專利名稱：一種柔性電磁極復合工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電化學電弧加工領(lǐng)域，特別是一種柔性電磁極復合工具。
背景技術(shù)：
超硬金屬材料及金屬基復合材料被日益廣泛地應(yīng)用于輕工造紙、航空航天、電子、汽車等工業(yè)領(lǐng)域。目前超硬材料及金屬基復合材料的 加工方法主要有傳統(tǒng)的機械加工方法及包括激光加工、磨料射流加工、電解加工、電火花加工等在內(nèi)的特種加工方法。其中機械加工的方法加工超硬的材料，必須采用比工件材料更硬的刀具，這無疑大大提高了加工的成本，在采用機械加工的方法加工金屬基復合材料上，劇烈的刀具磨損和低劣的表面質(zhì)量是至今仍未解決的兩大難題，其主要原因在于金屬基復合材料中的增強相本身就是磨粒，具有很高的硬度，比如SiC顆粒的硬度就比絕大多數(shù)刀具材料的硬度要高很多，因此在加工該類材料時劇烈的刀具磨損也就難以避免了。結(jié)果表明，即便是采用昂貴的金剛石刀具，雖然能一定程度上延緩刀具的磨損，然而刀具壽命也往往只有幾分鐘。激光加工、磨料水射流加工雖然具有較高的加工效率且無需面臨刀具磨損的問題，但是研究結(jié)果表明，激光加工的熱損傷較大且能使工件表面產(chǎn)生毛刺、劃痕以及熔滴等缺陷，另外激光加工SiC/Al復合材料時還極易產(chǎn)生有害的A14C3相。磨料水射流加工雖然沒有熱損傷區(qū)，然而其加工表面粗糙并會產(chǎn)生齒狀邊等加工缺陷，加之其加工的精度低，因此很難滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。電解加工能加工超硬的金屬材料及金屬基復合材料，加工過程中也不存在工具損耗的問題，然而其加工精度較低且對于金屬基復合材料來說由于金屬基復合材料中存在大量難電解的陶瓷相，這些陶瓷相在加工的過程中很難及時脫落排出，突出在工件表面的陶瓷相不僅影響表面質(zhì)量而且會對待加工區(qū)域的金屬相形成屏蔽，因而降低了加工效率，研究結(jié)果表明采用電解加工的方法加工金屬基復合材料難以獲得理想的加工效率和表面質(zhì)量。電火花加工雖然加工速度比較低，但由于電火花線切割及電火花成型的加工精度相對較高且能加工出復雜的三維形狀，因此是目前采用得比較多的一種加工方法。然而由于電火花加工的工件表面粗糙度值高，完整性差，因此很難滿足工業(yè)應(yīng)用的需要。此外采用電火花對金屬基復合材料的加工過程中，裸露的非導電陶瓷相會造成大量不正常的電弧放電現(xiàn)象，極易導致電極損壞。電化學電弧法(電化學火花法)可達到有比電火花加工高5-50倍的材料去除率且加工過程穩(wěn)定。然而加工過程中電弧效應(yīng)會導致工具迅速損耗，此外和電火花加工相比，其加工表面質(zhì)量也沒有獲得實質(zhì)性的改善。磨削效應(yīng)已被證明能獲得高質(zhì)量的加工表面和很高的尺寸精度，然其效率極端低下。采用了電化學電弧磨削復合加工的方法不僅具有比電化學電弧加工還要高的效率，而且能獲得完整性很好加工表面，然而在加工過程中，工具表面的磨粒結(jié)合劑會迅速被電弧效應(yīng)去除，從而導致磨粒脫落，致使工具失效，造成加工無法進行。由上可見，伴隨著科學技術(shù)和社會的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的加工超硬金屬材料及金屬基復合材料的手 段和加工技術(shù)已不能滿足工業(yè)化的需求。迫切需要發(fā)展更為先進的加工技術(shù)。特別是現(xiàn)代造紙工業(yè)、航空工業(yè)，汽車工業(yè)，模具制造業(yè)中都迫切需要發(fā)展一種能高效高質(zhì)量成型超硬材料及金屬基復合材料的技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長的柔性電磁極復合工具。