CN104368885A - 一种超硬球体电火花机械复合磨削加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超硬球体电火花机械复合磨削加工方法，涉及一种机械磨削方法。选择一端面开有圆形凹槽杯型砂轮，将金属砂轮棒内嵌于凹槽中并用螺栓锁紧；在电机轴上装上绝缘套筒并将杯型砂轮套在绝缘套筒上，将绝缘垫片、压板套在杯型砂轮内外端面用螺母固定，将两个连接在支架上的导电刷对称固定于杯型砂轮两侧；球体套在胀套上并用螺母固定，球体转轴两端分别套上绝缘套并由机床卡盘和顶尖固定，将连接在支架上的导电刷固定于机床刀架上，导电刷与球体转轴紧贴；用两根导线分别与脉冲电源两极相连，正极端与杯型砂轮两侧导电刷连接，负极端与球体主轴紧贴的导电刷连接；使杯型砂轮与球体工件构成回路，且与机床绝缘，通电后即可进行加工。

Description

一种超硬球体电火花机械复合磨削加工方法

技术领域

本发明涉及一种球体磨削方法，尤其是涉及一种超硬球体电火花机械复合磨削加工方法。 

背景技术

磨削加工是应用较为广泛的切削加工方法之一，电火花是应用最为广泛的特种加工方法。在加工一些硬度高、耐磨系数大的耐磨材料时，会出现加工效率低，砂轮磨损大的问题。 

电火花磨削是指在工具和工件之间产生脉冲放电来去除导电材料的电火花加工，英文简称EDG。电火花磨削分为电火花成形磨削、电火花小孔内圆磨削、电火花铲磨、电火花刃磨和电火花螺纹磨削等几种方法。此方法是利用导电磨轮代替普通砂轮，导电磨轮及工件分别与脉冲电源连接，磨轮高速旋转，当工件与磨轮之间保持狭小的火花间隙(0.01～0.07mm)，在间隙中产生高频火花放电去除金属材料，达到磨削加工目的。电火花成形磨削适用于加工任何导电材料，对机械磨削困难的硬质材料更能发挥优越性。 

高硬度高精度合金球体精密磨削加工较为困难，这是由于合金球面硬度高，抗磨系数大，传统工艺加工难度大。由于球面硬度通常为HRC60，有些甚至超过HRC70，与普通合金刀具的硬度相当，抗磨系数大。加工尺寸大而尺寸、形状、表面精度要求极高。应用于能源、化工、煤炭等项目的大型流体控制装置的高精高硬合金球面零件大多数工作在高温、高压等极端条件下，密封性能要求极高，结构上基本采用整体式硬密封结构，即要求阀座与球体之间的配合是硬对硬的刚性配合。这就要求在保证球面内芯在阀座中能够转动自如的情况下，同时要保证两者的配合在高温、高压的环境下不漏水、漏气、漏油， 这就对阀座与球体的配合精度、形状精度提出了极高的要求。如φ400mm直径的球体要求其形状误差不能够超过0.008mm，表面粗糙度Ra要小于0.4μm。WC涂层硬度≥HRC65以上，不易磨削。Ni60涂层硬度虽然只有HRC60左右，但这种材料韧性非常好，且磨屑非常容易镶嵌在砂轮容屑空间中，使砂轮变钝，同样磨削效率非常低。 

由于传统机械磨削的局限性，在争对高硬耐磨合金材料的磨削加工中可采用电火花机械磨削复合加工的方法来对零部件进行高效高精磨削加工。目前围绕球面高效精密加工技术的研究，许多科技工作者已经作出了大量工作。如黄宏伟，陈相志，余英良等通过对石油输送管道用大型球体的数控磨削加工，阐述普通磨床的数控改造，应用数控系统的直线指令，将被控坐标两直线运动的联动运动，转换为两旋转运动的联动运行，实现了等速旋转运行的球面数控磨削。李雪飞等学者提出了球面的ELID杯式砂轮磨削方法，该方法比传统的磨削方式能得到更低的表面粗糙度值以及更高的形状精度；哈尔滨工业大学刘晋春、赵万生等教授在系统分析球面展成电火花加工运动规律并建立相应通用数学模型的基础上，对球面展成电火花加工过程进行了计算机图形仿真并取得了较好结果等，但他们都具有一定的局限性例如仅争对小口径、单件球体的加工；加工效率不高；仅停留在理论层面等，而电火花机械磨削复合加工改变了传统磨削的磨削机理，在合金球面加工方面，有着巨大的优势和潜力。经过大量试验表面电火花机械复合磨削高硬合金球面在加工效率、加工质量及精度方面有较大的提高和改善。 

