柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法

摘要

本发明公开了一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法，其将电解磨削加工过程中的金刚石磨头换成柔性集束导电磨头，即可实现电解磨削与放电强化同步进行，再配合电解液中所添加粉末和/或制成柔性集束导电磨头的材料中含有能与工件实现合金化的金属或合金元素，以便电弧放电时能将制成柔性集束导电磨头材料中的合金元素和/或电解液中所添加粉末中的金属或合金元素熔渗进工件加工表面，实现表面合金化形成表面强化层，实现电解磨削加工表面的均匀放电强化，改善工件的表面性能以及提高使用寿命。本发明能提高电解磨削加工效率，改善加工表面物理、化学和机械性能，并改善电弧放电表面强化的均匀性与表面质量。

权利要求

1.一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法，其步骤为：

1)设置一电解磨削加工机床，电解磨削加工机床包括机床主轴、夹持在机床主轴上的柔性集束导电磨头(1)、工作液槽(2)、通过夹具安装在工作液槽(2)内的工件(3)、正对工件(3)喷射电解液的电解液喷射管(4)和脉冲电源(5)，所述的脉冲电源(5)的负极与柔性集束导电磨头(1)相连，脉冲电源(5)的正极与工件相连，其中要求电解液中所添加粉末和/或制成柔性集束导电磨头(1)的材料中含有能与工件(3)实现合金化的金属或合金元素；

2)机床主轴带动柔性集束导电磨头(1)运动到工件(3)需要加工的位置，将工件(3)浸入电解液或通过电解液喷射管(4)确保工件(3)需加工位置处有电解液；

3)通过脉冲电源(5)给柔性集束导电磨头(1)和工件(3)之间施加脉冲电压；

4)机床主轴以恒定速度运动，并带动柔性集束导电磨头做旋转运动，对工件(3)进行加工，其中柔性集束导电磨头(1)与工件(3)加工表面接触又弹开的过程中同步完成电解磨削、电弧放电强化以及电解磨削与电弧放电强化相互作用。

2.根据权利要求1所述的一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法，其特征在于：所述的步骤4)中柔性集束导电磨头(1)与工件(3)加工表面接触又弹开的过程对在电解作用下工件(3)加工表面所产生的钝化膜和蚀除产物进行机械刮除，同时柔性集束导电磨头(1)与工件(3)接触又弹开的过程中形成电弧放电，将制成柔性集束导电磨头(1)材料中的合金元素和/或电解液中所添加粉末中的合金元素熔渗进工件(3)加工表面，实现表面合金化形成表面强化层，并同步电解磨削与电弧放电强化相互作用，即电弧放电在进行工件(3)表面强化的同时利用产生的爆炸力辅助蚀除在电解作用下工件(3)加工表面产生的钝化膜和蚀除产物，电解磨削在对工件(3)表面进行材料蚀除的同时对在电弧放电作用下工件(3)加工表面形成的表面强化层进行修整。

3.根据权利要求2所述的一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法，其特征在于：所述的步骤4)中电解磨削作用和电弧放电强化作用强度比例可以通过电解液浓度、脉冲电源(5)的电参数和柔性集束导电磨头(1)与工件(3)加工表面之间的接触压力调整。

4.根据权利要求3所述的一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法，其特征在于：所述的步骤3)中脉冲电源(5)的电压范围为1～80V。

5.根据权利要求4所述的一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法，其特征在于：所述的步骤1)中柔性集束导电磨头(1)由环状轮基座和形成于环状轮基座外周的且能与工件(3)加工表面形成柔性接触的导电刷毛构成。

说明书

柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种金属材料的复合加工，特别是涉及一种金属材料的电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法。

背景技术

[0002] 电解磨削加工是电化学蚀除金属作用和机械磨削刮除钝化膜相结合而实现金属材料加工的复合加工技术，主要应用于高硬度、高强度等难切削零件和复杂曲面的加工。例如中国专利号ZL2008100232304，公开日为2008年8月27日，发明创造名称为：数控电解机械复合加工机床，该申请案涉及一种数控电解机械复合加工机床，包括床身、机架、水平工作台、数控双回转工作台、防护箱、主轴头、电主轴、数控系统、脉冲电源、电解液循环装置，以及X向传动机构、Z向传动机构、Y向传动机构，上述电主轴、脉冲电源、电解液循环装置中的电解液泵、X向伺服电机、Z向伺服电机、Y向伺服电机、数控双回转工作台的B向回转电机和C回转电机均由数控系统控制。该申请案利用导电磨轮的母线相对于被加工零件进行展成运动进行复杂曲面电解磨削加工，可以一次成型复杂曲面。在电解磨削加工的基础上，学者相继提出了脉冲电流电解磨削加工、磨削和电化学蚀除复合钻孔等新加工方法。但是电解磨削加工表面仍基本为电解加工表面，可从图3上直观了解到电解磨削加工过程中的极间加工电压电流波形基本不变，可知电解作用蚀除金属，磨削仅为去除钝化膜和蚀除产物，加工表面物理化学与机械性能并没有得到明显改善，反而存在晶界腐蚀等缺陷影响加工表面性能

