組合電極、加工裝置及加工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種組合電極。該組合電極包括：第一部分，包括導電金屬；及第二部分，包括鎢合金，所述第二部分與所述第一部分沿所述組合電極的長度方向對接，所述第二部分包括遠離所述第一部分且用來加工工件的加工末端。本發(fā)明還涉及一種包括該組合電極的加工裝置和使用該組合電極的加工方法。本發(fā)明的組合電極抗磨損。
【專利說明】
組合電極、加工裝置及加工方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明有關一種組合電極、包括該組合電極的加工裝置及使用該組合電極進行加工的加工方法，尤其涉及一種包括不同材料的第一部分和第二部分的組合電極。

【背景技術】
[0002]電腐蝕加工(Electroeros1n Machining, EEM)是通過電火花或電弧熔融被加工工件需要被移除的部分，將工件加工成一定的形狀。工件和電極之間提供有直流電壓，來產(chǎn)生電火花或瞬間的電弧。電極的末端和工件之間留有大約0.01毫米至大約0.50毫米的間隙，并且浸入加工液中。間隙中的加工液因直流電壓部分電離，在電極和工件之間產(chǎn)生電火花或瞬間的電弧。電火花和/或電弧產(chǎn)生足夠的熱量來熔融少量的工件材料，在工件表面形成小凹陷，然后加工液沖走熔融的材料。
[0003]電腐蝕加工是在電場下通過電極和工件之間產(chǎn)生的一系列的電火花來去除工件的材料。電極沿預計的路徑靠近工件。一系列的電火花在工件上產(chǎn)生連續(xù)的小凹陷，且電極沿預計的加工路徑去除材料。電腐蝕加工一般用來加工硬金屬或者用其他方法(例如，車床、鉆頭等)很難加工的材料。
[0004]電極一般由導電金屬材料制成，例如石墨、銅等。加工液，例如TrimE206，注入電極與工件之間的間隙，用來提供電火花的傳導路徑并用來沖走加工產(chǎn)生的碎片。典型地，脈沖直流電源提供電流給電極和工件，電極和工件靠近時電極和工件之間產(chǎn)生電弧，電弧電離加工液且通過加工液傳遞。電極和工件相互靠近的表面產(chǎn)生電火花。產(chǎn)生電火花的工件的表面被加熱至高溫，使得工件的少量材料被熔融，從而從工件上去除。從工件上去除的材料可以被加工液沖走。一般一秒鐘電極會產(chǎn)生上百次或上千次的放電，工件表面與電極靠近的區(qū)域逐漸被腐蝕，從而加工工件成預計的形狀。基于電腐蝕加工的特性和優(yōu)勢，電腐蝕加工可以用來加工航空部件，例如，噴氣發(fā)動機葉片等。
[0005]然而，在放電過程中，電極會磨損。電極完全磨損后，需要花很多時間更換新的電極，如此會影響加工的效率。目前，為了保證連續(xù)的較長時間的加工，往往使用相當長的電極來降低電極的更換頻率。然而，如果電極太長，電極的末端會有較大的晃動，不利于加工。
[0006]因此，有必要提供一種組合電極、包括該組合電極的加工裝置及使用該組合電極進行加工的加工方法來解決上面提及的至少一個技術問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個方面在于提供一種組合電極。該組合電極包括:第一部分，包括導電金屬；及第二部分，包括鎢合金，所述第二部分與所述第一部分沿所述組合電極的長度方向對接，所述第二部分包括遠離所述第一部分且用來加工工件的加工末端。
[0008]本發(fā)明的另一個方面在于提供一種加工裝置。該加工裝置包括:夾持裝置；組合電極，安裝于所述夾持裝置；及電源，用來提供電流給所述組合電極。該組合電極包括--第一部分，包括導電金屬且安裝于所述夾持裝置；及第二部分，包括鎢合金，所述第二部分與所述第一部分沿所述組合電極的長度方向對接，所述第二部分包括遠離所述第一部分且用來加工工件的加工末端。
[0009]本發(fā)明的另一個方面在于提供一種加工方法。該加工方法包括在組合電極和工件之間產(chǎn)生電弧。其中，所述組合電極包括:第一部分，包括導電金屬；及第二部分，包括鎢合金，所述第二部分與所述第一部分沿所述組合電極的長度方向對接，所述第二部分包括遠離所述第一部分且用來加工工件的加工末端。所述加工方法還包括通過所述第二部分的所述加工末端去除所述工件的部分材料。
