专利名称：一种柔性电磁极复合工具的制作方法
技术领域：
本发明属于电化学电弧加工领域，特别是一种柔性电磁极复合工具。
背景技术：
超硬金属材料及金属基复合材料被日益广泛地应用于轻工造纸、航空航天、电子、 汽车等工业领域。目前超硬材料及金属基复合材料的加工方法主要有传统的机械加工方法及包括激光加工、磨料射流加工、电解加工、电火花加工等在内的特种加工方法。其中机械加工的方法加工超硬的材料，必须采用比工件材料更硬的刀具，这无疑大大提高了加工的成本，在采用机械加工的方法加工金属基复合材料上，剧烈的刀具磨损和低劣的表面质量是至今仍未解决的两大难题，其主要原因在于金属基复合材料中的增强相本身就是磨粒，具有很高的硬度，比如SiC颗粒的硬度就比绝大多数刀具材料的硬度要高很多，因此在加工该类材料时剧烈的刀具磨损也就难以避免了。结果表明，即便是采用昂贵的金刚石刀具，虽然能一定程度上延缓刀具的磨损，然而刀具寿命也往往只有几分钟。激光加工、磨料水射流加工虽然具有较高的加工效率且无需面临刀具磨损的问题，但是研究结果表明，激光加工的热损伤较大且能使工件表面产生毛刺、划痕以及熔滴等缺陷，另外激光加工SiC/Al复合材料时还极易产生有害的A14C3相。磨料水射流加工虽然没有热损伤区，然而其加工表面粗糙并会产生齿状边等加工缺陷，加之其加工的精度低，因此很难满足工业生产的需要。电解加工能加工超硬的金属材料及金属基复合材料，加工过程中也不存在工具损耗的问题，然而其加工精度较低且对于金属基复合材料来说由于金属基复合材料中存在大量难电解的陶瓷相，这些陶瓷相在加工的过程中很难及时脱落排出， 突出在工件表面的陶瓷相不仅影响表面质量而且会对待加工区域的金属相形成屏蔽，因而降低了加工效率，研究结果表明采用电解加工的方法加工金属基复合材料难以获得理想的加工效率和表面质量。电火花加工虽然加工速度比较低，但由于电火花线切割及电火花成型的加工精度相对较高且能加工出复杂的三维形状，因此是目前采用得比较多的一种加工方法。然而由于电火花加工的工件表面粗糙度值高，完整性差，因此很难满足工业应用的需要。此外采用电火花对金属基复合材料的加工过程中，裸露的非导电陶瓷相会造成大量不正常的电弧放电现象，极易导致电极损坏。电化学电弧法(电化学火花法)可达到有比电火花加工高5-50倍的材料去除率且加工过程稳定。然而加工过程中电弧效应会导致工具迅速损耗，此外和电火花加工相比， 其加工表面质量也没有获得实质性的改善。磨削效应已被证明能获得高质量的加工表面和很高的尺寸精度，然其效率极端低下。采用了电化学电弧磨削复合加工的方法不仅具有比电化学电弧加工还要高的效率，而且能获得完整性很好加工表面，然而在加工过程中，工具表面的磨粒结合剂会迅速被电弧效应去除，从而导致磨粒脱落，致使工具失效，造成加工无法进行。由上可见，伴随着科学技术和社会的不断发展，现有的加工超硬金属材料及金属基复合材料的手段和加工技术已不能满足工业化的需求。迫切需要发展更为先进的加工技术。特别是现代造纸工业、航空工业，汽车工业，模具制造业中都迫切需要发展一种能高效高质量成型超硬材料及金属基复合材料的技术。
发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足，本发明提供一种结构简单、使用寿命长的柔性电磁极复合工具。本发明通过下述技术方案实现一种柔性电磁极复合工具，包括工具的基体、磨粒层，所述磨粒层包括磨粒、磨料结合剂层，所述磨粒通过磨料结合剂层与基体的端部结合，所述磨料结合剂层的表面还吸附有诱导放电的磁粉颗粒，形成一层磁粉保护层。所述磨粒层至少有一层以上。所述磨粒有若干颗、且呈不规则地布满在整个磨料结合剂层的表面。所述磨粒的形状呈菱形、三角形或不规则多边形结构。本发明的有益效果是磨粒通过磨料结合剂(导磁的金属结合剂)固结在工具的基体上，而磁粉颗粒则吸附在磨料结合剂的表面，加工过程中，一方面由于放电只能在一定间隙范围内发生，可通过控制电参数、磨粒粒径等方式来形成合适的加工间隙，使得磨料结合剂表面和工件之间形成足够大的间隙使得放电难以在二者之间产生，另一方面，通过磁粉吸附于工具表面，使得吸附区域与工件间间隙变小，形成火花放电的间隙条件，由于放电一般发生在间隙最小处(电场强度最强处)，因此放电将被约束在吸附磁粉颗粒的区域，也就是使放电基本产生于磁粉颗粒和工件之间，火花放电将使诱导放电的磁粉颗粒不断被火花效应去除，然在磁场作用下能及时得到补充，从而避免放电直接产生在磨料结合剂和工件之间，对工具起到良好的保护作用。磨粒层为多层结构，在磨粒自然磨损的情况下，可通过控制磁场等方式暂时减弱或者消除保护层，利用电弧效应去除磨损层的磨料结合剂，露出下层崭新锋利的磨粒，使工具保持锐利状态。本专利技术手段简便易行，具有积极的技术效果。
