不對稱深度微溝槽電極及應(yīng)用其放電加工微彎孔的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種彎曲孔加工技術(shù)，特別是涉及一種氣中微放電的空間彎曲微孔加工和電極制造方法，該加工方法屬于電火花加工領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]電火花加工技術(shù)具有操作簡單，加工成本低，最小加工孔徑可達數(shù)微米的優(yōu)點，所以應(yīng)用領(lǐng)域較廣。但是，傳統(tǒng)的電火花加工技術(shù)僅能加工直孔，無法滿足高附加值零部件中的空間彎曲路徑微孔加工?？臻g彎曲孔加工技術(shù)一直是制造技術(shù)中的一個重要的技術(shù)問題，很多機械零部件都需要彎曲孔的結(jié)構(gòu)，尤其是鑄造模具(特別是一模多腔)彎彎曲曲的結(jié)構(gòu)需要設(shè)計冷卻水道孔隨模具型腔繞彎進行冷卻，提高鑄造質(zhì)量；由于這些冷卻水道孔在三維空間內(nèi)發(fā)生彎曲，用現(xiàn)在的制造技術(shù)很難加工出符合要求的空間彎曲微孔。因此為了提高機械加工工藝，一般不允許設(shè)計彎曲孔結(jié)構(gòu)，但由于有的零部件必須設(shè)計彎曲孔結(jié)構(gòu)來提高性能，因此現(xiàn)在一般做法是采用幾段直孔擬合成曲線來代替彎曲孔，但這種方法很難滿足要求高的生產(chǎn)性能，有時還會發(fā)生泄漏等嚴(yán)重現(xiàn)象并且制造成本也高。因此為了滿足現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)制造的空間彎曲微孔的需求，需要一種操作簡單，生產(chǎn)成本低，可以普及的空間彎曲孔加工方法，來提高零部件的制造質(zhì)量。
[0003]在彎曲孔加工方面，由于電火花加工具有以柔克剛的特點成為現(xiàn)在彎曲孔加工常用方法?，F(xiàn)在應(yīng)用電火花加工彎曲孔方面的研宄主要集中在日本，但他們大多數(shù)研宄的是如何對電極端頭進行智能控制，使得電極端頭可以按要求進行彎曲從而加工出彎曲孔。由于電火花加工環(huán)境的特殊性和放電電極的尺寸小等特點，使得通過智能控制電極端頭加工出彎曲微孔的加工方法成本高，設(shè)備復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有彎曲孔加工成本高，設(shè)備復(fù)雜的缺點，提供一種不對稱深度微溝槽電極及應(yīng)用其放電加工微彎孔的方法，可以簡單的實現(xiàn)彎曲微孔加工。
[0005]本發(fā)明可通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種不對稱深度微溝槽電極，在圓柱形的電極整個圓周上沿軸向布有V形的微溝槽，微溝槽在整個圓周上呈左右對稱，上下為不對稱分布，微溝槽的深度呈上下逐漸變深趨勢，其中最上面微溝槽為第一微溝槽，第一微溝槽的深度Ii1最淺，從上到下左右對稱地為第二微溝槽到第η微溝槽，微溝槽的溝槽深度變化規(guī)律為:hn= h (n —D+D/m，其中h(n —為電極表面第η -1條微溝槽的深度，hn為第η條微溝槽的深度，η的取值范圍為l〈n〈30，D為電極的外徑，m是一個正實數(shù)，取值范圍為50〈m〈80 ;電極的中心設(shè)有通氣孔，通氣孔的直徑為0.1?2.5毫米；所述微溝槽的表面涂有絕緣涂層。
[0007]優(yōu)選地，所述微溝槽的V形結(jié)構(gòu)兩側(cè)面的夾角為45?60度。
[0008]所述第一溝槽深度^為0.01毫米。
[0009]所述電極的材料為紫銅。
[0010]所述微溝槽的深度為10?300微米。
[0011]所述絕緣涂層的厚度為0.006?0.01毫米，絕緣涂層的材料為芳基聚酰亞胺。
[0012]應(yīng)用所述不對稱深度微溝槽電極放電加工微彎孔的方法:電極連接脈沖電源的負極，工件連接脈沖電源的正極，脈沖電源的電壓為20?300V，電流為0.5?50A，脈沖電源頻率20?100Hz ;電極中的通氣孔通入脈沖氣流，頻率與脈沖電源頻率相同。
[0013]優(yōu)選地，脈沖電壓與脈沖氣體的頻率都為20?1000Hz，占空比30?70%。
