專利名稱：內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極及機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電火花加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù) 合加工專用電極及機(jī)床，屬于機(jī)械工程、機(jī)械制造領(lǐng)域的一種非傳統(tǒng)加工技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，單純的電火花加工技術(shù)在模具工業(yè)和特殊加工中十分普遍，但是涉及復(fù)合 加工的工藝方法還不很多。申請(qǐng)?zhí)枮椤?00410023M7.X”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)一種“非導(dǎo)電超硬材料電火 花機(jī)械復(fù)合磨削方法與機(jī)床”，其利用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電砂輪作為工具電極，薄片件作為工件電極； 在電火花蝕出材料的同時(shí)，發(fā)揮機(jī)械磨削作用，去除變質(zhì)層和炭化層，適合于薄片平面的加 工。由于固結(jié)砂輪的剛性，對(duì)于電火花加工內(nèi)圓孔的情況，其外徑值固定，沒(méi)有辦法對(duì)內(nèi)孔 電火花加工的同時(shí)實(shí)施磨削、珩磨或研磨等復(fù)合工藝；此外，該發(fā)明針對(duì)非導(dǎo)電超硬材料的 加工?，F(xiàn)實(shí)情況是，電火花加工在模具的各類孔加工中的應(yīng)用十分廣泛，特別是對(duì)于淬 火鋼、硬質(zhì)合金等脆硬鋼的加工獨(dú)顯優(yōu)勢(shì)；但是，對(duì)于孔表面質(zhì)量有較高要求的情況，往往 需要后續(xù)的拋光、研磨等工序來(lái)去除加工變質(zhì)層并降低內(nèi)孔表面的粗糙度。現(xiàn)有技術(shù)不能 實(shí)現(xiàn)內(nèi)孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工，從而影響了工件的加工效率及加工精度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨 復(fù)合加工專用電極及機(jī)床，有助于提高工件的加工效率與加工精度。為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨 復(fù)合加工專用電極，包括金屬材料的工具電極( ，其軸向設(shè)置有電火花工作液內(nèi)孔，端面 形成電火花放電區(qū)，其特征在于，所述工具電極O)的外側(cè)面包覆有彈性磨料層(9)，且所 述彈性磨料層(9)上開(kāi)設(shè)有電火花工作液出口通道(3)。較優(yōu)地，所述工具電極O)的電火花工作液內(nèi)孔由多個(gè)內(nèi)噴孔構(gòu)成。較優(yōu)地，所述工具電極O)的橫截面外輪廓為方形。較優(yōu)地，所述工具電極(2)的金屬材料為黃銅、紫銅、低碳鋼、中碳鋼、不銹鋼或合
金鋼之一。較優(yōu)地，所述電火花工作液出口通道(3)為沿所述工具電極(2)軸向開(kāi)設(shè)的直槽。較優(yōu)地，所述電火花工作液出口通道(3)為螺旋槽。較優(yōu)地，所述彈性磨料層(9)嵌入一部分于所述工具電極( 之中。較優(yōu)地，所述彈性磨料層(9)的厚度為電火花結(jié)構(gòu)間隙值的2 3倍。較優(yōu)地，所述彈性磨料層(9)由微粉級(jí)的細(xì)磨料和邵氏硬度小于Hs50的聚氨酯橡 膠混合而成。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供的內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工機(jī)床，包括上述專用電極，所述專用電極通過(guò)電極夾頭⑷與電機(jī)(5)聯(lián)接，該電機(jī)(5)通過(guò)電機(jī)安裝底 座(6)與機(jī)床主軸(7)相聯(lián)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的新型內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專 用電極及機(jī)床，可針對(duì)導(dǎo)電材料的內(nèi)孔，實(shí)現(xiàn)集電火花成型粗加工與彈性磨料磨具珩磨精 加工一體化，從而大大地提高工件的加工效率與加工精度，具體而言1、電火花加工效率較低，電火花成型加工占用時(shí)間較多，而本發(fā)明著眼于將電火 花成型加工的時(shí)間與后續(xù)的拋光、研磨時(shí)間重合，從而實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)、粗精合一；2、特殊的復(fù)合電極旋轉(zhuǎn)方式，有助于加工孔圓度、圓柱度的提高；3、電火花去除材料的往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使得磨粒與孔內(nèi)壁相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，形成 交叉網(wǎng)紋，有利于降低粗糙度；4、彈性層珩磨材料可屏蔽傳統(tǒng)加工中已加工孔壁與專用工具電極側(cè)面的二次放 電，從而減少內(nèi)孔圓柱面的錐度誤差；5、工序相對(duì)集中，可一次裝夾，減少工件裝夾次數(shù)；6、彈性層珩磨電火花加工后工件材料，可使得內(nèi)表面去除均勻。


