CN102471894B - 封闭孔的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供利用保护膜封闭对象物的孔的方法。该方法将上述对象物作为工件安装在放电加工机上，使由含有导电性物质的粉末构成的电极以与上述孔重合的方式接近上述对象物，为了产生放电而利用上述放电加工机在上述电极和上述对象物之间反复施加电压，从上述孔的周围生成封闭上述孔的保护膜，在比施加上述电压的阶段以前在上述孔的边缘进行用于形成斜面的机械加工，或在施加上述电压的阶段期间沿上述孔的边缘对上述保护膜进行用于形成斜面的机械加工。

Description

封闭孔的方法
技术领域
本发明涉及利用放电生成保护膜，并利用该保护膜封闭对象物的孔的方法。
背景技术
以提高耐磨性、耐热性或耐蚀性等各种特性为目的，提出了利用放电生成保护膜的各种技术。这些技术通过在平坦的表面上生成保护膜，得到用于实现上述目的的结果，但难以适用于对象物具有相当程度的尺寸的孔的场合。究其原因，由于放电具有在避开孔那样的凹部而产生的倾向，因此难以在孔的内部或其正上方生成保护膜，因此，难以利用保护膜封闭孔。因此，在生成保护膜之前，常常进行通过实施机械加工、或在孔中填充某种物质等的前处理，来得到无孔的对象面的工作。日本专利申请公开2005-211156号公报公开了相关的技术。
发明内容
如果能够不需要上述那样的特别的前处理便能够封闭孔，则从生产性的提高的观点及保护膜的可靠性的提高的观点来看，其是极其优选的。另外，在特别的状况下，存在需要利用保护膜进行封闭，且在保护膜正下方留有孔的场合。本发明的目的在于提供不需要特别的前处理地利用保护膜封闭孔的方法。
根据本发明的第一方案，一种封闭对象物的孔的方法，将上述对象物作为工件安装在放电加工机上，使由含有导电性物质的粉末构成的电极以与上述孔重合的方式接近上述对象物，为了产生放电而利用上述放电加工机在上述电极和上述对象物之间反复施加电压，从上述孔的周围生成封闭上述孔的保护膜，在比施加上述电压的阶段以前在上述孔的边缘进行用于形成斜面的机械加工，或在施加上述电压的阶段期间沿上述孔的边缘对上述保护膜进行用于形成斜面的机械加工。
根据本发明的第二方案，一种封闭对象物的孔的方法，将上述对象物作为工件安装在放电加工机上，将由含有导电性物质的粉末构成且具有能够插入上述孔的内部的尺寸的突起的电极以上述突起与上述孔的上述内部相对的方式接近上述对象物，为了产生放电而利用上述放电加工机在上述电极和上述对象物之间反复施加电压，从上述孔的周围生成封闭上述孔的保护膜。
附图说明
图1是说明本发明的第一实施方式的剖视图，(a)表示生成最初的保护膜的阶段，(b)表示对保护膜形成斜面的阶段。
图2是紧接着图1所示的阶段的剖视图，(a)表示进一步生成保护膜的阶段，(b)表示生成保护膜并封闭孔的阶段。
图3是紧接着图2所示的阶段的剖视图，(a)表示进一步生成保护膜的阶段，(b)表示研磨其表面的阶段。
图4是说明第一实施方式的变形例的剖视图。
图5是说明第一实施方式的第二变形例的剖视图。
图6是说明本发明的第二实施方式的剖视图。
图7是说明本发明的第三实施方式的剖视图，(a)是平面剖视图，(b)是立面剖视图，(c)是形成保护膜后的立面剖视图。
图8是说明本发明的第六实施方式的剖视图，(a)是平面剖视图，(b)是立面剖视图。
图9是在本发明的各实施方式中所利用的放电加工机的示意的立面图。
图10是表示应用本发明封闭了孔的机械部件的例子的剖视图。
图11是图10的机械部件的俯视图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的几个实施方式。
