专利名称：复合电极电火花小孔加工工艺的制作方法
技术领域：
本发明复合电极电火花小孔加工工艺，属于特种加工领域，具体涉及一种利用铜铬复合的电极进行电火花小孔加工，用以提高电火花小孔加工速度、加工质量的技术方案。
背景技术：
电火花加工技术自上世纪40年代问世以来，经过不断地发展和进步，已经成为一种比较成熟的技术，广泛应用于民用、国防等领域，在现代制造工业中有着不可替代的地位和作用。由于与其它加工方法相比，电火花加工不受材料硬度的限制，因此电火花加工在难加工材料的加工中，具有明显的优势。尽管如此，该技术仍然存在材料去除率低、电极易损耗、表面粗糙度值高等缺陷。高速电火花小孔加工工艺是上世纪80年代后期发展起来的一种新型、高效的深小孔加工工艺，它可以用于线切割零件的预穿丝孔、喷嘴以及耐热合金等难加工材料的小孔加工。高速电火花小孔加工一般采用空心的铜管作为工具电极，采用水基工作液作为加工介质，高压工作液(1 IOMpa)通过电极内的毛细管直接注入到加工区，使火花放电间隙中的电蚀产物(如金属小屑，气泡等)被高速流动的工作液迅速冲走，以解决电火花小孔加工过程中的排屑困难的问题。尽管采用高压冲液和电极旋转等措施，但是当加工小孔深径比较大时，仍然容易造成加工碎屑堆积，加工速率降低，甚至不能加工。电火花小孔加工存在的另一技术难题是小孔的圆柱度问题，加工出的小孔存在较为严重的喇叭口，小孔的圆柱度降低。喇叭口出现的主要原因是圆形工具电极边缘处的电蚀量大于中心处。在重力的作用下，沉积在拐角处小碎屑不容易被高压水冲走。这种小颗粒的堆积，一方面造成加工排屑不畅，加工不稳定和加工速度下降；另一方面使圆形工具电极边缘处的电蚀量增大，最终导致加工的小孔锥度变大，加工质量变差。附图1所示为利用普通电火花加工的直径为Φ2πιπι的盲孔，从附图1中明显看出孔的圆柱度较差，即出现了较大的喇叭口，而且随着加工孔深度的增加，喇叭口愈加严重。小孔的喇叭口是电火花加工的一个致命问题，是影响电火花加工工艺用于孔的精加工的关键，但是到目前为止仍然没有十分有效的解决方法。为了改善小孔加工时的排屑条件，保证加工过程稳定，常采用电磁振动头，使工具电极沿轴向振动，或采用超声波振动头，使工具电极端面有轴向高频振动，进行电火花超声波复合加工，改善小孔加工排屑条件，提高小孔加工效率，但是这些方法往往需要增加附加装置，造成加工成本的上升。因此，亟需寻找既成本低廉又能很好地改善排屑条件，提高加工速度和加工质量的方法。
发明内容
本发明复合电极电火花加工工艺目的在于为了解决上述现有技术中存在的问题，从而提供一种利用铜铬复合的电极进行电火花小孔加工，用以提高电火花小孔加工速度、加工质量的技术方案，具体来讲就是在电火花小孔加工中采用复合电极以提高加工速度；利用复合电极中心较边缘电蚀量大的特点，减小工具电极加工端的锥度，从而使加工孔的喇叭口变小，提高小孔质量的表面镀铬的黄铜管状复合电极的高速电火花小孔加工艺的技术方案。本发明复合电极电火花加工工艺，其特征在于是一种利用铜铬复合的电极进行电火花小孔加工的技术方案，其具体工艺步骤为I、采用电镀的方法制备表面镀铬的黄铜管状复合电极，将去油污处理的黄铜管状电极和铅板置于装有铬酸电镀液的镀槽中，黄铜管状电极接直流电源的负极，作为阴极；铅板接直流电源的正极，作为阳极，铬酸电镀液中的铬离子在黄铜阴极上得到电子还原成金属铬原子，黄铜电极的表面得到铬电镀层，形成表面镀铬的黄铜管状复合电极，镀槽中所用的铬酸电镀液浓度为250g/L，直流电流的电流密度为30-60A/dm2，阴极和阳极板的面积比取1 5-1 10 ；电镀温度为40-60°C ；II、利用I中制备的复合电极进行电火花小孔加工，脉冲电源正极接被加工件，负极接复合电极，工作液采用自来水，其压力为4Mpa，加工电流的变化范围是5-25A，电流脉冲宽度的范围是8-80 μ s,复合电极的外径为Φ 1. 