圖1為本發(fā)明內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A為本發(fā)明內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極實(shí)施例一的縱向 剖面圖；圖2B為圖2A的A-A向視圖；圖3A為本發(fā)明內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極實(shí)施例二的示意 圖；圖;3B為圖3A的B-B向視4為本發(fā)明內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極實(shí)施例三的橫向 截面圖；圖5為本發(fā)明內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極實(shí)施例四的橫向 截面圖。其中，有關(guān)附圖標(biāo)記為1、工作臺(tái)；2、工具電極；3、電火花工作液出口通道；4、電 極夾頭；5、電機(jī)；6、電機(jī)安裝底座；7、機(jī)床主軸；8、電火花工作液引入管；9、彈性磨料層； 10、工件；11、工件墊鐵。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心為，針對(duì)導(dǎo)電材料的內(nèi)孔，設(shè)計(jì)一種集電火花成型粗加工與彈性磨 料磨具珩磨的精加工于一體的專用電極及機(jī)床，包括以下兩個(gè)方面的內(nèi)容其一、集電火花內(nèi)圓孔粗加工成型及彈性精密珩磨、研拋于一體復(fù)合加工工藝的 工作原理及方法；其二、實(shí)現(xiàn)電火花成型與彈性珩磨、研拋復(fù)合工藝的專用電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選 擇及制作方法。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)
4施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖1，示出本發(fā)明內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工機(jī)床(以下簡(jiǎn)稱電 火花加工機(jī)床)的結(jié)構(gòu)。該電火花加工機(jī)床黃銅或紫銅管狀電極作為工具電極2，其外部涂 覆一層彈性較好的橡膠磨料混合粘結(jié)的彈性磨料層9，并在該彈性磨料層9上拉制出電火 花工作液出口通道3。壓力為0. 5 2MPa的電火花工作液從電火花工作液引入管8流經(jīng)電 極夾頭4進(jìn)入工具電極2的電火花工作液內(nèi)孔，進(jìn)而到達(dá)工具電極2端面的電火花放電區(qū)， 以滿足電火花放電的基本條件。電火花工作液從出口空槽3流出到達(dá)工作臺(tái)1的臺(tái)面，回 到電火花工作液箱，經(jīng)過(guò)濾后再由壓力泵抽出進(jìn)入電火花工作液引入管8，實(shí)現(xiàn)循環(huán)供給。如圖1所示，工具電極2通過(guò)電極夾頭4與調(diào)速電機(jī)5聯(lián)接，而該電機(jī)5通過(guò)電機(jī) 安裝底座6與電火花機(jī)床的機(jī)床主軸7相連。電火花工作液放電工作時(shí)，工具電極2可隨 機(jī)床主軸7按圖示F方向上下伺服運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)給，還可隨電機(jī)5按圖示η方向回轉(zhuǎn) 而旋轉(zhuǎn)，整個(gè)工具電極2的運(yùn)動(dòng)類似于普通珩磨加工運(yùn)動(dòng)。該電火花機(jī)床的復(fù)合工藝加工的工作原理，由工具電極2和彈性磨料層9構(gòu)成的 特殊電極，其端面實(shí)現(xiàn)電火花圓孔加工，而其外圓側(cè)面自動(dòng)實(shí)施珩磨加工。以下對(duì)本發(fā)明電 火花機(jī)床的加工過(guò)程進(jìn)一步說(shuō)明。開(kāi)啟電火花機(jī)床后，工具電極2端面按照常規(guī)電火花加工方式對(duì)固定于工件墊鐵 11上的工件10逐步加工出圓孔；由于彈性磨料層9的外徑比加工出的圓孔內(nèi)徑大，在強(qiáng)制 進(jìn)入孔后對(duì)孔壁始終施加一定的預(yù)壓力，使得工具電極2的外層彈性磨料層9隨之相應(yīng)地 與已經(jīng)加工出圓孔的側(cè)壁緊密接觸；伴隨工具電極2上下進(jìn)給運(yùn)動(dòng)F和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)η，從而對(duì) 工件10上電火花已加工孔實(shí)現(xiàn)珩磨加工，去除孔壁電火花進(jìn)給所留下的燒傷變質(zhì)層，并降 低孔壁的表面粗糙度。