在本发明的各实施方式中，利用放电加工机进行保护膜的生成。作为放电加工机，能够应用图9所示的公知的装置。
放电加工机1具备：固定地安装在底座3上的床5；能在水平方向上移动地安装在床5上的工作台9；与工作台9一体地移动的支撑器具17；以及贮存加工液(或加工气体)F的加工槽15。工件W在加工槽15内被安装在支撑器具17上。放电加工机1还以与床5相对的方式具备柱7、能在垂直方向上移动地安装在柱7的下端的头19。头19在其下端具有能装卸地支撑电极23(或25、27)的支架29。放电加工机1还具备电源31，能够在工作台9和电极23之间施加电压。在工作台9上以驱动该工作台9的方式连接有X轴伺服马达11和Y轴伺服马达13，能控制地沿X轴和Y轴方向(即水平方向)驱动工作台9。另外，在头19上以驱动头9的方式连接有Z轴伺服马达21，能控制地沿Z轴方向即垂直方向驱动头19。
在通常的放电加工中，利用非消耗性电极，但在本发明的各实施方式中，电极23是消耗性电极。消耗性电极是具有由于放电而比工件更率先消耗的性质的电极，例如由通过利用冲压的压缩而使粉末成形的成形体构成，为了抗消耗，能够利用具有比较粗的结构的电极。或者，代替利用压缩形成的成形体，作为消耗性电极也能够利用在利用压缩的成形后至少在局部被烧结的加热处理了的电极、或利用泥浆、MIM(Metal Injection Molding)、喷镀等形成的电极。
作为电极的原材料，能够利用金属或合金等导电性物质的粉末，能够根据保护膜所要求的特性适当地进行选择。另外，在粉末中也能够含有cBN、TiC、TiN、TiAIN、TiB2、WC、SiC、Si3N4、Cr3C2、Al2O3、ZrO2-Y、ZrC、VC、B4C等陶瓷的任一个以上。或者也可以含有其他非导电性物质。在加工液F为矿物油等有机物的场合，最好选择难以生成碳化物的原材料。或者，也可以积极地生成碳化物，并生成由碳化物陶瓷构成的保护膜。在混合导电性物质和非导电性物质的场合，从经验上来说，当导电性物质的比例是60％以上时容易生成保护膜，但未必局限于此。
作为电源31，能够利用公知的放电加工机用的电源、例如能够利用通过并排地连接的多个开关元件输出脉冲状电压并变动地控制电流值的电源。
在通常的放电加工中，在非消耗性电极和工件之间产生断续的放电，由于该放电，工件的表面被慢慢地磨耗，借此进行工件的加工。在本发明的各实施方式中，放电不仅加工工件，还消耗消耗性电极23，借此，上述电极23的原材料、或上述电极23的原材料和加工液(或加工气体)F的反应生成物作为保护膜堆积在工件W上。
以下参照图9及图1至图5说明本发明的第一实施方式。
形成保护膜的对象物W是机械部件等，需要由金属等具有导电性的原材料构成。或者，为了具有导电性，也可以在表面镀金属。对象物W具有作为封闭的对象的孔Wh。孔Wh典型地为圆形，但也可以是其他任意形状。
将对象物W作为放电加工机的工件安装在支撑器具17上，并没入由矿物油构成的加工液F中。代替矿物油，也可以是非导电性的适当的液体或气体。将上述那样的由含有导电性物质的粉末构成的电极23安装在支架29上，通过使伺服马达11、13适当地进行动作，以电极23与孔Wh重合的方式对对象物W进行定位。另外，通过使Z轴伺服马达21适当地进行动作，使电极23接近对象物W。
接着，利用电源31施加电压，在电极23和对象物W之间产生放电。如上所述，由于电压是脉冲状电压，因此放电也脉冲状地断续。电压是数十～数百V，根据电极23和对象物W之间的距离或相对的面积、加工液F的绝缘强度等适当地设定。也可以进行在开始放电的阶段提高电压，在维持放电的阶段降低电压的变动的控制。投入的电力根据必要的保护膜的熔融的程度或对对象物W的热影响的程度适当地设定，但通常在稳定状态下是数十～数百W左右。