[0010]本發(fā)明的組合電極包括導電金屬的第一部分和鎢合金的第二部分，第二部分抗磨損。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]通過結合附圖對于本發(fā)明的實施方式進行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0012]圖1所示為本發(fā)明組合電極的一個實施例的示意圖；
[0013]圖2所示為本發(fā)明組合電極沿圖1中A-A線的剖視圖；
[0014]圖3所示為本發(fā)明組合電極的另一個實施例的剖視圖；
[0015]圖4所示為本發(fā)明組合電極的另一個實施例的剖視圖；
[0016]圖5所示為本發(fā)明組合電極的另一個實施例的剖視圖；
[0017]圖6所示為本發(fā)明組合電極的另一個實施例的示意圖；
[0018]圖7所示為本發(fā)明加工裝置的一個實施例的示意圖。

【具體實施方式】
[0019]除非另作定義，此處使用的技術術語或者科學術語應當為本發(fā)明所屬領域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請說明書以及權利要求書中使用的“第一”“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分。同樣，“一個”或者“一”等類似詞語也不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮愃频脑~語意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“連接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。數(shù)值范圍包括端值。
[0020]在此所述的組合電極可用于電腐蝕加工。在另一實施例中，組合電極可用于電火花加工(Electro-Discharge Machining,EDM)。組合電極包括第一部分和第二部分,第一部分包括導電金屬，第二部分包括鎢合金。第二部分與第一部分沿組合電極的長度方向對接。第二部分包括遠離第一部分且用來加工工件的加工末端。該組合電極耐磨損，從而提高加工效率并降低加工成本。組合電極根據(jù)所需的產(chǎn)品形狀來移除工件的材料。例如,組合電極可用來電腐蝕加工噴氣發(fā)動機葉片等。
[0021]圖1所示為一個實施例的組合電極100的示意圖。組合電極100包括第一部分102和連接于第一部分102的第二部分104。第一部分102可連接于加工裝置的夾持裝置(未圖示)，第一部分102電連接至加工裝置的電源(未圖示)。一實施例中，夾持裝置(未圖示)夾持組合電極100，其中夾持裝置夾持第一部分102。當組合電極100夾持于夾持裝置上時，第一部分102延伸超出夾持裝置，如此第二部分104在加工中可以被完全使用。例如，在加工噴氣發(fā)動機葉片的應用中，第一部分102需足夠長來保證第二部分104可以加工工件底部的孔直至第二部分104耗盡。第一部分102包括導電金屬。導電金屬可包括黃銅、銅、鋁或其他金屬，或包括上述至少一種金屬的組合物。在一實施例中，導電金屬的電阻率大約為0.018 Ω.mm2/m (歐姆.毫米 2/ 米)至 0.071 Ω.mm2/m。
[0022]在一實施例中，第一部分102包括軟金屬，例如，黃銅或銅，其具有較好的導電性并具有吸收碰撞的能力。當組合電極100和其他物體(例如工件或加工裝置)碰撞時，第一部分102因金屬的特性而具有承受該碰撞的能力。例如，當發(fā)生故障(例如加工裝置短路)時，組合電極100與其他物體碰撞，由于軟金屬的低硬度和高韌性，軟金屬制成的第一部分102會產(chǎn)生一定的變形來吸收碰撞，如此可保護用來加工工件的第二部分104。
[0023]在一實施例中，軟金屬的抗彎強度大約為400MPa至700MPa。軟金屬的抗彎強度的確定不僅要保證軟金屬吸收碰撞的能力，而且同時該軟金屬能夠抵抗夾持裝置的夾持力。第一部分102需足夠軟來吸收碰撞，同時需足夠硬來承受夾持裝置的夾持力。
[0024]第二部分104用來去除工件表面的材料。第二部分104包括遠離第一部分102且用來加工工件的加工末端106。本實施例中，第二部分104包括鎢合金。用于第二部分104的鎢合金包括鎢和一種或多種合金元素，例如，銅(Cu)、鎂(Mg)、鎳(Ni)和鋁(Al)。鎢合金制成的第二部分104抗磨損能力較強，因此第二部分104設置為較短的長度也可達到較長時間持續(xù)的加工。因第二部分104長度較短，所以第二部分104的加工末端106的晃動降低，從而提聞加工精度。
