CN108213624B - 一种电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具和方法 - Google Patents
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Abstract
一种电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具和方法，其特征是所述的工具包括中空扩孔钻、镂空卡套、工具电极、导电垫片和导线；采用本发明工具加工细长孔时，将工具电极和工件分别和脉冲电源正负极连接；随着工具电极前端不断向工件进给，工件上形成了一定深度的预制孔，为后续扩孔加工提供了定位和导向。当孔深达到中空扩孔钻头扩孔的位置时，中空扩孔钻头在电火花穿孔加工出的预制孔基础上进行扩孔加工；随着工具电极不断地进给，电火花穿孔与机械扩孔同步进行，从而实现细长孔的加工。本发明所述电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具和方法，具有加工精度高、表面质量好、结构简单、实用性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于复合加工技术领域，涉及一种细长孔加工的工具及方法，具体地说是一种电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具及方法。
背景技术
细长孔是机械零件常见的一种难加工结构。目前，细长孔的加工方法主要分为两大类。第一类，以枪钻加工为主导的机械加工。作为深孔加工中非常有效的加工工具，枪钻具有排屑空间大、加工质量好等优点，然而，枪钻加工对钻套与枪钻中心同轴度要求极高，否则极易引起侧刃破裂等刀具失效问题。第二类，特种加工方法如电火花加工、电解加工、激光加工等。这些特种加工方法在加工细长孔等微细结构方面具有突出的优势，但是这些方法不同程度地存在着一些新问题，如电火花加工、电解加工等的工具电极制作难度极大；再如，激光加工虽不需要制作工具但存在着加工效率较低等问题。
近年来，复合加工引起了人们的广泛关注。复合加工集多种加工方法的优点，具有加工质量好、效率高、经济性好等特点。针对现有细长孔加工存在的前述问题，若采用特种加工方法先加工出预制孔然后再采用机械加工如扩孔，则可望扬长避短产生至少如下两个方面的积极效果。其一，采用特种加工方法先加工出的预制孔，为后续的机械加工提供了定位或导向，不仅较好地避免了细长孔轴线偏斜，而且提高了细长孔加工刀具的刚性；其二，将原有在实体材料上直接钻削转变为扩或镗，其加工余量较小进而避免了切削力较大、加工精度较低等问题，而且可较大幅度地提高细长孔的加工效率。
然而，据申请人所知，目前尚未有一种以特种加工方法先加工出预制孔然后再采用机械加工实现细长孔加工的工具和方法可供使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有细长孔加工采用单一加工方法所存在的不足，发明一种电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具和方法。
本发明的技术方案之一是：
一种电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，其特征是该工具包括中空扩孔钻1、镂空卡套2、工具电极3、导电垫片4和导线5。其中，中空扩孔钻1的外形与常规扩孔钻相同，其中心有一阶梯通孔，靠近钻头头部孔径较大的孔为镂空卡套2的安装孔6，远离钻头头部孔径较小的孔为工作液及导线5的通道7，安装孔6和通道7中间有一圆锥台孔8；镂空卡套2为一四周均布四条棱柱的圆筒，其上端中间开有一个可供导线5通过的小孔；工具电极3为由两端两个圆柱体及中间一个圆台组成的T形结构；导电垫片4的直径与镂空卡套2的内径相等，导电垫片4与导线5连接后装入镂空卡套2的孔中；装好导电垫片4和导线5的镂空卡套2装入中空扩孔钻1的安装孔6中，导线5从镂空卡套2上端中间小孔穿出一直延伸至中空扩孔钻1体外，以便与电源相接；工具电极3直径较小的圆柱体，从镂空卡套2下端轴向完全插入镂空卡套2中。
