一种电极及制造该电极的加工方法与流程

本发明涉及机械加工领域，具体而言，涉及一种电极及制造该电极的加工方法。

背景技术：

电极加工技术中，由于电极和工件之间不接触，宏观作业力小，不会引起变形，因此，电极加工具有易于加工出复杂形状工件的优势，而且相同情况下，电极加工技术较传统的车床加工技术，其加工精度更高，灵活性更好。目前，应用最为广泛的电极加工技术在电火花加工领域，电火花加工是利用在放电介质中的工具电极和工件之间的非接触放电产生的热效应来蚀除工件材料。但是，现有技术中电火花加工中的电极由于在加工工件过程中产生的高温作用下，很容易自身变形和耗损，这对工件的加工精度造成一定的影响，而如果频繁更换电极不但增加了加工成本，而且降低了工作人员的工作效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电极，其能够降低电极自身损耗，避免电极的频繁更换，从而不但降低了电极加工过程的成本还提高了对工件的加工精度。

本发明的另一目的在于提供一种制造上述电极的加工方法，其能够延长电极的寿命。

本发明的实施例是这样实现的：

一种电极，其包括导电液、用于吸收导电液的吸收体和用于存储导电液的存储管。存储管设置有第一端口和密封的第二端口，吸收体密封连接于存储管的第一端口，以使得存储管内部形成密闭腔，密闭腔可通过外界的加压装置对其进行加压使其内部气压大于标准大气压；导电液存储于密闭腔内，在大于标准大气压的内部压力作用下不断使导电液从吸收体的一端面渗入吸收体内，并从吸收体的另一端面均匀渗出，最终以液膜形式存在于吸收体的另一端面；另外，由于此电极主要用于电火花加工技术中，因此，在电极和工件之间放电工作时，本质上是液膜与工件表面之间进行的瞬时放电过程，此过程所产生的高温能量很容易被吸收体自身吸收，这就极为容易造成吸收体的能量聚集从而损坏吸收体，本发明所采用的吸收体内设置有用于散热的铜丝(铜比热容高的特性)，以此来加强吸收体自身的散热能力，减小整个电极材料的损耗。

在本发明较佳的实施例中，上述铜丝的直径为0.6～1.0mm，通常情况，铜丝越细、排布越规则，吸收体的散热性越好，这主要是因为单位质量的铜丝，直径越细，表面积越大。

在本发明较佳的实施例中，上述吸收体能够形成液膜的端面设置有网状结构的防火层，此防火层厚度为1～2mm，这层防火层主要是为了减小电极在瞬时放电过程中产生的高温与吸收体正面接触的面积，最大限度的保护吸收体，另外，此防火层可为氧化钛或二氧化硅等材料。

在本发明较佳的实施例中，上述电极还包括用于冲排蚀除颗粒的冲洗管。冲洗管沿存储管长度方向先后贯穿于吸收体和存储管，冲洗管靠近吸收体的一端为冲洗液的出口端，远离吸收体的一端为冲洗液的入口端，此冲洗管通过外界引入冲洗液，冲洗液以高流速从出口端喷射出，并正对准工件的加工位置，便可将加工过程中的蚀除颗粒及时的进行冲洗和去除，这样避免了蚀除颗粒粘附在熔池区附近，提高了工件的加工精度和美观度。

在本发明较佳的实施例中，上述冲洗管的横截面积沿入口端到出口端的方向逐渐减小，这主要是为了提高出口端冲洗介质喷出的压力，以便使得该冲洗介质能够更精准有效的冲洗掉蚀除颗粒。

一种制造上述电极的加工方法，其包括吸收体的加工制备和电极各部件的连接组装过程。其中，吸收体的加工制备过程包括以下工序：

将无机纤维棉与水基性粘接剂混合制备得到无机纤维；

将无机纤维、热熔材料和增稠材料混合均匀并在高于热熔材料熔点温度的条件下进行第一次加热，第一次加热时间为50～60min，待第一次加热结束后自然冷却，得到吸收体原料；