[0003] 放电表面强化技术是直接利用放电的高能量密度对表面进行强化的工艺，通过放电产生的高温熔化电极材料后渗入到工件表面提高表面物理化学与机械性能。学者进行了大量的电弧放电表面强化技术研究。相继研究了普通电火花放电、压结体或烧结体电极电火花放电、工作液中混入粉末、气中电火花放电、超声辅助电火花表面放电等表面强化工艺。但是仍无法解决强化层不均匀等问题。

[0004] 现有技术中尚未有将电解磨削与电弧放电强化相结合的复合加工方法。

发明内容

[0005] 1.发明要解决的技术问题

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中尚未有将电解磨削与电弧放电强化相结合的复合加工方法的不足，提供了一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法，采用本发明的技术方案，电解磨削与放电强化同步结合，在电解磨削加工的同时在加工表面形成一层均匀的强化层，显著改善电解磨削加工表面物理、化学与机械性能，又因电解磨削与放电强化相互作用，改善电弧放电表面强化的均匀性与表面质量。

[0007] 2.技术方案

[0008] 为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

[0009] 本发明的一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法，其步骤为：

[0010] 1)设置一电解磨削加工机床，电解磨削加工机床包括机床主轴、夹持在机床主轴上的柔性集束导电磨头、工作液槽、通过夹具安装在工作液槽内的工件、正对工件喷射电解液的电解液喷射管和脉冲电源，所述的脉冲电源的负极与柔性集束导电磨头相连，脉冲电源的正极与工件相连，其中要求电解液中所添加粉末和/或制成柔性集束导电磨头的材料中含有能与工件实现合金化的金属或合金元素；

[0011] 2)机床主轴带动柔性集束导电磨头运动到工件需要加工的位置，将工件浸入电解液或通过电解液喷射管确保工件需加工位置处有电解液；

[0012] 3)通过脉冲电源给柔性集束导电磨头和工件之间施加脉冲电压；

[0013] 4)机床主轴以恒定速度运动，并带动柔性集束导电磨头做旋转运动，对工件进行加工，其中柔性集束导电磨头与工件加工表面接触又弹开的过程中同步完成电解磨削、电弧放电强化以及电解磨削与电弧放电强化相互作用。

[0014] 更进一步地，所述的步骤4)中柔性集束导电磨头与工件加工表面接触又弹开的过程对在电解作用下工件加工表面产生的钝化膜和蚀除产物进行机械刮除，同时柔性集束导电磨头与工件接触又弹开的过程中形成电弧放电，将制成柔性集束导电磨头材料中的合金元素和/或电解液中所添加粉末中的合金元素熔渗进工件加工表面，实现表面合金化形成表面强化层，并同步电解磨削与电弧放电强化相互作用，即电弧放电在进行工件加工表面强化的同时利用产生的爆炸力辅助蚀除在电解作用下工件加工表面产生的钝化膜和蚀除产物，电解磨削在对工件表面进行材料蚀除同时对在电弧放电作用下工件加工表面形成的表面强化层进行修整。

[0015] 更进一步地，所述的步骤4)中电解磨削作用和电弧放电强化作用强度比例可以通过电解液浓度、脉冲电源的电参数和柔性集束导电磨头与工件加工表面之间的接触压力调整。

[0016] 更进一步地，所述的步骤3)中脉冲电源的电压范围为1～80V。

[0017] 更进一步地，所述的步骤1)中柔性集束导电磨头由环状轮基座和形成于环状轮基座外周的且能与工件加工表面形成柔性接触的集束导电刷毛构成。

[0018] 3.有益效果

[0019] 采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

[0020] (1)本发明的一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法，其简单易形，只需将电解磨削加工过程中的金刚石磨头换成柔性集束导电磨头，即可电解磨削与电弧放电同时进行，再配合电解液中所添加粉末和/或制成柔性集束导电磨头的材料中含有能与工件实现合金化的金属或合金元素，以便电弧放电时能将制成柔性集束导电磨头材料中的合金元素和/或电解液中所添加粉末中的金属或合金元素熔渗进工件加工表面，实现表面合金化形成表面强化层，实现电解磨削加工表面的均匀放电强化，改善工件的表面性能以及提高使用寿命；

[0021] (2)本发明的一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法，其柔性集束导电磨头与工件加工表面接触又弹开的过程中同时完成电解磨削、电弧放电强化以及电解磨削与电弧放电强化相互作用，将电解磨削与放电强化同步结合，在电解磨削加工的同时在加工表面形成一层均匀的表面强化层，显著改善电解磨削加工表面物理、化学与机械性能，而电解磨削与放电强化相互作用，有利于提高电解磨削加工效率，改善电弧放电表面强化层的均匀性与表面质量，能够获得平整光滑的表面强化层；