[0014]電極側(cè)面上的微溝槽由于有助于氣體的排出，從而提高了放電加工效率并且可以加工出更大深徑比的微深孔。在進行氣中微放電加工時，由于不同深度的微溝槽對微放電的影響不同，深度大的微溝槽由于更加有助于排氣和排肩，這使得更加有利于產(chǎn)生電火花放電，材料去除速率也明顯提高，從而使在電極不同深度微槽的地方材料去除速率不同；這種不對稱的放電去除效率使得微電極朝著更深的微槽圓柱面方向偏移，從而加工出微彎曲孔。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0016](I)使用不對稱微槽結(jié)構(gòu)電極進行彎孔微放電加工，不需要復(fù)雜的機構(gòu)和控制模塊，只需要在傳統(tǒng)電極上加工出為溝槽，從而降低了加工成本；
[0017](2)電極側(cè)面上的微槽由于有助于排氣和排肩，從而提高材料去除速率，從而降低加工成本，并且可以加工出更大深徑比的微深孔。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的不對稱微槽結(jié)構(gòu)電極的加工示意圖。
[0019]圖2為不對稱微溝槽電極的三維示意圖。
[0020]圖3為圖2不對稱微槽結(jié)構(gòu)電極的橫截面示意圖。
[0021]圖4為放電加工初始階段的加工示意圖。
[0022]圖5為放電結(jié)束時彎孔成型示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明，但是本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例表示的范圍。
[0024]傳統(tǒng)的電火花加工電極一般為圓柱形，本發(fā)明是在電極側(cè)面上加工不對稱微槽結(jié)構(gòu)。如圖1所示，在制作不對稱深度微槽結(jié)構(gòu)電極時，是采用高速旋轉(zhuǎn)V形尖端金剛石砂輪1，在電極2的放電側(cè)面上作直線往復(fù)運動，每次進給深度為I?5微米，逐漸加工出V形的微溝槽3 ;電極2的中心設(shè)有通氣孔5，通氣孔5的直徑為0.1?2.5毫米，電極2制作過程中通過夾具4裝夾和定位；砂輪轉(zhuǎn)速為2000?3000轉(zhuǎn)/分，進給速度為0.1?0.2米/分，切削液為水。
[0025]圖2為不對稱深度微溝槽電極的三維示意圖，如圖2所示，電極2的外徑D控制為:0.3〈D〈3.0毫米，電極2的表面的布有微溝槽3，微溝槽3形成微溝槽陣列，微溝槽3兩側(cè)面的夾角為45?60度。電極2的側(cè)表面涂有厚度為0.006?0.01毫米的絕緣涂層，其材料為芳基聚酰亞胺，涂絕緣涂層的目的是防止電極側(cè)面與工件上已加工出的孔壁接觸發(fā)生放電，從而保證電火花放電始終發(fā)生在電極頂端。
[0026]如圖3所示，微溝槽3均勻地布滿在電極2的側(cè)面，呈左右對稱，但上下為不對稱的結(jié)構(gòu)，微溝槽的深度呈上下逐漸變深趨勢，其中最上面微溝槽為第一微溝槽，溝槽深度h最淺，優(yōu)選深度為0.01毫米，從上到下左右對稱地為第二微溝槽到第η微溝槽，微溝槽的溝槽深度變化規(guī)律為:hn= h (n —D+D/m，其中h(n —D為電極2表面第η -1條微溝槽的深度，hn為第η條微溝槽的深度，η的取值范圍為l〈n〈30，D為電極2的外徑，m是一個正實數(shù)取值范圍為50〈m〈80。本發(fā)明所使用的電極2為中空的紫銅電極，中心軸向的通氣孔5是在以氣體為介質(zhì)的電火花加工時的氣體通道；電極2表面的微溝槽3兩側(cè)面的夾角為45?60度。
[0027]如圖4和圖5所示，一種應(yīng)用不對稱深度微溝槽電極放電加工微彎孔的方法時，電極2連接脈沖電源的負極，工件6連接脈沖電源的正極，脈沖電源的電壓為20?300V，電流為0.5?50A，脈沖電源頻率20?1000Hz。電極2中的通氣孔5通入脈沖氣流，頻率與脈沖電源頻率相同，都為20?1000Hz，脈沖氣流可以輔助排泄。在進行氣中微放電加工時，由于不同深度的V溝槽對微放電的影響不同，深度深的微溝槽由于更加有助于排氣和排肩，這使得更加有利于產(chǎn)生電火花放電，材料去除速率也明顯提高，從而使電極不同深度微槽的地方材料去除速率不同；在微溝槽深度深的地方由于材料去除速率較大，使得該處電極和工件之間的間隙也較大，放電產(chǎn)生的瞬間膨脹氣流對電極的向右作用力F2較小，而微槽深度淺的地方由于材料去除速率較小，在該處電極和工件之間的間隙就很小，放電產(chǎn)生的瞬間膨脹氣流對電極的向左作用力Fl較大，即F2〈F1。這使得電極在不同方向上受到的作用力不同，受力的不平衡將使電極端頭7發(fā)生彎曲；電極向受力最小的方向彎曲使得電火花微放電8方向也發(fā)生改變。這種不對稱的放電去除效率使得微電極朝著更深的微槽圓柱面方向偏移，從而加工出微彎曲孔。彎曲孔的彎曲程度是通過孔底相對于孔切入點，沿與電極進給方向垂直的方向偏離距離W(圖4)來衡量。偏移距離W是通過改變公式hn=h^D+D/m，l〈n〈30，50〈m