所述的中空扩孔钻头1的外径d1为所加工孔的直径尺寸D，安装孔6的直径D6为1/4D，其孔深H6为1/3D，工作液及导线5的通道7的直径D7为1/8D，圆锥台孔8的锥角为30°。
所述的镂空卡套2为绝缘材料，其高度H2等于H6，圆筒内径D2为1/8D，壁厚1mm，外径d2稍大于安装孔6的直径D6，使其与安装孔6形成过盈配合。
所述的工具电极3的材料为紫铜，直径较小的圆柱体的直径稍大于镂空卡套2的内径D2，使其与镂空卡套2形成过盈配合，其高度H3为1/2D；直径较大的圆柱体的直径D3为1/2D，其高度h3为1/10D；中间圆台的锥角为60°。
所述的导电垫片4材料为紫铜，其直径d4等于d2为1/8D，厚度H4为0.2-0.5mm。
所述的镂空卡套2上端小孔穿过导线5后将其密闭。
本发明的技术方案之二是：
一种电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的方法，其特征是将工具电极3经导电垫片4和导线5与脉冲电源正极相接，工件9接脉冲电源负极；工作液通过中空扩孔钻1的通道7与镂空卡套2四条棱柱形成的空隙进入加工区域；复合加工细长孔工具做旋转运动并向工件运动，当工具电极3和工件9之间的间隙达到0.01-0.5mm时产生放电现象，开始电火花穿孔加工；随着工具电极前端不断向工件进给，在工件上就形成了一定深度的预制孔，为后续扩孔加工提供了定位和导向；当孔深达到中空扩孔钻头1扩孔的位置时，中空扩孔钻头1在电火花穿孔加工出的预制孔基础上进行扩孔加工；此时，工作液将切屑和热量排出；随着工具电极不断地进给，电火花穿孔与机械扩孔同步进行，从而实现细长孔的加工。
所述的工作液为有一定绝缘度的流体介质（通常用煤油或矿物油）。
本发明的有益效果：
（1）本发明所述电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具和方法，通过电火花加工出的预制孔，不仅较好地避免了细长孔轴线偏斜，而且提高了细长孔加工刀具的刚性。
（2）本发明所述电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具和方法，将原有的直接钻削转变为扩或镗，其加工余量较小进而避免了切削力较大、加工精度较低的问题，而且可较大幅度地提高细长孔的加工效率。
（3）本发明所述电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具和方法，具有加工精度高、表面质量好、结构简单、实用性强等优点，可广泛应用于细长孔的加工。
附图说明
图1是采用本发明所述工具和方法加工细长孔的示意图。
图2是本发明所述工具中空扩孔钻1的结构示意图。
图3是本发明所述工具镂空卡套2的结构示意图。
图4是本发明所述工具电极3的结构示意图。
图中，1-中空扩孔钻头、2-镂空卡套、3-工具电极、4-导电垫片、5-导线、6-安装孔、7-通道、8-圆锥台孔、9-工件、d1-中空扩孔钻头1的外径、D6-安装孔6的直径、H6-安装孔6的孔深、D7-工作液及导线5的通道7的直径、H6-镂空卡套2的高度、D2-镂空卡套2的内径、d2-镂空卡套2的外径、H3-工具电极3中较小直径的圆柱体高度、D3-工具电极3中较大直径的圆柱体直径、h3-工具电极3中较大直径的圆柱体高度、L-镂空卡套2上端的壁厚。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明。
实施例一。
如图1~4所示。