由此可見(jiàn)，本發(fā)明電火花機(jī)床的關(guān)鍵部件為其專用復(fù)合電極結(jié)構(gòu)，以下進(jìn)一步描 述。同時(shí)參加圖2Α、圖2Β，示出內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極實(shí)施 例一的結(jié)構(gòu)。該專用電極的內(nèi)部層為金屬材料的工具電極2，其軸向設(shè)置有電火花工作液內(nèi) 孔，端面形成電火花放電區(qū)，整體上與普通電火花加工所用的內(nèi)噴工具電極沒(méi)有差異；外部 層為工具電極2外側(cè)面包覆的彈性磨料層9，它的上面開(kāi)設(shè)有電火花工作液出口通道3，以 方便電火花工作液液從加工區(qū)流出。同時(shí)參見(jiàn)圖3Α、圖3Β，示出內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極實(shí)施 例二的結(jié)構(gòu)。為了電火花工作液從加工區(qū)流出，專用電極的外部層即彈性磨料層9必須開(kāi) 槽作為電火花工作液出口通道3。開(kāi)槽有多種結(jié)構(gòu)如圖3所示，電火花工作液出口通道3 為螺旋槽；也可如圖2Α所示，沿工具電極2的軸向開(kāi)設(shè)直槽，作為彈性磨料層9上的電火花 工作液出口通道3。彈性磨料層9上的開(kāi)槽工藝也有多種，在單件生產(chǎn)可以采用拉拔方式制 成，而批量較大時(shí)靠硫化橡膠模具結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。參見(jiàn)圖4，示出內(nèi)圓孔電火花成型與彈性磨復(fù)合加工專用電極實(shí)旋例三的結(jié)構(gòu)。如 果為盲孔加工，工具電極2內(nèi)孔直徑較大時(shí)可能留下殘芯。這時(shí)可采用圖3所示的內(nèi)噴結(jié) 構(gòu)，即電火花工作液內(nèi)孔由2個(gè)或兩個(gè)以上的內(nèi)噴孔構(gòu)成，其內(nèi)噴孔可為棱柱形。特別地， 為了加強(qiáng)外部層即彈性磨料層9與工具電極2的結(jié)合強(qiáng)度，優(yōu)選地將彈性磨料層9嵌入一 部分在工具電極2內(nèi)。
參見(jiàn)圖5，示出內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)。 由于工具電極2工作時(shí)是旋轉(zhuǎn)的，因此需進(jìn)一步考慮彈性磨料層9與工具電極2的結(jié)合強(qiáng) 度。優(yōu)選地，工具電極2采用圖5所示的方形結(jié)構(gòu)，即工具電極2的橫截面外輪廓為方形。 由于橡膠磨料層9與工具電極2的結(jié)合面積更大，因而兩者的強(qiáng)度可以更加牢固?！愕?，以上實(shí)施例中的工具電極2所用金屬材料優(yōu)選采用黃銅、紫銅，也可以使 用低碳鋼、中碳鋼、不銹鋼、合金鋼等；而外部層即彈性磨料層9由微粉級(jí)的細(xì)磨料和邵氏 硬度小于Hs50的聚氨酯橡膠組成，而彈性磨料層9的厚度根據(jù)橡膠的硬度一般選擇為電火 花結(jié)構(gòu)間隙值的2 3倍。前述本發(fā)明專用復(fù)合電極、工藝裝置和方法都可以在現(xiàn)有市場(chǎng)和工廠條件下實(shí) 現(xiàn)，其采用的電火花機(jī)床可以是老式的伺服進(jìn)給機(jī)床，也可以是單軸、三軸數(shù)控電火花機(jī) 床，建議按以下方式實(shí)施1、螺旋橡膠開(kāi)槽復(fù)合材料工具電極制造更為簡(jiǎn)單、容易，但是其導(dǎo)向、穩(wěn)定效果稍 差；2、橡膠的硬度和厚度選擇應(yīng)根據(jù)工件材料和加工孔的深度而定，即孔越深橡膠硬 度越小，厚度越大；3、由于電火花加工時(shí)間多，研磨、珩磨的時(shí)間相應(yīng)地較長(zhǎng)，故速度不必太高，回轉(zhuǎn) 速度可以在50-200RPM之間選擇；4、鑒于電極的材料有比較多的選擇，綜合考慮以其中紫銅最為合適；5、注意橡膠彈性磨料層9與工具電極2金屬層的粘接或結(jié)合強(qiáng)度，如果采用粘接 方式，應(yīng)使用耐水AB膠；如果采用硫化工藝，必須注意金屬結(jié)合面需毛化。6、加工電規(guī)準(zhǔn)的選擇考慮大而集中的脈沖能量和高的電流密度，使其產(chǎn)生的瞬時(shí) 高溫比普通電火花加工高，保證加工的孔直徑不致于擴(kuò)大。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)集電火花成型粗加工與彈性磨料磨具珩磨精加工一體化，從而大大 地提高工件的加工效率與加工精度，其主要優(yōu)點(diǎn)包括但不限于以下方面1、普通電火花加工效率較低，電火花成型加工占用時(shí)間多，而本發(fā)明著眼于將電 火花成型加工的時(shí)間與后續(xù)的拋光、珩磨、研磨時(shí)間重合，做到平行作業(yè)、粗精合一，不需后
續(xù)工序；2、特殊的復(fù)合電極旋轉(zhuǎn)方式，有助于加工孔圓度、圓柱度的提高；3、電火花去除材料的往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使得磨粒與孔內(nèi)壁相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，形成 交叉網(wǎng)紋，利于降低粗糙度；4、彈性層珩磨材料可屏蔽傳統(tǒng)加工中已加工孔與工具電極的二次放電，減少孔的