本實用新型通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)—種柔性電磁極復合工具,包括工具的基體、磨粒層,所述磨粒層包括磨粒、磨料結(jié)合劑層，所述磨粒通過磨料結(jié)合劑層與基體的端部結(jié)合，所述磨料結(jié)合劑層的表面還吸附有誘導放電的磁粉顆粒，形成一層磁粉保護層。所述磨粒層至少有一層以上。所述磨粒有若干顆、且呈不規(guī)則地布滿在整個磨料結(jié)合劑層的表面。所述磨粒的形狀呈菱形、三角形或不規(guī)則多邊形結(jié)構(gòu)。本實用新型的有益效果是磨粒通過磨料結(jié)合劑(導磁的金屬結(jié)合劑)固結(jié)在工具的基體上，而磁粉顆粒則吸附在磨料結(jié)合劑的表面，加工過程中，一方面由于放電只能在一定間隙范圍內(nèi)發(fā)生，可通過控制電參數(shù)、磨粒粒徑等方式來形成合適的加工間隙，使得磨料結(jié)合劑表面和工件之間形成足夠大的間隙使得放電難以在二者之間產(chǎn)生，另一方面，通過磁粉吸附于工具表面，使得吸附區(qū)域與工件間間隙變小，形成火花放電的間隙條件，由于放電一般發(fā)生在間隙最小處(電場強度最強處)，因此放電將被約束在吸附磁粉顆粒的區(qū)域，也就是使放電基本產(chǎn)生于磁粉顆粒和工件之間，火花放電將使誘導放電的磁粉顆粒不斷被火花效應(yīng)去除，然在磁場作用下能及時得到補充，從而避免放電直接產(chǎn)生在磨料結(jié)合劑和工件之間，對工具起到良好的保護作用。磨粒層為多層結(jié)構(gòu)，在磨粒自然磨損的情況下，可通過控制磁場等方式暫時減弱或者消除保護層，利用電弧效應(yīng)去除磨損層的磨料結(jié)合劑，露出下層嶄新鋒利的磨粒，使工具保持銳利狀態(tài)。本專利技術(shù)手段簡便易行，具有積極的技術(shù)效果。

圖I是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型與實驗裝置結(jié)合使用狀態(tài)示意圖。圖中Z軸1-1 ;高速主軸2-1 ;電磁供應(yīng)系統(tǒng)3-1 ;柔性電磁極復合工具4_1 ;噴嘴5-1 ;工件6-1 ;滑軌7-1 ;工作液槽8-1 ;運動控制系統(tǒng)9-1 ;加工電源10_1 ;工作臺11_1 ；磁粉供應(yīng)系統(tǒng)12-1 ;￥軸13-1 3軸14-1 ;噴嘴15_1 ;工作液循環(huán)處理系統(tǒng)16。
具體實施方式
下面對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細的說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。[0022]如圖I所示,本實用新型柔性電磁極復合工具,包括工具的基體I、磨粒層,所述磨粒層包括磨粒4、磨料結(jié)合劑層2,所述磨粒4通過磨料結(jié)合劑層2與基體I的端部結(jié)合，所述磨料結(jié)合劑層2的表面還吸附有誘導放電的磁粉顆粒，形成一層磁粉保護層3。所述磨粒層至少有一層以上，如5層、10層、20層等。所述磨粒4有若干顆、且呈不規(guī)則地布滿在整個磨料結(jié)合劑層2內(nèi)。所述磨粒4的形狀呈菱形、三角形或不規(guī)則多邊形結(jié)構(gòu)加工過程中，磁粉保護層3的磁粉不斷被電弧9的電弧效應(yīng)去除，然在磁場作用下能及時得到補充。磨粒層的磨粒4通過磨料結(jié)合劑層2(該磨料結(jié)合劑層2由導磁的金屬結(jié)合劑凝固后構(gòu)成)固結(jié)在工具的基體I上，而磁粉保護層3則覆蓋在磨料結(jié)合劑層2的表面形成保護層，加工過程中，磁粉保護層3的磁粉不斷被電弧9電弧效應(yīng)去除，然在磁場作用下能及時得到補充，在磨粒層的磨粒4自然磨損的情況下，可通過控制磁場等方式暫時減弱或者消除磁粉保護層3，利用工件6與磨料結(jié)合劑層2之間的電弧效應(yīng)去除磨料結(jié)合劑層2被磨損的磨料粉末，由于磨粒層有多層相疊，因此當最表層的磨粒層的磨損磨粒4被電弧去除后，緊跟其露出下一層嶄新鋒利的磨粒4，使工具保持銳利狀態(tài)。圖中I中，電弧放電坑
