专利名称：颗粒增强铝基复合材料电火花铣削加工工具电极的制作方法
技术领域：
本发明属于特种加工技术领域，涉及一种颗粒增强铝基复合材料电火花加工用的电极，尤其涉及到电火花铣削加工用的工具电极。
背景技术：
近年来，随着科学技术的不断进步，对材料性能提出了更高的要求，既希望具有良好的综合性能，如低密度、高强度、高刚度、高韧性、高耐磨性和良好的抗疲劳性能等，又期望能在高温、高压、高真空、强烈腐蚀及辐照等极端环境条件下服役。传统的单一材料已难以满足上述要求。当前，颗粒增强金属基复合材料引起了广泛的关注，已成为竞相研究开发的一类多用途新型结构材料。金属基体常采用铝和铝合金，采用的增强颗粒常有三氧化二铝(Al2O3),碳化硅(SiC)，碳化钛(TiC)，碳化四硼(B4C)等陶瓷颗粒及二硼化钛(TiB2)，目的是提高材料的硬度、强度和耐磨擦磨损性能，SiC和Al2O3是使用最多的增强颗粒。陶瓷增强颗粒与铝合金的复合使颗粒增强铝基复合材料展现出优异的性能，如低密度、高的比强度和比刚度、高弹性模量、耐磨性能好、高热导率和低的热膨胀系数。颗粒增强铝基复合材料已应用于制造导弹惯性器件壳体、战斗机腹鳍和液压制动器缸体、卫星仪器支架、电子封装件、汽车制动盘等。颗粒增强铝基复合材料已被列为国家“863”新型材料研究课题，并因其具有优异性能而在航空航天、电子、新型汽车等领域得到广泛关注。颗粒增强铝基复合材料中因加入高硬的增强颗粒，普通机械切削加工时刀具磨损剧烈，加工精度和表面质量难以保证，这已成为该种材料广泛应用的“瓶颈”。如碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)中加入了高强度的硬脆SiC陶瓷颗粒，SiC颗粒比常用的刀具如高速钢刀具和硬质合金钢刀具的硬度还高，在机械加工的过程中引起剧烈的刀具磨损和振动，因此，通常采用昂贵的聚晶金刚石(PCD)刀具和立方氮化硼(CBN)刀具对SiCp/Al复合材料进行切削加工，从而，其昂贵的加工成本限制了 SiCp/Al复合材料的广泛应用。电火花加工颗粒增强金属基复合材料的优点非常明显，因为电火花加工中没有机械能，材料的硬度、强度和粗糙度对材料的去除率没有影响，因此对于颗粒体积分数高、尺寸大的复合材料，能够有效避免切削加工时经常出现的材料崩碎问题。电火花铣削加工是指使用简单圆柱形电极、管状电极(可内喷工作液)使其旋转并进行类似铣削的电火花加工，是20世纪90年代初才发展起来的一种新型加工工艺，极具发展前景，瑞士 Charmilles公司认为未来模具加工采用电火花铣削将占30%。它与传统电火花成形加工相比具有如下优点节省成形电极的加工费用，提高加工的灵活性，电极高速旋转以及相对放电位置的不断改变大大改善了放电条件，有效避免了电弧放电和短路现象，加工更易稳定，加工面积小，电容效应小。电火花铣削可用于颗粒增强金属基复合材料的孔、槽、曲面及型腔加工。与普通金属材料的电火花加工不同，颗粒增强金属基复合材料的电火花加工较大地受到增强颗粒的影响。如SiC颗粒增强铝基复合材料的电火花加工时，在材料的去除过程中，包围着增强颗粒的铝基体首先被熔化和汽化去除，由于SiC颗粒有很高的熔点(约是铝的4倍)，在加工过程中较难熔化，对材料的去除产生“屏蔽”作用，没有被熔化或部分熔化的增强颗粒随后还会脱落，影响排屑及加工速度，并会造成不正常电弧放电影响工件表
面质量。普通管状电极可从内孔冲注工作液，在电火花铣削加工腔槽时排屑效果优于实心圆柱电极，但受复合材料中高熔点增强颗粒的影响仍然较大，充斥在电极与工件间的较难熔的增强颗粒易导致排屑不畅，并易在加工表面上形成铝基体材料先熔融后重新凝固留下的内含裂纹等缺陷的重铸层，会使蚀除效率较低，增大表面粗糙度，影响表面质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种颗粒增强铝基复合材料加工用的电火花铣削工具电极， 实现此类难加工的复合材料沟槽、型腔、曲面等结构的电火花铣削，提高其加工表面质量。所述目的是通过如下方案实现的一种颗粒增强铝基复合材料电火花铣削加工工具电极，所述电极为空心管状，所述电极外壁上开设有一至四个窄长槽，所有窄长槽在电极管外壁的周向上均勻布置。所述窄长槽的槽宽为10微米 100微米，槽深为槽宽的2 4倍。所述电极外表面的窄长槽不与管内孔贯通。所述电极的外径在0. 3毫米至5毫米的范围内。所述电极为管状，管内孔直径占管外径的25% 50%。本发明具有如下优点1.电极管外的窄长槽有利于对增强颗粒的放电“碎屑”处理，并增加了容屑空间， 有利于排屑，可提高电火花铣削加工效率。2.旋转的窄长槽电极对周围工作液介质的搅拌作用更强，工作液随着电极而快速旋转，旋转的流体对工件表面也起到冲刷作用，更进一步有利于蚀除颗粒的排出，减少重铸层的形成，从而提高电火花铣削加工的表面质量。3.可提高电火花铣削加工的稳定性。电蚀除的微粒可进入窄长槽中排出，不影响电极对工件的正常放电加工，避免拉弧等不正常电弧放电的产生。4.采用多轴联动的电火花数控机床，实现对颗粒增强铝基复合材料三维型腔、曲面、深沟槽等结构的精密加工。5.本发明所述电极结构简单、工作可靠、成本低。