由于放电，电极23的表面被消耗，电极23的原材料堆积在对象物W上而形成保护膜33。在该过程中，保护膜33和对象物W之间、及/或保护膜33中的粒子相互地利用放电的能量的一部分产生扩散或熔敷，提高了保护膜的附着力。如图1(a)所示，在对象物W中的限定于与电极23相对的部位形成有保护膜33。在孔Wh的内部不形成保护膜，停留在产生从孔Wh的周边稍向内侧突出的部位33h。电极23的前端面由于消耗而向图中上方后退，但由于在孔Wh的正上方难以产生放电而消耗较小，结果产生突起。
参照图1(b)，在保护膜33上对部位33h进行机械加工，沿孔Wh对保护膜33形成斜面33m。该加工也可以将电极23更换为非消耗性电极来进行放电加工。斜面33m的角度θ从得到下述效果的观点来看，优选为20°至70°。
机械加工后，再次使电极23以与孔Wh重合的方式接近对象物W。如上所述，由于电极23的前端面后退，因此为了补偿后退部分，使电极23和对象物W适当地接近。于是，电极23的突起稍微进入保护膜的孔33h中，位于与斜面33m相对。在该状态下，利用电源31施加电压而产生放电，生成保护膜33。此时，如图2(a)所示，保护膜33不仅从该图中上表面生成到上方，由于电极23的突起与斜面33m相对，因此也从斜面33m生成到与之正交的斜上方。因此，保护膜33向孔的内侧生成。电极23具有进一步生成的突起23p，突起23p以维持与斜面33m相对的关系的方式生成，因此保护膜33进一步向孔的内侧生成。
在保护膜33的生成过程中中断适当放电，再次实施形成斜面33m的机械加工。放电和机械加工交替地反复实施。或者，如图4(第一变形例)所示，也可以不中断放电地持续地反复。在此期间，伴随保护膜33的生成，电极23的前端面后退，因此为了补偿后退部分，使电极23适当地下降。
或者，也可以在利用电源31施加电压的阶段以前，如图5(第二变形例)所示，预先对对象物W进行机械加工而形成斜面Wm。在产生放电的阶段的初期，难以在孔Wh及斜面Wm上产生保护膜33，但当电极23消耗掉某个程度而产生突起23p时，由于突起23p与斜面Wm相对且接近，因此保护膜33从斜面Wm生成到与之正交的斜上方。即使在该场合，也可以在保护膜33的生成过程中中断放电，实施形成斜面33m的机械加工。另外，也可以交替反复地实施放电和机械加工。
通过经过如上那样的阶段，于是如图2(b)所示，保护膜33封闭孔Wh。另外，若适当地生成保护膜，则判定出如图3(a)所示那样孔Wh被充分地封闭，结束保护膜33的生成。从放电加工机1取出对象物W，根据需要，如图3(b)所示那样进行精加工，得到具有目标厚度t的保护膜33。
根据上述方法，通过利用放电而生成的保护膜，能够不需要特别的前处理地封闭对象物的孔。由于放电具有在与电极接近的部位产生的倾向，因此难以在孔那样的凹部产生放电，因此，难以在孔的内部或其正上方生成保护膜。上述方法那样的用于沿着孔形成斜面的机械加工由于使该部位远离电极而更难以产生放电，因此能预想到孔更加难以封闭。但是，与该预想相反，通过形成斜面，可成功地生成用于封闭孔的保护膜。即，上述方法与本技术领域的常识相反地进行。产生该效果的原因未充分地解释，但发明者可以推断出，斜面起到适当地维持电极的突起的作用，以此促进在斜面上的保护膜的堆积。
代替利用机械加工形成斜面的方法，或与该方法组合，可得到图6所示的第二实施方式。在上述的第一实施方式中，电极23通过与斜面相对而维持突起23p，但在本实施方式中，电极23预先具备能插入孔Wh的内部的突起23p。该突起23p在与孔Wh周边之间产生放电，促进从周边向孔Wh的内侧倾斜地生成的保护膜的生成。因此，与第一实施方式相同，该方法能够利用保护膜33封闭孔Wh。与第一实施方式相同，也可以在施加电压的阶段之前对孔Wh的周边进行形成斜面Wm的机械加工。另外，也可以在施加电压的阶段期间沿孔Wh的周边进行对保护膜33形成斜面33m的机械加工。另外，也可以交替地进行施加电压的阶段和进行机械加工的阶段。
