一种基于碳纤维材料的多通道放电加工电极及使用方法

1.本发明属于多通道放电加工技术领域，尤其涉及一种基于碳纤维材料的多通道放电加工电极及使用方法。


背景技术：

2.多通道放电加工技术通过在放电回路内并联多个上拉电阻来维持每个可能形成放电通道处的开路电压，实现了一个脉冲多个通道放电，打破了传统放电加工技术一个脉冲只能形成一个放电通道的技术屏障。多通道电极是多通道放电加工技术的重要组成部分，起到分散放电通道、提供上拉电阻、冲液等关键作用。众多的功能性要求，使多通道电极的复杂结构形式会影响放电加工效率和精度。
3.目前多通道电极形式主要有两种，一是纯半导体材料电极，二是金属串联电阻多通道群电极。纯半导体材料多通道电极存在综合力学性能差，电极脆性剥落、磨损严重，电极成形工艺难度大的问题。半导体涂层多通道电极存在涂层磨损快，难以制备大厚度涂层的技术难题。金属电极焊接插件电阻的多通道电极虽然耐磨性好，由于实现各个子电极的放电端互相绝缘、进电端互相导通、上拉电阻的冷却以及多通道群电极装夹等工艺要求，使得群电极结构复杂、高速旋转跳动严重。多通道电极功能和结构的复杂性限制了多通道放电加工技术的发展。因此，需要设计出一种基于碳纤维材料的多通道放电加工电极及使用方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于碳纤维材料的多通道放电加工电极及使用方法，以解决现有多通道电极无法兼顾耐高稳、耐磨损、刚性好、有内阻的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明的一种基于碳纤维材料的多通道放电加工电极及使用方法的具体技术方案如下：一种基于碳纤维材料的多通道放电加工电极，包括群电极，所述群电极由数个子电极组成，子电极的上端为进液端，下端为放电端；子电极包裹有绝缘层，子电极连通有碳纤维导体，碳纤维导体连通有接电端，各子电极接电端相互导通连接有公共接电端。通过碳纤维导体具有高熔点、高阻态、高强度、高钢性等优点，满足了多通道电极对材料耐高温、耐磨损、钢性好、有内阻的要求。
6.进一步的，所述子电极为紫铜管，紫铜管直径为0.03～２mm，结构成熟，易于采购生产更换。
7.进一步的，所述碳纤维导体为碳纤维丝、碳纤维棒或碳纤维膜，易于采购。
8.进一步的，所述接电端为进电铜箔，进电铜箔外包于子电极外壁，保证接电质量的同时，耐腐蚀。
9.进一步的，所述碳纤维导体缠绕于紫铜管外壁，结构整体性好，通过碳纤维导体的长度和厚度实现阻值的调整，缠绕长度为1～10mm，满足工艺使用要求的同时，节约成本，结
构占用空间小、接触电阻小。
10.进一步的，所述碳纤维导体与子电极机械接触，机械接触长度为5mm～10mm，结构占用空间小、接触电阻小。
11.进一步的，所述碳纤维导体与子电极银胶粘接接触，银胶粘接接触长度1～5mm，结构占用空间小、接触电阻小。
12.进一步的，所述碳纤维导体依次由接触段、电阻段和进电段组成，紫铜管外壁依次套设有内绝缘层和外绝缘层，内绝缘层与紫铜管外壁夹紧接触段，碳纤维导体回折后电阻段用外绝缘层与内绝缘层镶嵌固定同时露出进电段，进电段与接电端连通，通过调整镶嵌固定的方式，结构更加稳定，通过电阻段长度的调整，完成阻值的调整。
13.进一步的，所述电阻段长度为5～20mm，满足工艺使用要求的同时，节约成本。
14.一种基于碳纤维材料的多通道放电加工电极使用方法，其使用方法具体为以下内容，按需设置碳纤维导体的尺寸和连接方式后，用脉冲电源的负极连通有金属夹具，金属夹具夹持公共接电端，群电极的上端用橡胶圈密封夹持，橡胶圈上端面高于群电极上端面，用工作液循环箱将工作液抽入橡胶圈的圈内流入子电极，因重力并流向放电端，实现群电极的冲液以及放电加工，可以直接配用金属夹具及现有的机床卡爪，性能稳定。