将吸收体原料用形成垫层的方法压制成片状；

将片状吸收体用低于热熔材料熔点的温度进行第二次加热，并在片状吸收体的表面均匀放置铜丝；

在放置有铜丝的片状吸收体原料表面均匀喷洒耐高温无机粘合剂并用辊压机进行压制，形成具有网状结构的吸收体。

电极各部件的连接组装过程为：将上述制备得到的具有网状结构的吸收体密封连接于存储管的第一端口，再将导电液从第二端口灌装于存储管内，将第二端口设置密封件对第二端口密封，在密封件表面设置用于对密闭加压的加压入口，并通过加压入口对存储管内部的密闭腔加压，以使得密闭腔内的气压大于标准大气压。

在本发明较佳的实施例中，上述第一次加热的温度高于热熔材料熔点3～5℃以便其中的热熔材料能够以较为稳定的状态(热熔材料流动状态最佳)与无机纤维和增稠材料混合；第二次加热的温度低于热熔材料熔点5～8℃以便铜丝能够很好的被压制在片状吸收体内。

在本发明较佳的实施例中，上述铜丝放置在片状吸收体原料的过程是在真空条件下进行的，这主要是为了避免铜丝在成型加工过程中被氧化。

在本发明较佳的实施例中，上述无机纤维、热熔材料和增稠材料进行混合时还添加有耐火材料以进一步电极的提高吸收体自身的耐高温性能，延长电极的使用寿命。

在本发明较佳的实施例中，上述铜丝的含量为整个吸收体质量的12～16％，在不影响吸收体对导电液吸收成膜能力的情况下，铜丝的含量越高，排布越规则，吸收体的散热性能越好。

本发明实施例的有益效果是：由于密闭腔中的压力大于外界标准大气压，因此通过压力差的作用将导电液从存储管内压入到吸收体内并以液膜形式存在于吸收体的第二端面，存在于第二端面的液膜在脉冲电源的控制下与工件之间产生放电现象便可对工件进行加工。因此，本发明提供的电极本质上损耗的是导电液中不断被脉冲电源输送进来的电子，电极材料本身不会损耗，而且由于本发明提供的电极通过利用铜丝的散热特性对吸收体进行散热能力的改良，大大提高了吸收体的使用效能，因此，本发明提供的电极降低了电极各组件自身损耗和损坏率，避免电极的频繁更换，从而不但降低了电极加工过程的成本还提高了对工件的加工精度。另外，本发明还提供了一种制造上述电极的加工方法，通过调整吸收体加工过程中铜丝的含量、给予铜丝添加过程中的真空条件以及添加耐火材料到吸收体中等方式，制备了具有对导电液良好吸收能力且散热能力强的吸收体，提高了电极的使用效能，延长了电极的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供电极的内部结构示意图；

图2为本发明第二实施例提供电极的内部结构示意图；

图3为本发明第三实施例提供电极的内部结构示意图；

图4为本发明第三实施例提供电极的防火层的平面示意图。

图标：100-电极；200-电极；300-电极；120-导电液；140-存储管；142-第一端口；144-第二端口；160-吸收体；162-第二端面；164-第一端面；180-密闭腔；190-密封件；192-加压入口；220-冲洗管；320-防火层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种电极100，其包括导电液120、用于存储导电液120的存储管140和用于吸收导电液120的吸收体160。

存储管140为一金属管且其两端分别为第一端口142和密封的第二端口144，吸收体160为圆柱形且其两个底面分别为第一端面164和第二端面162；吸收体160的第一端面164密封连接于存储管140的第一端口142，以使得存储管140内部形成密闭腔180，导电液120为一种液态导电聚合物且存储于密闭腔180内；存储管140的第二端口144是通过密封件190进行密封的，密封件190为一与存储管140相匹配的圆形密封盖且设置有加压入口192，通过外界的加压装置与加压入口192进行密封连接可对密闭腔180充入氮气进行加压，从而使存储管140内部气压大于标准大气压(通常情况下，加压使其存储管140内部基本保持在1.5个标准大气压)；存储于存储管140内的导电液120在大于标准大气压的内部压力作用下，不断从吸收体160的第一端面164渗入吸收体160内，并从吸收体160的第二端面162均匀渗出，最终以液膜形式存在于吸收体160的第二端面162，第二端面162为电极100的放电工作面，通过形成于第二端面162的液膜与工件之间的放电可实现对工件的加工。