[0022] (3)本发明的一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法，其电解磨削作用和电弧放电强化作用强度比例可以通过电解液浓度、脉冲电源的电参数和柔性集束导电磨头与工件加工表面之间的接触压力调整，可以根据实际需要调整电解磨削作用和电弧放电强化作用强度比例；

[0023] (4)本发明的一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法，其操作方便，使用效果好，可以实现材料特别是难切削材料的高效切割与表面性能同步改善，具有高效、低成本的特点。

附图说明

[0024] 图1为本发明的一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法中步骤1)的结构示意图；

[0025] 图2为本发明中柔性集束导电磨头复合加工过程中的极间加工电压电流波形；

[0026] 图3为现有电解磨削加工过程中的极间加工电压电流波形。

[0027] 示意图中的标号说明：1、柔性集束导电磨头；2、工作液槽；3、工件；4、电解液喷射管；5、脉冲电源。

具体实施方式

[0028] 为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

[0029] 实施例

[0030] 本实施例的一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法，其步骤为：

[0031] 1)设置一电解磨削加工机床，电解磨削加工机床包括机床主轴、夹持在机床主轴上的柔性集束导电磨头1、工作液槽2、通过夹具安装在工作液槽2内的工件3、正对工件3喷射电解液的电解液喷射管4和脉冲电源5，脉冲电源5的负极与柔性集束导电磨头1相连，脉冲电源5的正极与工件相连，柔性集束导电磨头1形状或相对位置发生改变，可以形成各种形式的复合加工方法，包括铣削、车削、切割，本实施例中柔性集束导电磨头1由环状轮基座和形成于环状轮基座外周的且能与工件3加工表面形成柔性接触的集束导电刷毛构成(参见图1所示)，简单易形，只需将电解磨削加工的磨头换成柔性集束导电磨头1，即可电解磨削与电弧放电同时进行，其中要求电解液中所添加粉末和/或制成柔性集束导电磨头1的材料中含有能与工件3实现合金化的金属或合金元素，以便电弧放电时能将制成柔性集束导电磨头1材料中的合金元素和/或电解液中所添加粉末中的金属或合金元素熔渗进工件3加工表面，实现表面合金化形成表面强化层，实现电解磨削加工表面的均匀放电强化，改善工件3的表面性能以及提高使用寿命，本实施例中要求电解液中所添加粉末和制成柔性集束导电磨头1的材料中均含有能与工件3实现合金化的金属或合金元素；

[0032] 2)机床主轴带动柔性集束导电磨头1运动到工件3需要加工的位置，将工件3浸入电解液或通过电解液喷射管4确保工件3需加工位置处有电解液，本实施例中通过电解液喷射管4确保工件3需加工位置处有电解液；

[0033] 3)通过脉冲电源5给柔性集束导电磨头1和工件3之间施加脉冲电压，脉冲电源5的电压范围为1～80V；

[0034] 4)机床主轴以恒定速度运动，并带动柔性集束导电磨头做旋转运动，对工件3进行加工，其中柔性集束导电磨头1与工件3加工表面接触又弹开的过程中同时完成电解磨削、电弧放电强化以及电解磨削与电弧放电强化相互作用(参见图2可直观了解到波形包括电弧放电波形和电解磨削电压电流波形，且电弧放电波形和电解磨削电压电流波形交替出现)，将电解磨削与放电强化同步结合，在电解磨削加工的同时在加工表面形成一层均匀的表面强化层，显著改善电解磨削加工表面物理、化学与机械性能，而电解磨削与放电强化相互作用，有利于提高电解磨削加工效率，改善电弧放电表面强化层的均匀性与表面质量，能够获得平整光滑的表面强化层，具体为：柔性集束导电磨头1与工件3加工表面接触又弹开的过程对在电解作用下工件3加工表面产生的钝化膜和蚀除产物进行机械刮除，同时柔性集束导电磨头1与工件3接触又弹开的过程中形成电弧放电，将制成柔性集束导电磨头1材料中的合金元素和/或电解液中所添加粉末中的合金元素熔渗进工件3加工表面，实现表面合金化形成表面强化层，改善加工表面的物理、化学和机械性能，并同步电解磨削与电弧放电强化相互作用，即电弧放电在进行工件3加工表面强化的同时利用产生的爆炸力辅助蚀除在电解作用下工件3加工表面产生的钝化膜和蚀除产物，电解磨削加工工件3加工表面的同时对在电弧放电作用下工件3加工表面形成的表面强化层进行修整，表面强化层表面更加平整，表面强化层更加均匀，为了能根据实际需要调整电解磨削作用和电弧放电强化作用强度比例，电解磨削作用和电弧放电强化作用强度比例可以通过电解液浓度、脉冲电源5的电参数和柔性集束导电磨头1与工件3加工表面之间的接触压力调整。

[0035] 本发明的一种柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法，操作方便，使用效果好，可以实现材料特别是难切削材料的高效切割与表面性能同步改善，具有高效、低成本的特点。

[0036] 以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。