激光立体成形电火花粗精加工用梯度复合电极的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电火花放电加工技术领域，具体涉及一种激光立体成形电火花粗精加 工用梯度复合电极的制备方法。
【背景技术】
[0002] 由于电火花技术在加工特殊性能材料、复杂结构以及微细零件等方面具有其它加 工方法无法比拟的优越性，近年来逐渐得到推广与应用。在电火花放电加工的过程中，被熔 化、气化、爆炸抛出的电极材料不仅将工件材料烛除掉了，同时也将工具电极材料烛除掉， 这就不可避免地产生了工具电极的损耗，而工具电极的损耗直接映射到工件上，影响其成 型精度。
[0003] 为了提高工件的成型精度，一些专家学者们投入了对工具电极的研宄。其中，本申 请的发明人李丽副教授研发了一种复合电极，试图通过提高电极的抗电蚀性能来改善工件 的成型质量，并向我国提出了发明专利申请，其申请号为201410130305. 4,该电极是采用表 面化学镀铜的SiC和TiB2微粉通过电沉积在铜基体中形成的，虽然一定程度上提高了工具 电极的抗电蚀性能，但电极中添加的SiC和TiB 2分布并不均勾，耐蚀性能不稳定，并且添加 量也不易控制，这些都很大程度上影响了电极的加工质量。
[0004] 另外，在电火花实际加工的过程中，一般要对工件先进行粗加工，然后再进行精加 工。目前，均是采用两种不同精度的电极对工件进行先后两次电火花加工，中间要进行更换 电极操作，降低了加工效率；同时由于要进行两次电极装夹，装夹位置的差异也会影响工件 的加工精度。
[0005] 针对上述问题，行业内急需一款能对工件进行粗加工和精加工且能提高加工精度 的电极。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种激光立体成形电火花粗精加工用梯度复 合电极的制备方法，能够对工件进行粗加工和精加工且耐蚀性能稳定。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：发明一种激光立体成形电火花粗精 加工用梯度复合电极的制备方法，包括基板和漏斗，基板安装在超声振动装置的变幅杆上， 其特征在于：包括以下步骤： (1) 用软件生成电极的三维实体模型，并将三维实体模型按一定厚度切片分层，转换成 二维轮廓信息，获得各切片分层的形状参数； (2) 利用C02激光器在氩气保护下采用同轴送粉的方式按照内侧切片分层的形状参数 将Cu基SiC复合微粉烧结在振动的基板上，制得Cu基SiC复合沉积层，基板的振动方向与 Cu基SiC复合微粉的沉积方向一致；超声振动功率为80W~100W，振幅为1~2um ;所述Cu 基SiC复合微粉的制备步骤如下： a、化学镀铜：将SiC制成粒径为3~5um的微粒，对SiC微粒表面进行化学镀铜并干 燥，制得SiC镀铜微粒； b、 制备熔液：将金属纯Cu加热至1150~1180°C，制得Cu熔液； c、 微粒植入：在漏斗中设置导管，导管的下端位于漏斗底部的漏嘴处、上端连通高压氮 气源，导管还连通送料管，送料管的另一端连接均匀送料器；漏斗的底部设置送气装置，送 气装置的出气口朝向漏嘴处； 将步骤b制得的Cu熔液倒入漏斗中，步骤a制得的SiC镀铜微粒加到均匀送料器中， 同时开启高压氮气源、均匀送料器和送气装置，SiC镀铜微粒通过送料管均匀地进入导管， 并在高压氮气源的风力下被吹出导管，Cu熔液包覆在SiC镀铜微粒的外周并一同从漏嘴漏 下，被气体雾化成复合微粉； d、 筛选：步骤（3)制得的复合微粉过100~150目筛，取筛下部分； (3)利用激光按照外侧切片分层的形状参数将Cu粉和石墨粉混合烧结在Cu基SiC复 合沉积层上，Cu粉和石墨粉的质量比4:1~5:1。
[0008] 优选的，步骤（2)中基板依次先用80#、200#和500#粒度的砂纸打磨，并用乙醇清 洗，吹干。