錐度誤差；5、工序集中，一次裝夾，減少工件裝夾次數(shù)，提高裝配效率；6、彈性層珩磨材料使得內(nèi)表面的電火花加工燒傷層被均勻去除，改善其物理力學(xué) 性能。7、本發(fā)明的技術(shù)實(shí)施效果具體可達(dá)到以下性能指標(biāo)孔壁的圓度可達(dá)0. 02，圓柱 度可達(dá)0. 04，孔壁的粗糙度可達(dá)RaO. 1-0. 4 μ m ；減少后續(xù)工序，比多工序達(dá)到同樣效果節(jié) 約設(shè)備和人力，綜合效率提高80%，綜合加工成本比多工序降低40%左右。順便指出的是，專用復(fù)合電極制作的工藝實(shí)施比普通電火花加工復(fù)雜；同時(shí)，專用電極需要回轉(zhuǎn)，因而回轉(zhuǎn)電極布置在機(jī)床主軸上，其主軸頭需要更高的剛性。
以上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)介紹，文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式 進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出， 對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn) 行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極，包括金屬材料的工具電極 O)，其軸向設(shè)置有電火花工作液內(nèi)孔，端面形成電火花放電區(qū)，其特征在于，所述工具電極 (2)的外側(cè)面包覆有彈性磨料層(9)，且所述彈性磨料層(9)上開(kāi)設(shè)有電火花工作液出口通 道⑶。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極，其特征在 于，所述工具電極O)的電火花工作液內(nèi)孔由多個(gè)內(nèi)噴孔構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極，其特征在 于，所述工具電極O)的橫截面外輪廓為方形。
4.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極，其特征在 于，所述工具電極O)的金屬材料為黃銅、紫銅、低碳鋼、中碳鋼、不銹鋼或合金鋼之一。
5.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極，其特征在 于，所述電火花工作液出口通道(3)為沿所述工具電極(2)軸向開(kāi)設(shè)的直槽。
6.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極，其特征在 于，所述電火花工作液出口通道(3)為螺旋槽。
7.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極，其特征在 于，所述彈性磨料層(9)嵌入一部分于所述工具電極(2)之中。
8.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極，其特征在 于，所述彈性磨料層(9)的厚度為電火花結(jié)構(gòu)間隙值的2 3倍。
9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極，其 特征在于，所述彈性磨料層(9)由微粉級(jí)的細(xì)磨料和邵氏硬度小于Hs50的聚氨酯橡膠混合 而成。
10.一種內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工機(jī)床，其特征在于，包括如權(quán)利要求 1-9任一項(xiàng)所述的內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極，所述專用電極通過(guò)電 極夾頭⑷與電機(jī)(5)聯(lián)接，該電機(jī)(5)通過(guò)電機(jī)安裝底座(6)與機(jī)床主軸(7)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工專用電極，包括金屬材料的工具電極(2)，其軸向設(shè)置有電火花工作液內(nèi)孔，端面形成電火花放電區(qū)，所述工具電極(2)的外側(cè)面包覆有彈性磨料層(9)，且所述彈性磨料層(9)上開(kāi)設(shè)有電火花工作液出口通道(3)。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還公開(kāi)一種內(nèi)圓孔電火花成型與彈性珩磨復(fù)合加工機(jī)床，實(shí)現(xiàn)內(nèi)圓孔電火花成型粗加工與彈性珩磨精加工一體化同步進(jìn)行，有助于提高工件的加工效率與加工精度。
文檔編號(hào)B23H9/14GK102059417SQ20101057663
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者余尚行, 朱派龍, 陳天宏, 黃曉紅 申請(qǐng)人:廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院