[0025]在一實施例中，第二部分104的長度大約為80mm (毫米)至160mm。在加工噴氣發(fā)動機葉片的應用中，第二部分104的外徑的范圍為5.5mm至9mm，在一實施例中為7.5mm。第二部分104的長度和/或外徑的尺寸可以根據(jù)實際應用改變。
[0026]在此實施例中，鶴合金包括銅鶴合金。作為電極材料的銅鶴合金包括至少40%重量比的鶴(W)、不超過15%重量比的添加物,余量為銅(Cu)。例如,添加物為鋇(Ba)、釹(Nd)或鈰(Ce)各自的氧化物或氫氧化物。在一實施例中，鎢的含量大約為60%至80%的重量比，銅的含量大約為20%至40%重量比。鎢和銅的含量的確定來保證銅鎢合金的抗磨損性能、導電性能、加工工件的性能及電極制造的工藝性。在一實施例中，銅鎢合金進一步包括鎳(Ni)，來提升燒結效果。鎳在銅鎢合金中的含量不超過10%重量比，因為鎳會降低導電性而降低電極加工工件的效力。
[0027]第二部分104與第一部分102沿組合電極100的長度方向對接。第一部分102與第二部分104直接接觸連接在一起。電極的“長度”定義為可以沿畫在電極表面的直線測量的最長的線性尺寸。圖示實施例中，第一部分102和第二部分104為管狀的或圓柱體的，且軸向對齊。在另一實施例中，組合電極100可以具有三角形、矩形或多邊形的橫截面。此夕卜，第一部分102和第二部分104可為不同形狀。在圖示實施例中，第一部分102和第二部分104在長度方向上首尾連接。在一實施例中，第一部分102和第二部分104焊接在一起。
[0028]根據(jù)一實施例，第一部分102包括銅或銅合金，例如黃銅，且第二部分104包括銅或銅合金，從而可以提高焊接的效力，第一部分102和第二部分104可較好地焊接在一起，且兩部分連接處的電阻率較小，組合電極100的導電性能較好。
[0029]在另一實施例中，第一部分102和第二部分104機械干涉在一起。在一個實施例中，組合電極100包括一個或多個鎖扣裝置(未圖示)。第一部分102和第二部分104通過鎖扣裝置機械干涉在一起。鎖扣裝置用來阻止第一部分102和第二部分104相對運動。
[0030]圖2所示為組合電極100沿圖1中A-A線的剖視圖。第一部分102包括沿第一部分102的長度方向延伸的第一通孔108，第二部分104包括沿第二部分104的長度方向延伸的第二通孔110。第一通孔108和第二通孔110連通形成貫通組合電極100的通道112。第一通孔108形成在第一部分102內(nèi)部，第二通孔110形成在第二部分104內(nèi)部。通道112用來讓加工液從中流過。加工液流入組合電極100和工件之間形成的間隙，用來傳導電火花或電弧并且可用來沖走從工件上去除的材料。在一些實施例中，組合電極100包括兩個或更多個通道112來讓加工液從中流過。
[0031]在圖示實施例中，第一部分102和第二部分104共軸，且具有共同的沿組合電極100長度方向的軸X-X，如此降低第二部分104的加工末端106的晃動。第一部分102包括第一焊接面103，第二部分104包括第二焊接面105。在本實施例中，第一焊接面103焊接于第二焊接面105。在圖示實施例中，第一焊接面103和第二焊接面105大致垂直于組合電極100的縱軸X-X。在圖3所示的實施例中，第一焊接面103和第二焊接面105相對于組合電極100的縱軸X-X傾斜設置，如此增大了第一焊接面103和第二焊接面105的面積，從而提聞焊接效果。
[0032]圖4所示為組合電極200的另一個實施例的剖視圖。組合電極200包括鎖扣裝置202，用來機械連接第一部分102和第二部分104。在本實施例中，鎖扣裝置202包括設置于第一部分102的外表面和第二部分104的內(nèi)表面的一組相互卩齒合的螺紋。在本實施例中，第一部分102的外表面的一部分和第二部分104的內(nèi)表面的一部分相互嚙合。在另一實施例中，鎖扣裝置202包括設置于第一部分102的內(nèi)表面和第二部分104的外表面的一組相互嚙合的螺紋。在本實施例中，第二部分104可拆卸地連接于第一部分102，如此當?shù)谝徊糠?02或第二部分104磨損或損壞的時候可以將其替換。例如，當?shù)诙糠?04磨損或腐蝕之后，可以將新的第二部分104安裝于第一部分102，第一部分102可繼續(xù)使用，從而減少系統(tǒng)的停工期，且降低成本。
