需要选择50微米、100微米或者其他。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工装置的一种具体实施方式，上述第二微槽13的底面的横截面外轮廓形状为圆弧，该圆弧的半径为5微米～10微米。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工装置的一种具体实施方式，上述放电端部12为圆柱形，应当说明的是，上述放电端部12的形状并不局限于此，可根据工件的内孔31的实际形状设置，例如，在本发明的其他较佳实施例中，上述放电端部12还可以为圆锥形或者其他形状。
进一步地，作为本发明提供的内孔微槽的放电加工装置的一种具体实施方式，上述工具电极10为紫铜电极或者黄铜电极。上述工具电极10的直径大于1毫米。上述工件30可以为模具钢、硬质合金、钛合金等材质制成的工件。
实施例2
请一并参阅图3及图4，现对本发明第二实施例提供的内孔微槽的放电加工装置进行说明。本实施2中的内孔微槽的放电加工装置的具体结构与实施例1的内孔微槽的放电加工装置的具体结构基本相同，其所不同的是：
在本实施例2中，上述工件30的内孔31为圆锥形，对应的，上述工具电极10的放电端部12为圆锥形。
本实施例2的内孔微槽的放电加工方法与与实施例1的内孔微槽的放电加工方法基本相同，其所不同的是：
在步骤S11中，本实施例2是将工具电极10固定在夹具40上，上述夹具40固定在角度调节虎钳70上，上述角度调节虎钳70固定在磨床上，从而使得在加工工具电极的过程中，上述金刚石砂轮20的切削面与上述工具电极10的轴线不垂直，从而使得加工出来的第二微槽13具有一定的倾斜度，且角度调节虎钳70可根据实际需要调整角度值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.内孔微槽的放电加工方法，其特征在于：包括以下步骤:
A、根据加工工件的内孔的内壁面所需的形状，选择所需形状的工具电极；
B、将所述工件与所述工具电极分别与脉冲电源的两极相连接，并将所述工具电极的微尖端放入所述工件的内孔中，且所述工具电极的微尖端与所述工件的内孔的内壁面接触；
C、利用电火花放电加工，使得所述微尖端形成放电通道产生电火花腐蚀，并在所述内孔的内壁面形成第一微槽。
2.如权利要求1所述的内孔微槽的放电加工方法，其特征在于：在所述步骤A之前还包括以下步骤：
A01、将工具电极固定在夹具上，所述夹具固定在磨床上，且所述工具电极以转速N2旋转；金刚石砂轮以转速N1旋转，且所述金刚石砂轮的旋转中心线与所述工具电极的轴线平行，所述金刚石砂轮以法向进给深度ap在所述工具电极的放电端部上加工出一个第二微槽；
A02、当完成一个所述第二微槽的加工后，所述金刚石砂轮沿法向方向退回预设距离，所述磨床带动所述工具电极沿所述工具电极的轴线方向轴向进给距离a后，继续重复步骤A01的步骤；
A03、重复步骤A01和A02的步骤，直至完成所需个数的第二微槽的加工。
3.如权利要求2所述的内孔微槽的放电加工方法，其特征在于：所述步骤A03加工完成后的工具电极的相邻两个所述第二微槽之间形成所述微尖端。
4.如权利要求2所述的内孔微槽的放电加工方法，其特征在于：所述第二微槽的横截面外轮廓形状为V形、梯形或者矩形。
5.如权利要求2所述的内孔微槽的放电加工方法，其特征在于：所述第二微槽包括底面以及与所述底面的两侧分别连接的两侧面，任意一所述侧面与所述底面之间形成的夹角为30°～150°，所述两侧面之间形成的间距为50微米～500微米。
6.如权利要求2所述的内孔微槽的放电加工方法，其特征在于：所述第二微槽的深度为50微米～500微米。
7.如权利要求2-6任一项所述的内孔微槽的放电加工方法，其特征在于：所述步骤A01中，所述金刚石砂轮的转速N1为2000～3000转/分，所述金刚石砂轮的法向进给速度为200～400mm/min。
8.如权利要求2-6任一项所述的内孔微槽的放电加工方法，其特征在于：所述步骤A02中，所述工具电极沿所述工具电极的轴线方向轴向进给距离a为1微米～3微米。
9.内孔微槽的放电加工装置，其特征在于：包括：
工具电极，所述工具电极包括主体部，以及设置于所述主体部一端的用于在放电时伸入工件的内孔中的放电端部，所述放电端部的外壁上沿圆周方向设有多个第二微槽，相邻两个所述第二微槽之间形成有凸起的用于在放电时与所述内孔的内壁面接触形成放电通道的微尖端；
以及，脉冲电源，所述脉冲电源的两极分别用于与所述工件、所述工具电极电连接。
10.如权利要求9所述的内孔微槽的放电加工装置，其特征在于：所述第二微槽的横截面外轮廓形状为V形、梯形或者矩形。
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