15.相比较现有技术而言，本发明具有以下有益效果：1.本发明通过碳纤维导体的设置，实现各个子电极的放电端互相绝缘、接电端互相导通、上拉电阻的冷却以及多通道群电极装夹等工艺要求，纤维导体具有高熔点、高阻态、高强度、高钢性等优点，满足了多通道电极对材料耐高温、耐磨损、钢性好、有内阻的要求，安全可靠，不需要繁琐的机构即可配用现有生产设备，操作方便，可以通过碳纤维导体长度以及厚度的设置，实现阻值的按需调动。
16.2.本发明通过碳纤维导体为碳纤维丝、碳纤维棒或碳纤维膜，易于采购。
附图说明
17.图1为本发明碳纤维电阻多通道电极结构原理图；图2为本发明碳纤维丝缠绕电极结构示意图；图3为本发明碳纤维丝镶嵌电极结构示意图；图4为本发明原理结构示意图。
18.图中标号说明：1.群电极，2.子电极，21.进液端，22.放电端，3.绝缘层，31.内绝缘层，32.外绝缘层，4.碳纤维导体，41.接触段，42.电阻段，43.进电段，5.公共接电端，51.接电端，6.脉冲电源，7.金属夹具，8.橡胶圈，9.工作液循环箱。
19.具体实施方式：为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的理解。
20.如图1至图3所示，设计出一种基于碳纤维材料的多通道放电加工电极，包括群电极1，所述群电极1由数个子电极2组成，子电极2有进液端21和放电端22；子电极2包裹有绝缘层3，子电极2连通有碳纤维导体4，碳纤维导体4连通有接电端51，各子电极2的接电端51相互导通连接有公共接电端5，通过碳纤维导体4具有高熔点、高阻态、高强度、高钢性等优点，满足了多通道电极对材料耐高温、耐磨损、钢性好、有内阻的要求。
21.一种基于碳纤维材料的多通道放电加工电极使用方法，按需设置碳纤维导体4的
尺寸和连接方式后，用脉冲电源6的负极连通有金属夹具7，金属夹具7夹持公共进电端5，群电极1的上端用橡胶圈8密封夹持，橡胶圈8上端面高于群电极1上端面，用工作液循环箱9将工作液抽入橡胶圈8的圈内流入子电极2，因重力并流向放电端22，实现群电极1的冲液以及放电加工，可以直接配用金属夹具7或其他现有的机床卡爪，性能稳定。
22.原理结构如图4所示，碳纤维导体4与接电端51存在接触电阻ⅰ，碳纤维导体4有体电阻，碳纤维导体4和子电极2存在接触电阻ⅱ，以满足内阻需求。以上实施方式中，列举出3种实施例实现上述技术方案：实施例1如图1和图2所示，本实施例是提供一种基于碳纤维材料的多通道放电加工电极，包括群电极1，所述群电极1由30个子电极2组成，子电极2有进液端21和放电端22；子电极2包裹有绝缘层3，子电极2连通有碳纤维导体4，碳纤维导体4连通有接电端51，各子电极2的接电端51相互导通连接有公共接电端5，通过碳纤维导体4具有高熔点、高阻态、高强度、高钢性等优点，满足了多通道电极对材料耐高温、耐磨损、钢性好、有内阻的要求。
23.其中，子电极2为紫铜管，紫铜管直径为1mm，结构成熟，易于采购生产更换；所述碳纤维导体4为碳纤维丝，易于采购；所述接电端21为进电铜箔，进电铜箔外包于子电极2外壁，保证接电质量的同时，耐腐蚀；碳纤维导体4为选用碳纤维丝；所述接电端51为进电铜箔，进电铜箔外包于子电极2外壁，保证接电质量的同时，耐腐蚀；所述碳纤维丝缠绕于紫铜管外壁，结构整体性好，通过碳纤维丝的长度和厚度实现阻值的调整；所述碳纤维丝的缠绕长度为10mm，满足工艺使用要求的同时，节约成本；碳纤维丝的缠绕厚度为5层，满足工艺使用要求的同时，节约成本。