图1是本发明结构示意图。图2是本发明与实验装置结合使用状态示意图。图中Z轴1-1 ；高速主轴2-1 ；电磁供应系统3-1 ；柔性电磁极复合工具4_1 ；喷嘴 5-1 ；工件6-1 ；滑轨7-1 ；工作液槽8-1 ；运动控制系统9-1 ；加工电源10_1 ；工作台11_1 ； 磁粉供应系统12-1 ；Y轴13-1 ；X轴14-1 ；喷嘴15_1 ；工作液循环处理系统16。
具体实施例方式
下面对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本发明柔性电磁极复合工具，包括工具的基体1、磨粒层，所述磨粒层包括磨粒4、磨料结合剂层2，所述磨粒4通过磨料结合剂层2与基体1的端部结合，所述磨料结合剂层2的表面还吸附有诱导放电的磁粉颗粒，形成一层磁粉保护层3。所述磨粒层至少有一层以上，如5层、10层、20层等。所述磨粒4有若干颗、且呈不规则地布满在整个磨料结合剂层2内。所述磨粒4的形状呈菱形、三角形或不规则多边形结构。加工过程中，磁粉保护层3的磁粉不断被电弧9的电弧效应去除，然在磁场作用下能及时得到补充。磨粒层的磨粒4通过磨料结合剂层2 (该磨料结合剂层2由导磁的金属结合剂凝固后构成)固结在工具的基体1上，而磁粉保护层3则覆盖在磨料结合剂层2的表面形成保护层，加工过程中，磁粉保护层3的磁粉不断被电弧9电弧效应去除，然在磁场作用下能及时得到补充，在磨粒层的磨粒4自然磨损的情况下，可通过控制磁场等方式暂时减弱或者消除磁粉保护层3，利用工件6与磨料结合剂层2之间的电弧效应去除磨料结合剂层2被磨损的磨料粉末，由于磨粒层有多层相叠，因此当最表层的磨粒层的磨损磨粒4被电弧去除后，紧跟其露出下一层崭新锋利的磨粒4，使工具保持锐利状态。图中1中，电弧放电坑 7、工具表面电弧效应8、增强相5、电化学效应10。如图2所示，柔性电磁极复合工具4-1夹持在加工装置的高速主轴2-1下端，通过电磁供应系统3-1对其施加可控的电场和磁场，在实验中为适应不同的加工要求，高速主轴2-1的转速在大范围内可调。喷嘴5-1能够向加工区域供应一定压力和流量的工作液， 喷嘴15-1则根据加工的状态向加工区域适量补充磁性金属粉末。通过运动控制系统9-1 的作用，在加工过程中高速主轴2-1能带动柔性电磁极复合工具4-1相对工件6-1做复杂的运动，加工出复杂的三维几何形状。工作液回流孔开在工作台11-1的底部，并与工作液循环处理系统16相连接。加工中，柔性电磁极复合工具4-1高速旋转，并能在控制系统9-1的作用下，根据加工状态适时做“抬刀”运动，以便更有利地导入工作液和排出加工产物，使得加工状态保持稳定。“抬刀”运动还有利于更好地形成保护层。除以上喷射工作液加工方案外，还可采用浸没式加工方案。如上所述便可较好地实现本专利。
权利要求
1.一种柔性电磁极复合工具，其特征在于包括工具的基体、磨粒层，所述磨粒层包括磨粒、磨料结合剂层，所述磨粒通过磨料结合剂层与基体的端部结合，所述磨料结合剂层的表面还吸附有诱导放电的磁粉颗粒，形成一层磁粉保护层。
2.根据权利要求1所述的柔性电磁极复合工具，其特征在于，所述磨粒层至少有一层以上。
3.根据权利要求2所述的柔性电磁极复合工具，其特征在于，所述磨粒有若干颗、且呈不规则地布满在整个磨料结合剂层的表面。
4.根据权利要求3所述的柔性电磁极复合工具，其特征在于，所述磨粒的形状呈菱形、 三角形或不规则多边形结构。
全文摘要
本发明公开了一种柔性电磁极复合工具包括工具的基体、磨粒层，所述磨粒层包括磨粒、磨料结合剂层，所述磨粒通过磨料结合剂层与基体的端部结合，所述磨料结合剂层的表面还吸附有诱导放电的磁粉颗粒(保护层)。磨粒层为多层结构，在磨粒自然磨损的情况下，可通过控制磁场等方式暂时减弱或者消除保护层，利用电弧效应去除磨损层的磨料结合剂，露出下层崭新锋利的磨粒，使工具保持锐利状态。本专利技术手段简便易行，具有积极的技术效果。
文档编号B23H5/08GK102430823SQ201110328010
公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者刘江文, 唐宝玲, 郭钟宁, 陈奇峰, 陈广学 申请人:华南理工大学