进一步地，在电火花加工技术中，电极和工件之间放电产生的高温能量很容易被吸收体自身吸收，从而造成吸收体的能量聚集，吸收体如果无法快速有效的将能量释放，就很容易造成自身损坏，发挥不出来应有的性能。因此，本实施例的吸收体160设置有铜丝，以此来加强吸收体160自身的散热能力，减小整个电极100的材料损耗。

本实施例所提供电极100的工作原理是：通过外界加压，使得存储管140内部的密闭腔180压力大于外界大气压，在压力差的作用下，导电液120从存储管140内被压入到吸收体160内并以液膜形式存在于吸收体160的第二端面162；在电极100需要工作时，外界脉冲电源控制电极100与工件之间的放电，即电极100受外界脉冲电源的控制不断的释放电子给导电液120，导电液120的电子在脉冲电压的作用下聚集到吸收体160具有液膜的一端并且不断的向工件放电，工件接受放电产生的高能量被瞬间熔化，蚀除的颗粒在高能量的冲击下飞溅到四周或粘附在蚀坑的边缘，这时在工件表面上不断产生一个个微小的凹坑，而与此同时，作为电子传输载体的吸收体160也会吸收放电产生的能量，这就要求吸收体160必须具备较好的散热能力，本实施例所采用的设置有铜丝的吸收体160主要就是解决散热问题。本实施例中，电极100自身消耗的是脉冲电源提供的电能量，不会消耗和损坏电极100的各部件，从而降低了电极100各部件自身损耗和损坏率，这不但降低了电极100加工过程的成本还提高被加工工件的加工精度。

本实施例中，该电极100的加工方法：包括吸收体160的加工制备和电极100各部件的连接组装过程。其中，吸收体160的加工制备过程包括以下工序：

将无机纤维棉与水基性粘接剂混合制备得到无机纤维；

将无机纤维、热熔材料和增稠材料混合均匀并在高于热熔材料熔点温度的条件下进行第一次加热，第一次加热时间为50～60min，待第一次加热结束后自然冷却，得到吸收体160的原料；

将吸收体160的原料用形成垫层的方法压制成片状；

将片状吸收体160的原料用低于热熔材料熔点的温度进行第二次加热，并在其的表面均匀放置直径为1.0mm的铜丝，铜丝的质量为吸收体160质量的12％；

在放置有铜丝的片状吸收体160的原料表面均匀喷洒耐高温无机粘合剂并用辊压机进行压制，形成具有网状结构的吸收体160。

电极100各部件的连接组装过程为：将上述制备得到的具有网状结构的吸收体160密封连接于存储管140的第一端口142，再将导电液120从第二端口144灌装于存储管140内，将第二端口144设置密封件190对第二端口144密封，在密封件190表面设置用于对密闭腔180加压的加压入口192，通过加压入口192从外界引入氮气到密闭腔180内，以此实现对存储管140内部的密闭腔180加压，最终使得密闭腔180内的气压大于标准大气压(通常，在电极100工作过程中，保持密闭腔180的压力为1.5个标准大气压)。

第二实施例

请参照图2，本实施例提供一种电极200，其与第一实施例的电极100大致相同，二者的区别在于本实施例的电极200还包括用于冲排蚀除颗粒的冲洗管220。

冲洗管220沿存储管140长度方向先后贯穿于吸收体160、存储管140和密封件190，冲洗管220靠近吸收体160的一端为冲洗液的出口端，远离吸收体160的一端为冲洗液的入口端，此冲洗管220通过外界引入冲洗液，冲洗液以高流速从出口端喷射出，并正对准工件的加工位置，便可将加工过程中的蚀除颗粒及时的进行冲洗和去除，这样避免了蚀除颗粒粘附在熔池区附近，提高了工件的加工精度和美观度。另外，为了提高出口端冲洗介质喷出的压力，以便使得该冲洗介质能够更精准有效的冲洗掉蚀除颗粒，本实施例将冲洗管220的横截面积沿入口端到出口端的方向逐渐减小进行设计。