24.碳纤维丝缠绕子电极制备过程如下：准备直径1mm的紫铜管、直径1.5mm的热缩管、3k碳纤维丝、进电铜箔、直径10mmpvc管;所述碳纤维导体4与子电极2机械接触，机械接触长度为5mm～10mm，即将紫铜管放电端套上热缩管，碳纤维丝塞入铜管和热缩管之间，加热收缩热缩管；缠绕碳纤维丝，缠绕长度为10mm，缠绕层数5层；紫铜管尾部套上热缩管，碳纤维丝尾端塞入热缩管和铜管之间，加热收缩热缩管；在碳纤维丝外层包裹进电铜箔；按上述方法制备30个子电极2；将制备的子电极2的放电端22和冲液端21放入pvc管，接电端51暴漏在外，向pvc管内注入环氧绝缘胶；室温静置24h剥开pvc管，得到多通道群电极。使用车床车削群电极放电端22和接电端51，使两个回转面在同一平面内，得到结构简单、回转精度高的多通道群电极。
25.实施例2如图3所示，本实施例是提供一种基于碳纤维材料的多通道放电加工电极，包括群电极1，所述群电极1由50个子电极2组成，子电极2有进液端21和放电端22；子电极2包裹有绝缘层3，子电极2连通有碳纤维导体4，碳纤维导体4连通有接电端51，各子电极2的接电端51相互导通连接有公共接电端5，通过碳纤维导体4具有高熔点、高阻态、高强度、高钢性等优点，满足了多通道电极对材料耐高温、耐磨损、钢性好、有内阻的要求。
26.其中，子电极2为紫铜管，紫铜管选用直径为2mm，结构成熟，易于采购生产更换；所述碳纤维导体4为碳纤维棒，易于采购；所述接电端21为进电铜箔，进电铜箔外包于子电极2外壁，保证接电质量的同时，耐腐蚀；碳纤维导体选用碳纤维棒；所述接电端51为进电铜箔，进电铜箔外包于子电极2外壁，保证接电质量的同时，耐腐蚀；所述碳纤维棒依次由接触段
41、电阻段42和进电段43组成，紫铜管外壁依次套设有内绝缘层31和外绝缘层32，内绝缘层31与紫铜管外壁夹紧接触段41，碳纤维棒回折后电阻段42用外绝缘层32与内绝缘层31镶嵌固定同时露出进电段43，进电段43与接电端51连通，通过调整镶嵌固定的方式，结构更加稳定，通过电阻段长度的调整，完成阻值的调整；所述电阻段42长度为16mm，满足工艺使用要求的同时，节约成本。
27.碳纤维棒镶嵌子电极制备过程如下：准备直径2mm的紫铜管、直径2.5mm的热缩管、3k碳纤维棒、进电铜箔、直径10mmpvc管；所述碳纤维导体4与子电极2机械接触，机械接触长度为5mm～10mm，即紫铜管整个套上热缩管，碳纤维丝塞入紫铜管的进液端21和热缩管之间，加热收缩热缩管；向紫铜管放电端22方向折返拉直碳纤维棒，在紫铜管进液端套上10mm热缩管，并加热收缩；在碳纤维外层包裹30长的进电铜箔；按上述方法制备50个子电极2；将制备的子电极2的放电端22和冲液端21放入pvc管，接电端51暴漏在外，向pvc管内注入环氧绝缘胶；室温静置24h剥开pvc管，得到多通道群电极毛坯。使用车床车削群电极放电端22和接电端51，使两个回转面在同一平面内。得到结构简单、回转精度高的多通道群电极。
28.实施例3本实施例是提供一种基于碳纤维材料的多通道放电加工电极，包括群电极1，所述群电极1由35个子电极2组成，子电极2有进液端21和放电端22；子电极2包裹有绝缘层3，子电极2连通有碳纤维导体4，碳纤维导体4连通有接电端51，各子电极2的接电端51相互导通连接有公共接电端5，通过碳纤维导体4具有高熔点、高阻态、高强度、高钢性等优点，满足了多通道电极对材料耐高温、耐磨损、钢性好、有内阻的要求。所述碳纤维膜包裹于紫铜管外壁，结构整体性好，通过碳纤维膜的厚度实现阻值的调整。
29.其中，子电极2为紫铜管，紫铜管直径为0.03mm，结构成熟，易于采购生产更换；所述碳纤维导体4为碳纤维膜，易于采购；所述接电端21为进电铜箔，进电铜箔外包于子电极2外壁，保证接电质量的同时，耐腐蚀；所述碳纤维膜与子电极2采用银胶粘接接触，银胶粘接接触长度5mm，结构占用空间小、接触电阻小；所述碳纤维导体为碳纤维膜；所述接电端51为进电铜箔，进电铜箔外包于子电极2外壁，保证接电质量的同时，耐腐蚀。
30.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。