发明内容

本发明的目的在于克服传统磨削的不足之处而提供一种能够有效提高超硬球体的磨削加工效率并保证加工表面质量，降低电极损耗的一种超硬球体电火花机械复合磨削加工方法。 

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为： 

1、一种超硬球体电火花机械复合磨削加工方法，包括以下步骤： 

1)选择一块杯型砂轮，其材质为导电性良好的技术锂，该杯型砂轮端面开有若干圆形凹槽，选择金属结合剂金刚石砂轮棒内嵌于凹槽中并用螺栓锁紧，砂轮棒可拆卸更换； 

2)在电机主轴上装上绝缘套筒并将杯型砂轮套在绝缘套筒上，依次将绝缘垫片、压板套在杯型砂轮内外端面，用锁紧螺母固定，选择两个导电刷连接在支架上并对称固定于杯型砂轮两侧； 

3)球体套在胀套上并用锁紧螺母固定，球体转轴两端分别套上绝缘套并由机床卡盘和顶尖固定，选择一把导电刷连接支架固定于机床刀架上，导电刷与球体转轴紧贴； 

4)用两根导线分别与脉冲电源两极相连，其中接正极的一根导线与杯型砂轮两侧导电刷连接，接负极的一根导线与球体主轴紧贴的导电刷连接；使杯型砂轮与球体工件构成回路，且与机床绝缘； 

5)打开可调脉冲电源，给杯型砂轮与球体工件通电，然后运行机床进行加工，即可实现电火花机械磨削的复合加工。 

2、如权利要求1所述的一种超硬球体电火花机械复合磨削加工方法，其特征在于步骤1)中，所述金属金刚石砂轮的材质为青铜，具有良好导电性且数量为10个，且沿所述杯型磨盘的端面周向间隔均匀布置。 

3、如权利要求1所述的一种超硬球体电火花机械复合磨削加工方法，其特征在于步骤2)中，所述绝缘套筒为PA6尼龙，所述绝缘垫片为聚四氟乙 烯。 

4、如权利要求1所述的一种超硬球体电火花机械复合磨削加工方法，其特征在于步骤2)、3)中，所述导电刷材质为黄铜，铜块底部有弹簧，依靠压紧力与杯型砂轮及球体转轴紧密贴合。 

与现有技术比较，本发明的工作原理及有益效果如下： 

由于杯型砂轮与球体工件两者都与机床之间做好绝缘措施，杯型砂轮和导电刷都具有良好导电性，这样，因为导电刷与脉冲电源正、负极相连接后就使得杯型砂轮与球体工件之间形成回路，满足电火花加工装置和原理上的要求。在加工毛坯球体的粗加工阶段，采用大能量高效蚀除材料，青铜金刚石砂轮结合剂与球体表面材料之间的微小间隙，会击穿介质产生火花放电加工，通过瞬时高温蚀除球体表面金属材料来得到较高的加工效率，在线调小电参数能量过渡到精加工，此时由于放电间隙很小，在进行火花放电加工的同时，砂轮电极表面的磨粒也对球面进行机械刮削作用来去除材料，显著提高加工效率，因为放电能量小，电蚀坑也较小再加上机械磨削的作用存在，已能得到较高的表面质量。在超精密磨削阶段可关闭脉冲电源进行纯机械精密磨削，提高球体表面光整度以达到指标要求。放电加工也可及时对砂轮电极进行修整，消除切屑阻塞砂轮表面影响磨削效果。工作时，既有机械磨削作用，又有电火花作用，并且磨削和电火花的作用强弱是可以分别控制的，改变电参数就可以控制电火花强弱，改变磨削要素，就可以控制机械磨削强度。本发明巧妙地将电火花加工与机械磨削加工融合在一起，加工中采用磨削的进给系统，即利用了电火花无明显切削力，能快速加工各种耐磨削材料的，又结合了机械磨削能得到高精度高质量零件的优势，电火花的热蚀除减轻砂轮的负担，减小的磨削力并且砂轮电极的损耗不会影响球体的加工精度与质量。由此可见，本发明综合了两种加工方法的优点，两者相辅相成，协同起来完成超硬球体的高效高精加工。 