55-3. 05mm,镀铬厚度为0-0. 05mm,内径为Φ0. 3-0. 47mm，被加工工件范围为所有的导电的金属固体材料；III、小孔加工完毕后，关闭电火花加工机床后，测量孔的深度，用数字秒表记录其加工时间，计算出单位时间内加工孔的深度，即为表面镀铬的黄铜管状复合电极进行电火花小孔加工的加工速度。本发明复合电极电火花加工新工艺优点在于不需要对电火花小孔加工机床进行任何改造，仅仅在黄铜管状电极的外表面电镀一层熔点高于内部基础材料的金属铬，形成复合电极，这种电镀工艺成熟，经济而易实现，且利用较少的投入就能较大幅度地提高电火花小孔加工的加工速度和加工质量。复合电极电火花小孔加工的作用原理如附图2所示。 附图2(a)为利用普通黄铜管状电极的电火花小孔加工示意，此时由于加工碎屑在重力的作用下容易沉积在被加工孔的底部，特别在孔底边缘处不容易被高压工作液所冲走，这种小颗粒的堆积一方面造成加工排屑不畅，加工不稳定和加工速度下降，另一方面使圆形工具电极边缘处的电蚀量增大，最终导致工具电极和被加工小孔锥度变大。附图2(b)为利用复合电极的电火花小孔加工示意，此时由于金属铬材料的熔点高于内层材料铜，而铬的导电性又弱于铜，所以由电镀层形成的圆柱电极外层的放电脉冲电流相对由铜质材料构成的圆柱电极内层要小，这样使工具电极外层的损耗量减小，即工具电极中心处熔化速度大于边缘处，这样就补偿了由于加工屑在被加工孔边缘处的积聚引起的工件逐渐变为锥形的弱点。工具电极在较长时间保持好的圆柱度，不仅可有效改善加工的排屑，提高加工速度；而且有效减小了被加工小孔的喇叭口。
附图1普通电火花加工的盲孔图片。附图2不同电极电火花小孔加工示意图，其中附图2(a)是采用普通黄铜管状电极的电火花小孔加工示意图；附图2(b)是采用复合电极的电火花小孔加工示意图。图中 1-工具电极，2-加工工件。附图3加工深度随加工时间的变化规律。图中“(!!!^^-加工时间^丨！！^-加工孔深度，▲-采用普通黄铜管状电极的加工深度， -采用复合电极的加工深度。附图4加工速度随加工时间的变化规律。图中T(min)-加工时间，M(mm/min)-加工速度，▲-采用普通黄铜管状电极的加工速度， -采用复合电极的加工速度。附图5加工5分钟后电极形状对比图。附图5(a)是普通黄铜管状电极图片，附图 5(b)是表面镀铬的复合电极图片。附图6两种不同电极在相同加工条件下加工出来的小孔照片。其中上面一排孔为普通黄铜管状电极加工，下面一排孔为镀铬的复合电极加工。
具体实施例方式实施方式1:采用电镀的方法制备表面镀铬的黄铜管状复合电极，将去油污处理的黄铜管状电极和铅板置于装有铬酸电镀液的镀槽中，黄铜管状电极接直流电源的负极，作为阴极；铅板接直流电源的正极，作为阳极，铬酸电镀液中的铬离子在黄铜阴极上得到电子还原成金属铬原子，黄铜电极的表面得到铬电镀层，形成表面镀铬的黄铜管状复合电极，镀槽中所用的铬酸电镀液浓度为250g/L，直流电流的电流密度为60A/dm2，阴极和阳极板的面积比取 1 10;电镀温度为60°C，镀层厚度为0.04mm;分别利用外径为Φ 1. 5mm、内径为Φ 0. 3mm的黄铜管状电极和外径为Φ 1. 54mm,镀铬厚度为0. 04mm)、内径为Φ 0. 3mm的镀铬黄铜管状电极进行电火花小孔加工，并将加工效果进行对比。