[0033]圖5所示為組合電極300的另一個實施例的剖視圖。組合電極300包括第一鎖扣裝置302和第二鎖扣裝置304。第一鎖扣裝置302和第二鎖扣裝置304使得第一部分102和第二部分104相互機械干涉在一起，同時最小化第一部分102和第二部分104的相對運動。第一鎖扣裝置302和第二鎖扣裝置304相互傾斜成一定角度設置。換句話說，第一鎖扣裝置302的鎖扣力方向成一定角度傾斜于第二鎖扣裝置304的鎖扣力方向。
[0034]在一實施例中，第一鎖扣裝置302與第二鎖扣裝置304之間的傾斜角度為90度。在一實施例中，第一鎖扣裝置302包括一組第一螺紋，例如圖4所示的螺紋，且/或第二鎖扣裝置304包括設置于第二部分104的第二螺紋(未圖示)。第二鎖扣裝置304可采用其他裝置，例如鉚釘、螺栓、螺母、螺釘、開口銷、啟齒銷、彈簧開口銷等，或包括上述至少一個裝置的組合體。在組裝組合電極300的一個方式中，首先第一部分102利用第一鎖扣裝置302旋入第二部分104。然后，可以利用螺釘(未圖示)與第二鎖扣裝置304 (其中一個實施例中為設置于第二部分104的第二螺紋)相互嚙合，來進一步鎖扣第一部分102和第二部分104。在另一個實施例中，第一鎖扣裝置302和/或第二鎖扣裝置304可在第一部分102和第二部分104之間形成緊配合。
[0035]圖6所示為組合電極400的另一個實施例的示意圖。第一部分102與第二部分104緊配合。在一實施例中，第一部分102的外徑小于第二部分104的外徑，第一部分102擠入第二部分104內(nèi)，第一部分102和第二部分104通過機械摩擦力卡持在一起。在另一個實施例中，第一部分102的外徑大于第二部分104的外徑，如此第二部分104擠入第一部分102內(nèi)。圖5所示的實施例中的第二鎖扣裝置304可選擇性地被用來進一步鎖扣圖6所示的實施例中的第一部分102和第二部分104。
[0036]圖7所示為加工裝置500的一個實施例的示意圖。加工裝置500用來加工工件600，包括夾持裝置502、組合電極504和電源506。組合電極504安裝于夾持裝置502，夾持裝置502被一個或多個電機508驅動導引組合電極504沿預設路徑運動。組合電極504可以是圖1至6所示的組合電極100、200、300和400。組合電極504的第一部分102安裝于夾持裝置502，組合電極504的第二部分用來加工工件600。在圖示實施例中，第一部分102延伸突出夾持裝置502，第二部分104向遠離夾持裝置502的方向延伸。電源506用來提供電壓給組合電極504和工件600。電源506提供脈沖直流電。
[0037]加工液注入工件600和組合電極504之間，用來提供放電路徑。當組合電極504靠近工件600時,提供有電壓的組合電極504的末端產(chǎn)生電弧,從而移除工件600表面的材料。組合電極504在加工噴氣發(fā)動機葉片、航空元件、飛機引擎、葉輪或其他裝置方面有顯著的優(yōu)勢。
[0038]一個實施例的加工方法使用組合電極，例如，圖1至6所示的組合電極100、200、300和400，加工工件。加工方法包括在組合電極和工件之間產(chǎn)生電弧。組合電極和工件之間提供有電壓，組合電極靠近工件時，組合電極的末端和工件的表面產(chǎn)生電弧。加工方法進一步包括通過組合電極的第二部分的加工末端(如圖1所示)去除工件的部分材料。在電腐蝕加工過程中，工件靠近加工末端的材料被熔融。加工方法還包括通過組合電極的通道注入加工液至組合電極和工件之間。加工液提供電弧的傳導路徑，也可用來沖走工件被移除的材料。每次組合電極放電可以去除工件表面少量的材料。一秒鐘組合電極的加工末端產(chǎn)生上百次或上千次的放電，工件表面與電極靠近的區(qū)域逐漸被腐蝕。根據(jù)預計的工件成形形狀設定組合電極的加工路徑，從而將工件加工為預計的形狀。
[0039]雖然結合特定的實施方式對本發(fā)明進行了說明，但本領域的技術人員可以理解，對本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認識到，權利要求書的意圖在于涵蓋在本發(fā)明真正構思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。
【權利要求】