[0009] 优选的，步骤（2)中激光光束直径为1~2 mm，激光功率为3~4 KW，扫描速度为 7~9 mm/s，同轴送粉量为6~8g/min。
[0010] 优选的，步骤（3)中激光光束直径为1~2 mm，激光功率为4~6 KW，扫描速度为 3~5 mm/s，同轴送粉量为6~8g/min。
[0011] 优选的，步骤（3)中Cu粉直径为60~80um，石墨粉直径为60~80 um。
[0012] 优选的，步骤（1)中切片厚度为0· 2~0· 4 mm。
[0013] 优选的，步骤（1)中所用软件为CAD。
[0014] 优选的，步骤a的工作温度为80°C，化学镀铜时间为3小时。
[0015] 优选的，步骤a中所用化学镀溶液由14~16质量分五水硫酸铜、25~32质量分 甲醛和10~12质量分氢氧化钠溶于1000质量分水中制成，SiC微粒与化学镀溶液的质量 比为1:10。
[0016] 优选的，步骤c中送气装置的送气压力为L 2~I. 4 MPa。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： 1、本发明通过软件将立体电极分层，利用激光先将Cu基SiC复合微粉烧结到基板上， 然后再将Cu粉和石墨粉混合均匀烧结到Cu基SiC沉积层上，形成电极的梯度结构，在电火 花加工过程中位于电极外层的Cu基体石墨沉积层最先放电，实现工件的粗加工，待Cu基体 石墨沉积层被电蚀掉，就可利用电极的Cu基SiC沉积层完成工件的精加工；同时制备Cu基 SiC沉积层的Cu基SiC复合微粉是采用氮气将SiC微粒吹散在Cu熔液中，然后雾化冷却成 型的，提高SiC微粒在Cu基SiC复合微粉中分布的均匀性，并便于控制SiC微粒的添加量， 提高电极的抗电蚀性能的均衡性，进而提高工件的加工质量。
[0018] 2、由于制备电极的过程中，基板处于振动状态，能够使沉积层更加致密均匀，进一 步提高电极的抗电蚀性能。
【附图说明】
[0019] 图1是制粉设备的结构图； 图2是SiC微粒在复合电极中的分布图； 图3是复合电极的金相显微图。
[0020] 附图标记为：1、漏斗；2、导管；3、高压氮气源；4、均匀送料器；5、送料管；6、送气 装置；7、出气口；8、漏嘴。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。
[0022] 实施例一 依次按照以下步骤制得一种电火花工具电极用Cu基SiC复合微粉： a、 将SiC制成粒径为3um的微粒，由14质量份的五水硫酸铜、25质量份的甲醛和10质 量份的氢氧化钠溶于1000质量份的水中制成化学镀溶液，SiC微粒放入化学镀溶液中进行 表面化学镀铜并干燥，SiC微粒与化学镀溶液的质量比为1:10,制得SiC镀铜微粒；化学镀 铜的工作温度为80°C，时间为3小时； b、 将金属纯Cu加热至1150°C，制得Cu熔液； c、 如图1所示，在漏斗1中设置导管2,导管2的下端位于漏斗1底部的漏嘴8处、上端 连通高压氮气源3,导管2还连通送料管5,送料管5的另一端连接均匀送料器4 ;漏斗1的 底部设置送气装置6,送气装置6的出气口 7朝向漏嘴8处； 将步骤b制得的Cu熔液倒入漏斗1中，步骤a制得的SiC镀铜微粒加到均匀送料器4 中，同时开启高压氮气源3、均匀送料器4和送气装置6, SiC镀铜微粒通过送料管5均匀地 进入导管2,并在高压氮气源3的匀速风力下被吹出导管2, Cu熔液包覆在SiC镀铜微粒的 外周并一同从漏嘴8漏下，被送气装置6喷出的气体雾化成复合微粉；其中，送气装置6的 送气压力为I. 2MPa d、 步骤c制得的复合微粉过100目筛，取筛下部分。
[0023] 利用上述制得的Cu基SiC复合微粉再经如下步骤制得电火花粗精加工用梯度复 合电极： (1) 用AutoCAD软件(简称CAD)生成电极的三维实体模型，并将三维实体模型进行切片 分层，切片的厚度为0.2 mm，将电极的三维实体模型转换成二维轮廓信息，获得各切片分 层的形状参数； (2) 依次用80#、200#