所用加工机床为D703F高速电火花小孔机，加工中脉冲电源正极接被加工工件，负极接工具电极，工作液为自来水，压力为4Mp，被加工工件材料为45号优质碳素钢，工具电极旋转转速为120转/分。用数字秒表记录加工时间，每次加工一定时间后，测量加工孔的深度，计算得单位时间内的加工深度即为电火花加工的加工速度。加工电压为20V，电流强度为10A，电流脉冲宽度为20 μ S。测得加工时间和加工深度关系如表1所示，根据表1 绘得加工深度随加工时间变化趋势如附图3所示，计算得加工速度和加工时间的关系如表 2所示，根据表2绘得加工速度随加工时间变化趋势如附图4所示。由附3图和附图4可以看出，随着加工时间的增加，两者的加工深度和加工速度的差值在增大，加工时间达到5分钟时，复合电极的加工深度和加工速度达到普通黄铜管状电极的近2倍。从附图4还可以看出，在5分钟加工时间内，复合电极电火花加工的加工速度几乎没有变化，而单一铜质材料电极的加工速度在加工时间超过1. 5min时就开始显著下降。表1加工深度与加工时间的关系
加工时间 (min)0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0黄铜电极加工深度(mm)1.83.75.36.57.58.39.59.810.010.5镀铬电极加工深度(mm)2.44.56.48.510.312.213.615.317.418.9表2加工速度与加工时间的关系
权利要求
1.复合电极电火花加工工艺，其特征在于是一种利用铜铬复合的电极进行电火花小孔加工的技术方案，其具体工艺步骤为I、采用电镀的方法制备表面镀铬的黄铜管状复合电极，将去油污处理的黄铜管状电极和铅板置于装有铬酸电镀液的镀槽中，黄铜管状电极接直流电源的负极，作为阴极；铅板接直流电源的正极，作为阳极，铬酸电镀液中的铬离子在黄铜阴极上得到电子还原成金属铬原子，黄铜电极的表面得到铬电镀层，形成表面镀铬的黄铜管状复合电极，镀槽中所用的铬酸电镀液浓度为250g/L，直流电流的电流密度为30-60A/dm2，阴极和阳极板的面积比取 1:5-1: 10 ；电镀温度为 40-60°C ；II、利用I中制备的复合电极进行电火花小孔加工，脉冲电源正极接被加工件，负极接复合电极，工作液采用自来水，其压力为4Mpa，加工电流的变化范围是5-25A，电流脉冲宽度的范围是8-80 μ s,复合电极的外径为Φ 1. 55-3. 05mm，镀铬厚度为0-0. 05mm,内径为 Φ0. 3-0. 47mm，被加工工件范围为所有的导电的金属固体材料；III、小孔加工完毕后，关闭电火花加工机床后，测量孔的深度，用数字秒表记录其加工时间，计算出单位时间内加工孔的深度，即为表面镀铬的黄铜管状复合电极进行电火花小孔加工的加工速度。
全文摘要
复合电极电火花小孔加工工艺，属于特种加工领域，其特征在于是一种在黄铜管状电极的外表面电镀一层熔点高于内部基础材料的金属铬，形成铜铬复合的复合电极进行电火花小孔加工工艺的技术方案，该技术方案优点是在电火花小孔加工中采用复合电极可以提高加工速度，利用复合电极中心较边缘电蚀量大的特点，减小工具电极加工端的锥度，从而使加工孔的喇叭口变小。该技术方案经济而易实现，且利用较少的投入就能较大幅度地提高电火花小孔加工的加工速度和加工质量，具有一定的实用价值和经济效益。
文档编号B23H9/14GK102205448SQ20111015056
公开日2011年10月5日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者刘书福, 曹明让, 杨世春, 杨胜强 申请人:太原理工大学