7、工具表面電弧效應(yīng)8、增強相5、電化學效應(yīng)10。如圖2所示，柔性電磁極復合工具4-1夾持在加工裝置的高速主軸2-1下端，通過電磁供應(yīng)系統(tǒng)3-1對其施加可控的電場和磁場，在實驗中為適應(yīng)不同的加工要求，高速主軸2-1的轉(zhuǎn)速在大范圍內(nèi)可調(diào)。噴嘴5-1能夠向加工區(qū)域供應(yīng)一定壓力和流量的工作液，噴嘴15-1則根據(jù)加工的狀態(tài)向加工區(qū)域適量補充磁性金屬粉末。通過運動控制系統(tǒng)9-1的作用，在加工過程中高速主軸2-1能帶動柔性電磁極復合工具4-1相對工件6-1做復雜的運動，加工出復雜的三維幾何形狀。工作液回流孔開在工作臺11-1的底部，并與工作液循環(huán)處理系統(tǒng)16相連接。加工中，柔性電磁極復合工具4-1高速旋轉(zhuǎn)，并能在控制系統(tǒng)9-1的作用下，根據(jù)加工狀態(tài)適時做“抬刀”運動，以便更有利地導入工作液和排出加工產(chǎn)物，使得加工狀態(tài)保持穩(wěn)定?！疤У丁边\動還有利于更好地形成保護層。除以上噴射工作液加工方案外，還可采用浸沒式加工方案。如上所述便可較好地實現(xiàn)本專利。
權(quán)利要求1.一種柔性電磁極復合工具，其特征在于包括工具的基體、磨粒層，所述磨粒層包括磨粒、磨料結(jié)合劑層，所述磨粒通過磨料結(jié)合劑層與基體的端部結(jié)合，所述磨料結(jié)合劑層的表面還吸附有誘導放電的磁粉顆粒，形成一層磁粉保護層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柔性電磁極復合工具，其特征在于，所述磨粒層至少有一層以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性電磁極復合工具，其特征在于，所述磨粒有若干顆、且呈不規(guī)則地布滿在整個磨料結(jié)合劑層的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性電磁極復合工具，其特征在于，所述磨粒的形狀呈菱形、三角形或不規(guī)則多邊形結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型公開了一種柔性電磁極復合工具，包括工具的基體、磨粒層，所述磨粒層包括磨粒、磨料結(jié)合劑層，所述磨粒通過磨料結(jié)合劑層與基體的端部結(jié)合，所述磨料結(jié)合劑層的表面還吸附有誘導放電的磁粉顆粒(保護層)。磨粒層為多層結(jié)構(gòu)，在磨粒自然磨損的情況下，可通過控制磁場等方式暫時減弱或者消除保護層，利用電弧效應(yīng)去除磨損層的磨料結(jié)合劑，露出下層嶄新鋒利的磨粒，使工具保持銳利狀態(tài)。本專利技術(shù)手段簡便易行，具有積極的技術(shù)效果。
文檔編號B23H5/08GK202356749SQ201120411409
公開日2012年8月1日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者劉江文, 唐寶玲, 郭鐘寧, 陳奇峰, 陳廣學 申請人:華南理工大學