不对称深度微沟槽电极及应用其放电加工微弯孔的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种弯曲孔加工技术，特别是涉及一种气中微放电的空间弯曲微孔加工和电极制造方法，该加工方法属于电火花加工领域。
技术背景
[0002]电火花加工技术具有操作简单，加工成本低，最小加工孔径可达数微米的优点，所以应用领域较广。但是，传统的电火花加工技术仅能加工直孔，无法满足高附加值零部件中的空间弯曲路径微孔加工。空间弯曲孔加工技术一直是制造技术中的一个重要的技术问题，很多机械零部件都需要弯曲孔的结构，尤其是铸造模具(特别是一模多腔)弯弯曲曲的结构需要设计冷却水道孔随模具型腔绕弯进行冷却，提高铸造质量；由于这些冷却水道孔在三维空间内发生弯曲，用现在的制造技术很难加工出符合要求的空间弯曲微孔。因此为了提高机械加工工艺，一般不允许设计弯曲孔结构，但由于有的零部件必须设计弯曲孔结构来提高性能，因此现在一般做法是采用几段直孔拟合成曲线来代替弯曲孔，但这种方法很难满足要求高的生产性能，有时还会发生泄漏等严重现象并且制造成本也高。因此为了满足现在工业生产制造的空间弯曲微孔的需求，需要一种操作简单，生产成本低，可以普及的空间弯曲孔加工方法，来提高零部件的制造质量。
[0003]在弯曲孔加工方面，由于电火花加工具有以柔克刚的特点成为现在弯曲孔加工常用方法。现在应用电火花加工弯曲孔方面的研宄主要集中在日本，但他们大多数研宄的是如何对电极端头进行智能控制，使得电极端头可以按要求进行弯曲从而加工出弯曲孔。由于电火花加工环境的特殊性和放电电极的尺寸小等特点，使得通过智能控制电极端头加工出弯曲微孔的加工方法成本高，设备复杂。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有弯曲孔加工成本高，设备复杂的缺点，提供一种不对称深度微沟槽电极及应用其放电加工微弯孔的方法，可以简单的实现弯曲微孔加工。
[0005]本发明可通过如下技术方案实现:
[0006]一种不对称深度微沟槽电极，在圆柱形的电极整个圆周上沿轴向布有V形的微沟槽，微沟槽在整个圆周上呈左右对称，上下为不对称分布，微沟槽的深度呈上下逐渐变深趋势，其中最上面微沟槽为第一微沟槽，第一微沟槽的深度Ii1最浅，从上到下左右对称地为第二微沟槽到第η微沟槽，微沟槽的沟槽深度变化规律为:hn= h (n —D+D/m，其中h(n —为电极表面第η -1条微沟槽的深度，hn为第η条微沟槽的深度，η的取值范围为l〈n〈30，D为电极的外径，m是一个正实数，取值范围为50〈m〈80 ;电极的中心设有通气孔，通气孔的直径为0.1?2.5毫米；所述微沟槽的表面涂有绝缘涂层。
[0007]优选地，所述微沟槽的V形结构两侧面的夹角为45?60度。
[0008]所述第一沟槽深度^为0.01毫米。
[0009]所述电极的材料为紫铜。
[0010]所述微沟槽的深度为10?300微米。
[0011]所述绝缘涂层的厚度为0.006?0.01毫米，绝缘涂层的材料为芳基聚酰亚胺。
[0012]应用所述不对称深度微沟槽电极放电加工微弯孔的方法:电极连接脉冲电源的负极，工件连接脉冲电源的正极，脉冲电源的电压为20?300V，电流为0.5?50A，脉冲电源频率20?100Hz ;电极中的通气孔通入脉冲气流，频率与脉冲电源频率相同。
[0013]优选地，脉冲电压与脉冲气体的频率都为20?1000Hz，占空比30?70%。
[0014]电极侧面上的微沟槽由于有助于气体的排出，从而提高了放电加工效率并且可以加工出更大深径比的微深孔。在进行气中微放电加工时，由于不同深度的微沟槽对微放电的影响不同，深度大的微沟槽由于更加有助于排气和排肩，这使得更加有利于产生电火花放电，材料去除速率也明显提高，从而使在电极不同深度微槽的地方材料去除速率不同；这种不对称的放电去除效率使得微电极朝着更深的微槽圆柱面方向偏移，从而加工出微弯曲孔。