附图说明

图1为本发明实施例的加工状态示意图。 

在图中：电机1，绝缘垫片2，绝缘套筒3，锁紧螺母4，支架5，导电刷6，杯型砂轮7，金属金刚石砂轮棒8，胀套9，绝缘套10，顶尖11，压板12，导电刷13，脉冲电源14，锁紧螺母15，卡盘16，绝缘套17，导电刷18，刀架19。 

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。 

本发明一种超硬球体电火花机械复合磨削加工方法，包括以下步骤： 

1)选择一块杯型砂轮7，其材质为导电性良好的技术锂，该杯型砂轮端面开有若干圆形凹槽，选择金属结合剂金刚石砂轮棒8内嵌于凹槽中并用螺栓锁紧，砂轮棒可拆卸更换； 

2)在电机1主轴上装上绝缘套筒3并将杯型砂轮套在绝缘套筒上，依次将绝缘垫片2、压板12套在杯型砂轮内外端面，用锁紧螺母4固定，选择两个导电刷6、13连接在支架5上并对称固定于杯型砂轮两侧； 

3)球体套在胀套9上并用锁紧螺母15固定，球体转轴两端分别套上绝缘套10、17并由机床卡盘16和顶尖11固定，选择一把导电刷18连接支架固定于机床刀架19上，导电刷与球体转轴紧贴； 

4)用两根导线分别与脉冲电源14两极相连，其中接正极的一根导线与杯型砂轮两侧导电刷连接，接负极的一根导线与球体主轴紧贴的导电刷连接；使杯型砂轮与球体工件构成回路，且与机床绝缘； 

5)打开可调脉冲电源，给杯型砂轮与球体工件通电，然后运行机床进行加工，即可实现电火花机械磨削的复合加工。 

Claims (4)

1.一种超硬球体电火花机械复合磨削加工方法，其特征在于包括以下步骤：

1)选择一块杯型砂轮，其材质为导电性良好的金属锂，该杯型砂轮端面开有若干圆形凹槽，选择金属结合剂金刚石砂轮棒内嵌于凹槽中并用螺栓锁紧，砂轮棒可拆卸更换；

2)在电机主轴上装上绝缘套筒并将杯型砂轮套在绝缘套筒上，依次将绝缘垫片、压板套在杯型砂轮内外端面，用锁紧螺母固定，选择两个导电刷连接在支架上并对称固定于杯型砂轮两侧；

3)球体套在胀套上并用锁紧螺母固定，球体转轴两端分别套上绝缘套并由机床卡盘和顶尖固定，选择一把导电刷连接支架固定于机床刀架上，导电刷与球体转轴紧贴；

4)用两根导线分别与脉冲电源两极相连，其中接正极的一根导线与杯型砂轮两侧导电刷连接，接负极的一根导线与球体主轴紧贴的导电刷连接；使杯型砂轮与球体工件构成回路，且与机床绝缘；

5)打开可调脉冲电源，给杯型砂轮与球体工件通电，然后运行机床进行加工，即可实现电火花机械磨削的复合加工。

2.如权利要求1所述的一种超硬球体电火花机械复合磨削加工方法，其特征在于步骤1)中，所述金属金刚石砂轮的材质为青铜，具有良好导电性且数量为10个，且沿所述杯型磨盘的端面周向间隔均匀布置。

3.如权利要求1所述的一种超硬球体电火花机械复合磨削加工方法，其特征在于步骤2)中，所述绝缘套筒为PA6尼龙，所述绝缘垫片为聚四氟乙烯。

4.如权利要求1所述的一种超硬球体电火花机械复合磨削加工方法，其特征在于步骤2)、3)中，所述导电刷材质为黄铜，铜块底部有弹簧，依靠压紧力与杯型砂轮及球体转轴紧密贴合。