本实施例所提供电极200的加工方法大致与第二实施例关于电极100的加工方法相同，不同之处就是在电极200安装过程中，新增加了冲洗管220。

冲洗管220先后贯穿整个吸收体160、存储管140和密封件190，且对与吸收体160和密封件190接触的位置均进行密封。

第三实施例

请参照图3，本实施例提供一种电极300，其与第二实施例的电极200大致相同，二者的区别在于本实施例的电极300还包括防火层320。

参照图3和图4，可以看出，防火层320为网状结构且设置于吸收体160能够形成液膜的第二端面162，此防火层320厚度为1mm，这层防火层320主要是为了减小电极300在瞬时放电过程中产生的高温与吸收体160正面接触的面积，最大限度的保护吸收体160，另外，防火层320可由氧化钛或二氧化硅等材料制成。

本实施例所提供电极300的加工方法大致与第二实施例电极200的加工方法相同，不同之处在于本实施例在吸收体160的第二端面162还设置了防火层320，防火层320可通过粘接或涂刷的方式固定于第二端面162。

第四实施例

本实施例与第三实施例的主要区别是：本实施例制造电极的加工方法不一样，具体的是制备吸收体的加工方法不一样，本实施例中在无机纤维、热熔材料和增稠材料进行混合时还添加有耐火材料以进一步电极的提高吸收体自身的耐高温性能，延长电极的使用寿命。

第五实施例

为了探究吸收体中铜丝含量对吸收体散热能力的影响，在本实施例中设计中，其与第四实施例的主要区别是：本实施例在吸收体加工过程中，添加铜丝的质量为吸收体质量的14％。

第六实施例

本实施例与第五实施例的主要区别是：该实施例在吸收体加工过程中，添加铜丝的质量为吸收体质量的16％。

第七实施例

通常情况下，相同质量的铜丝直径的越细，对应铜丝的表面积越大，从而吸收体表现出的散热性越好，因此，本实施例在实施过程中与第六实施例的主要区别是：本实施例在吸收体加工过程中，添加铜丝的直径为0.8mm。

第八实施例

本实施例与第七实施例的主要区别是：该实施例在吸收体加工过程中，添加铜丝的直径为0.6mm。

对比例

对比例的电极包括伺服进给机构、工具电极和工件。其中，伺服进给机构主要用来控制工具电极的进给量，与工具电极固定连接，工具电极为由铜材料制成的工具电极。本对比例中是利用铜与工件之间放电产生的电火花对工件进行加工。

试验例

将上述的八个实施例进行模拟试验，通过对相同工件加工1个小时之后，观察工件表面的加工情况、电极损耗的情况，待电极试样冷却5s后，测试电极放电部位的温度。对结果取平均值。其对比结果如表1所示。

表1.对比试验结果

根据表1的对比试验结果可知，八个实施例整体上都要比对比例的温度低，且第八实施例(有冲液管、防火层、吸收体加工过程中添加有耐火材料、吸收体内部所含铜丝比重最大且直径最小)的温度最低，表明电极加工过程中散热性最好；从电极损耗的程度来看，对比例的电极材料损耗最为严重，八个实施例基本上无实质性的电极损耗；另外，从工件的加工面反应的情况看，除过对比例和没有设置冲液管的第一实施例的工件试样表面有残留的蚀除颗粒以外，其他七个实施例均没有较为明显的蚀除颗粒残留在工件表面。因此，此对比试验整体反映出，本发明的八个实施例较对比例具有较好的散热能力，且在加工过程中不损耗电极材料。

综上所述，本发明通过压力差的作用将导电液从存储管内压入到吸收体内并从以液膜形式使其存在于吸收体的第二端面，最终实现导电液与工件之间的放电，另外本发明还通过添加铜丝到吸收体内，从而进行了电极整体散热能力的改良，大大提高了吸收体的使用效能。因此，本发明提供的电极降低了电极各组件自身损耗和损坏率，避免电极的频繁更换，从而不但降低了电极加工过程的成本还提高了对工件的加工精度。本发明提供的制造上述电极的加工方法，通过制备具有对液体良好吸收能力且散热能力强的吸收体，提高了电极的使用效能，延长了电极的使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。