1.一種組合電極，其特征在于，其包括: 第一部分，包括導電金屬；及 第二部分，包括鎢合金，所述第二部分與所述第一部分沿所述組合電極的長度方向對接，所述第二部分包括遠離所述第一部分且用來加工工件的加工末端。
2.如權利要求1所述的組合電極，其特征在于:所述鎢合金包括銅鎢合金。
3.如權利要求1所述的組合電極，其特征在于:所述導電金屬為軟金屬且包括黃銅或銅。
4.如權利要求1所述的組合電極，其特征在于:所述第一部分和所述第二部分通過焊接或鎖扣裝置在長度方向上首尾連接。
5.如權利要求1所述的組合電極，其特征在于:所述第一部分包括沿所述第一部分的長度方向延伸的第一通孔，所述第二部分包括沿所述第二部分的長度方向延伸的第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔連通形成貫通所述組合電極的通道。
6.如權利要求1所述的組合電極，其特征在于:所述第二部分可拆卸地連接于所述第一部分。
7.如權利要求1所述的組合電極，其特征在于:所述第一部分包括第一焊接面，所述第二部分包括第二焊接面，所述第一焊接面焊接于所述第二焊接面，且所述第一焊接面和所述第二焊接面相對于所述組合電極的縱軸傾斜設置。
8.—種加工裝置，其特征在于，其包括: 夾持裝置； 組合電極，安裝于所述夾持裝置，且包括: 第一部分，包括導電金屬且安裝于所述夾持裝置 '及 第二部分，包括鎢合金，所述第二部分與所述第一部分沿所述組合電極的長度方向對接，所述第二部分包括遠離所述第一部分且用來加工工件的加工末端；及電源，用來提供電流給所述組合電極。
9.如權利要求8所述的加工裝置，其特征在于:所述鎢合金包括銅鎢合金。
10.如權利要求8所述的加工裝置，其特征在于:所述導電金屬為軟金屬且包括黃銅或銅。
11.如權利要求8所述的加工裝置，其特征在于:所述第二部分的外徑的范圍為5.5毫米至9毫米。
12.如權利要求8所述的加工裝置，其特征在于:所述第一部分包括沿所述第一部分的長度方向延伸的第一通孔，所述第二部分包括沿所述第二部分的長度方向延伸的第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔連通形成貫通所述組合電極的通道。
13.如權利要求8所述的加工裝置，其特征在于:所述第一部分延伸突出所述夾持裝置，所述第二部分向遠離所述夾持裝置的方向延伸。
14.如權利要求8所述的加工裝置，其特征在于:所述第一部分包括第一焊接面，所述第二部分包括第二焊接面，所述第一焊接面焊接于所述第二焊接面，且所述第一焊接面和所述第二焊接面相對于所述組合電極的縱軸傾斜設置。
15.—種加工方法,其特征在于,其包括: 在組合電極和工件之間產(chǎn)生電弧； 其中，所述組合電極包括: 第一部分，包括導電金屬；及 第二部分，包括鎢合金，所述第二部分與所述第一部分沿所述組合電極的長度方向對接，所述第二部分包括遠離所述第一部分且用來加工工件的加工末端；及 通過所述第二部分的所述加工末端去除所述工件的部分材料。
16.如權利要求15所述的加工方法，其特征在于:所述鎢合金包括銅鎢合金。
17.如權利要求15所述的加工方法，其特征在于:所述導電金屬為軟金屬且包括黃銅或銅。
18.如權利要求15所述的加工方法，其特征在于:所述第一部分和所述第二部分通過焊接或鎖扣裝置在長度方向上首尾連接。
19.如權利要求15所述的加工方法，其特征在于:所述第一部分包括沿所述第一部分的長度方向延伸的第一通孔，所述第二部分包括沿所述第二部分的長度方向延伸的第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔連通形成貫通所述組合電極的通道，所述加工方法包括通過所述通道注入加工液至所述組合電極和所述工件之間。
20.如權利要求15所述的加工方法，其特征在于:所述第一部分包括第一焊接面，所述第二部分包括第二焊接面，所述第一焊接面焊接于所述第二焊接面，且所述第一焊接面和所述第二焊接面相對于所述組合電極的縱軸傾斜設置。
【文檔編號】B23H1/04GK104249200SQ201310263910
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月27日 優(yōu)先權日:2013年6月27日
【發(fā)明者】楊雷, 袁人煒, 羅元豐, 詹移民, 理查德.L.艾德里安, 吳建平, 劉棟 申請人:通用電氣公司