[0015]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0016](I)使用不对称微槽结构电极进行弯孔微放电加工，不需要复杂的机构和控制模块，只需要在传统电极上加工出为沟槽，从而降低了加工成本；
[0017](2)电极侧面上的微槽由于有助于排气和排肩，从而提高材料去除速率，从而降低加工成本，并且可以加工出更大深径比的微深孔。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的不对称微槽结构电极的加工示意图。
[0019]图2为不对称微沟槽电极的三维示意图。
[0020]图3为图2不对称微槽结构电极的横截面示意图。
[0021]图4为放电加工初始阶段的加工示意图。
[0022]图5为放电结束时弯孔成型示意图。
【具体实施方式】
[0023]为更好理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
[0024]传统的电火花加工电极一般为圆柱形，本发明是在电极侧面上加工不对称微槽结构。如图1所示，在制作不对称深度微槽结构电极时，是采用高速旋转V形尖端金刚石砂轮1，在电极2的放电侧面上作直线往复运动，每次进给深度为I?5微米，逐渐加工出V形的微沟槽3 ;电极2的中心设有通气孔5，通气孔5的直径为0.1?2.5毫米，电极2制作过程中通过夹具4装夹和定位；砂轮转速为2000?3000转/分，进给速度为0.1?0.2米/分，切削液为水。
[0025]图2为不对称深度微沟槽电极的三维示意图，如图2所示，电极2的外径D控制为:0.3〈D〈3.0毫米，电极2的表面的布有微沟槽3，微沟槽3形成微沟槽阵列，微沟槽3两侧面的夹角为45?60度。电极2的侧表面涂有厚度为0.006?0.01毫米的绝缘涂层，其材料为芳基聚酰亚胺，涂绝缘涂层的目的是防止电极侧面与工件上已加工出的孔壁接触发生放电，从而保证电火花放电始终发生在电极顶端。
[0026]如图3所示，微沟槽3均匀地布满在电极2的侧面，呈左右对称，但上下为不对称的结构，微沟槽的深度呈上下逐渐变深趋势，其中最上面微沟槽为第一微沟槽，沟槽深度h最浅，优选深度为0.01毫米，从上到下左右对称地为第二微沟槽到第η微沟槽，微沟槽的沟槽深度变化规律为:hn= h (n —D+D/m，其中h(n —D为电极2表面第η -1条微沟槽的深度，hn为第η条微沟槽的深度，η的取值范围为l〈n〈30，D为电极2的外径，m是一个正实数取值范围为50〈m〈80。本发明所使用的电极2为中空的紫铜电极，中心轴向的通气孔5是在以气体为介质的电火花加工时的气体通道；电极2表面的微沟槽3两侧面的夹角为45?60度。
[0027]如图4和图5所示，一种应用不对称深度微沟槽电极放电加工微弯孔的方法时，电极2连接脉冲电源的负极，工件6连接脉冲电源的正极，脉冲电源的电压为20?300V，电流为0.5?50A，脉冲电源频率20?1000Hz。电极2中的通气孔5通入脉冲气流，频率与脉冲电源频率相同，都为20?1000Hz，脉冲气流可以辅助排泄。在进行气中微放电加工时，由于不同深度的V沟槽对微放电的影响不同，深度深的微沟槽由于更加有助于排气和排肩，这使得更加有利于产生电火花放电，材料去除速率也明显提高，从而使电极不同深度微槽的地方材料去除速率不同；在微沟槽深度深的地方由于材料去除速率较大，使得该处电极和工件之间的间隙也较大，放电产生的瞬间膨胀气流对电极的向右作用力F2较小，而微槽深度浅的地方由于材料去除速率较小，在该处电极和工件之间的间隙就很小，放电产生的瞬间膨胀气流对电极的向左作用力Fl较大，即F2〈F1。这使得电极在不同方向上受到的作用力不同，受力的不平衡将使电极端头7发生弯曲；电极向受力最小的方向弯曲使得电火花微放电8方向也发生改变。这种不对称的放电去除效率使得微电极朝着更深的微槽圆柱面方向偏移，从而加工出微弯曲孔。弯曲孔的弯曲程度是通过孔底相对于孔切入点，沿与电极进给方向垂直的方向偏离距离W(图4)来衡量。偏移距离W是通过改变公式hn=h^D+D/m，l〈n〈30，50〈m