图1是本发明的结构示意图。图2是图1中A-A位置的剖面图。图3是本发明工具电极的制作示意图。图4是本发明实施例制作的开窄长槽管电极对SiC颗粒增强铝基复合材料工件电火花铣削的腔槽侧面照片。图5是普通不带窄长槽的管电极对SiC颗粒增强铝基复合材料工件电火花铣削的腔槽侧面照片。其中，金属电极管1，窄长槽2，电极管内孔3，电极夹头4，机床主轴5，喷液管6，塞尺7，脉冲电源8，塞尺夹块9，工作台10，床身11，放电火花12，工作液挡板13。
具体实施例方式下面结合附图详细阐述本发明优选的实施方式。本实施例所述电极为空心管状，参见图1和图2，金属电极管1是外直径为1. 0mm、 内孔直径为0. 3mm的铜电极管，电极管内孔3为工作液导孔，在电极管外壁的圆周方向上均勻开设三条窄长槽2。窄长槽的个数可以是1-4个，槽太多会增加电极相对损耗率且电极制作困难。本发明所述电极管外窄长槽可以采用现有技术中能够实现的任意一种方法进行加工。本实施例以借助于电火花加工机床进行加工为例说明窄长槽的加工过程，参见图3， 铜金属电极管1被安装在机床主轴5下端电极夹头4上，并可在主轴头的带动下做转动和上下的移动，本实例采用反拷法加工，用50 μ m厚的不锈钢长塞尺7作为反拷电极，由简易的塞尺夹块9固定在安装于床身11上的工作台10上，可随工作台10左右前后运动，金属电极管1和塞尺7 二者分别与脉冲电源8的正、负极相连，从喷液管6中冲注去离子水工作液于这二者之间，进行冲液电火花加工，工作液挡板13防工作液溅出，在脉冲电源8的作用下，二者间隙中产生放电火花12，进而在金属电极管1上蚀除加工出约65 μ m宽、180 μ m深的管外窄长槽，所述窄长槽在长度方向上不同位置的截面形状尺寸完全一致。窄长槽的长度方向与电极管轴线平行，窄长槽的长度无需限定，一般根据加工需要，在70mm以上都能实现本发明目的。本实例加工时，金属电极管1不旋转，加工一条窄长槽约需15分钟，加工第一条窄长槽后，转动120°后静止，再进行第二条窄长槽加工，同理加工出第三条窄长槽。用上述加工方法加工出的电极管，与现有技术中同等尺寸不带窄长槽的电极管用相同的加工参数分别对SiC颗粒增强铝基复合材料进行电火花铣削腔槽加工，加工后产品腔槽侧面的照片如图4和图5所示。可以看出，本实例制作电极管(前者)的加工工件表面铝滴重铸层明显减少，表面形貌均勻，不带窄长槽的电极管(后者)加工工件表面重铸层多，SiC增强颗粒脱落形成的黑凹坑点也多，经实测比较，前者加工工件表面粗糙度值比后者明显降低，且比后者提高了加工蚀除效率。前述实施例提到的在空心电极管柱外表面设置的多个窄长槽可以都具有相同的槽宽、槽深、槽长，当然也可以根据需要采用不同的槽宽、槽深、槽长，这些尺寸非必要限定， 只要能够实现本发明的目的，都在本发明的保护范围之内。本实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。
权利要求
1.一种颗粒增强铝基复合材料电火花铣削加工工具电极，所述电极为空心管状，其特征在于所述电极外壁上开设有一至四个窄长槽，所有窄长槽在电极管外壁的周向上均勻布置。
2.根据权利要求1所述的颗粒增强铝基复合材料电火花铣削加工工具电极，其特征在于所述窄长槽的槽宽为10微米 100微米，槽深为槽宽的2 4倍。
3.根据权利要求1或2所述的颗粒增强铝基复合材料电火花铣削加工工具电极，其特征在于，所述电极外表面的窄长槽不与管内孔贯通。
4.根据权利要求1或2所述的颗粒增强铝基复合材料电火花铣削加工工具电极，其特征在于所述电极的外径在0. 3毫米至5毫米的范围内。
5.根据权利要求1或2所述的颗粒增强铝基复合材料电火花铣削加工工具电极，其特征在于所述电极管内孔直径占管外径的25% 50%。
全文摘要
本发明涉及一种颗粒增强铝基复合材料电火花铣削加工工具电极，属于特种加工技术领域。为解决颗粒增强铝基复合材料电火花铣削加工时因材料中高熔点硬脆增强颗粒而使得加工效率低、表面质量差的问题，本发明提供的电极为空心管状，所述电极外壁上开设有一至四个窄长槽，所有窄长槽在电极管外壁的周向上均匀布置。本发明具有结构简单、成本低、提高电火花铣削加工的表面质量和加工效率等优点。
文档编号B23H1/04GK102284752SQ20111020316
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月20日 优先权日2011年7月20日
发明者胡富强, 郭云玲, 陈强 申请人:哈尔滨工业大学