代替上述方法，或进行组合，可得到图7所示的第三实施方式。电极25形成为能插入孔Wh的内部的细长的圆筒状。从图7(a)、(b)可以看出，在电极25和孔Wh的内表面之间残留有小的间隙。在将电极25插入孔Wh，并且位于孔Wh中心，利用电源31施加电压并产生放电时，在孔Wh的内表面均匀地生成保护膜35。若更换电极并反复地进行该工序，则能够利用保护膜封闭孔Wh。或者，也可以在将孔减小到某种程度后，利用上述任一实施方式的方法封闭孔。孔Wh未局限于圆形，也可以是矩形或其他形状。在该场合，优选电源25是适合孔Wh的形状的形状。根据该方法，不仅能够封闭孔Wh，也能够在其内部填充保护膜。
代替第三实施方式，或进行组合，可以得到图8所示的第四实施方式。电极27具有比孔Wh的直径小一些的直径。电极27被插入孔Wh的内部，并且比其中心偏靠任一方向。通过从该状态协调地驱动伺服马达11、13，使电极27绕孔Wh的中心旋转。若一边旋转一边利用电源31施加电压而产生放电，则在孔Wh的内表面均匀地生成保护膜35。若更换电极反复地进行该工序，则能够利用保护膜封闭孔Wh。也可以在将孔减小到某种程度后，实施利用上述任一实施方式的方法。孔Wh未局限于圆形，也可以是矩形或其他形状。在该场合，电极27不是旋转运动，进行矩形或其他形状的运动。
利用上述各实施方式的方法能够适当封闭多种机械部件等的各种孔。图10及图11表示封闭往复式发动机用的提升阀37的孔的例子。阀37的阀杆具有形成为矩形的凹部37g，在凹部37g的底部开有孔37h并与阀杆的内部连通。热电偶39通过阀杆的内部被拉到凹部37g。代替热电偶，也可以是其他适当的传感器。在该状态下，若应用上述任一实施方式的方法，则保护膜33卷绕热电偶39的前端而填充到凹部37g。此时，孔37h被保护膜33封闭，但孔37h自身未被填充而作为空洞残留。利用孔37h作为空洞残留的结构，能够在孔37h中设置其他传感器。热电偶39被固定在阀杆上，并且孔37h被封闭，因此阀杆内部不会暴露在外部的环境中。即，被固定在保护膜33中的热电偶39能够应用于计测阀37的阀杆的表面温度之类的用途。
通过优选的实施方式说明了本发明，但本发明未局限于上述实施方式。根据上述公开内容，具有该技术领域的通常的技术的人员可通过实施方式的修正或变形实施本发明。
产业上的可利用性
提供能够利用保护膜封闭孔的方法。

Claims (3)

1.一种封闭对象物的孔的方法，其特征在于，
将上述对象物作为工件安装在放电加工机上，
使由含有导电性物质的粉末构成的电极以与上述孔重合的方式接近上述对象物，
为了产生放电而利用上述放电加工机在上述电极和上述对象物之间反复施加电压，从上述孔的周围生成封闭上述孔的保护膜，
在施加上述电压的阶段以前在上述孔的边缘进行用于形成斜面的机械加工，或在施加上述电压的阶段期间沿上述孔的边缘对上述保护膜进行用于形成斜面的机械加工。
2.根据权利要求1所述的封闭孔的方法，其特征在于，
交替地进行施加上述电压的阶段和进行上述机械加工的阶段。
3.根据权利要求1所述的封闭孔的方法，其特征在于，
上述电极具有能够插入上述孔的内部的尺寸的突起，在施加上述电压的阶段，以上述突起与上述孔的上述内部相对的方式对上述电极进行定位。
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