一种电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，它包括中空扩孔钻1（外形与传统电钻相同，不同之处是中心开有通道7）、镂空卡套2、工具电极3、导电垫片4和导线5（图1）。其中，中空扩孔钻1的外形与常规扩孔钻相同，其中心有一阶梯通孔（由三段贯通相连而成），靠近钻头头部孔径较大的孔为镂空卡套2的安装孔6，远离钻头头部孔径较小的孔为工作液及导线5的通道7，安装孔6和通道7中间有一圆锥台孔8（图2）；镂空卡套2为一四周均布四条（也可为三条或四条以上）棱柱的圆筒，其上端中间开有一个可供导线5通过的小孔（图3，该小孔可通过穿过其中的导线5密封）；工具电极3为由两端两个圆柱体及中间一个圆锥台组成的T形结构（图4）；导电垫片4的直径与镂空卡套2的内径相等，导电垫片4与导线5连接后装入镂空卡套2的孔中；装好导电垫片4和导线5的镂空卡套2装入中空扩孔钻1的安装孔6中，导线5从镂空卡套2上端中间小孔穿出一直延伸至中空扩孔钻1体外，以便与电源相接；工具电极3直径较小的圆柱体，从镂空卡套2下端轴向完全插入镂空卡套2中，如图1所示。为了保证电解加工和机械扩孔加工的正常进行，具体实施时，各孔之间的关系应满足以下关系：中空扩孔钻头1的外径d1为所加工孔的直径尺寸D，安装孔6的直径D6为1/4D，其孔深H6为1/3D，工作液及导线5的通道7的直径D7为1/8D，圆锥台孔8的锥角为30°。所述的镂空卡套2为绝缘材料，其高度H2等于H6，圆筒内径D2为1/8D，壁厚1mm，外径d2稍大于安装孔6的直径D6，使其与安装孔6形成过盈配合。所述的工具电极3的材料为紫铜，直径较小的圆柱体的直径稍大于镂空卡套2的内径D2，使其与镂空卡套2形成过盈配合，其高度H3为1/2D；直径较大的圆柱体的直径D3为1/2D，其高度h3为1/10D；中间圆台的锥角为60°。所述的导电垫片4材料为紫铜，其直径d4等于d2为1/8D，厚度H4为0.2-0.5mm。所述的镂空卡套2上端小孔穿过导线5后将其密闭。
实施例二。
一种电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的方法，首先，将工具电极3经导电垫片4和导线5与脉冲电源正极相接，工件9接脉冲电源负极；工作液通过中空扩孔钻1的通道7与镂空卡套2四条棱柱形成的空隙（图3）进入加工区域；复合加工细长孔工具做旋转运动并向工件运动，当工具电极3和工件9之间的间隙达到0.01-0.5mm时产生放电现象，开始电火花穿孔加工；随着工具电极前端不断向工件进给，在工件上就形成了一定深度的预制孔，为后续扩孔加工提供了定位和导向；当孔深达到中空扩孔钻头1扩孔的位置时，中空扩孔钻头1在电火花穿孔加工出的预制孔基础上进行扩孔加工；此时，工作液将切屑和热量排出；随着工具电极不断地进给，电火花穿孔与机械扩孔同步进行，从而实现细长孔的加工。所述的工作液为有一定绝缘度的流体介质（通常用煤油或矿物油）。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，其特征是它包括中空扩孔钻（1）、镂空卡套（2）、工具电极（3）、导电垫片（4）和导线（5）；其中，中空扩孔钻（1）的外形与常规扩孔钻相同，其中心有一阶梯通孔，该阶梯通孔由安装孔（6）、通道（7）和圆锥台孔（8）组成，安装孔（6）孔径大于通道（7）的孔径，圆锥台孔（8）的两端分别与安装孔（6）和通道（7）贯通，安装孔（6）用于安装镂空卡套（2）并靠近钻头头部，通道（7）用于通过工作液及导线（5）且远离钻头头部；镂空卡套（2）为一四周均布有棱柱的圆筒，其上端中间开有一个可供导线（5）通过的小孔；工具电极（3）为由两端两个圆柱体及中间一个圆锥台组成的T形结构；导电垫片（4）的直径与镂空卡套（2）的圆筒内径相等，导电垫片（4）与导线（5）连接后装入镂空卡套（2）的圆筒内中；装好导电垫片（4）和导线（5）的镂空卡套（2）装入中空扩孔钻（1）的安装孔（6）中，导线（5）从镂空卡套（2）上端中间小孔穿出经过通道（7）延伸至中空扩孔钻（1）体外，以便与电源相接；工具电极（3）直径较小的圆柱体，从镂空卡套（2）下端轴向完全插入镂空卡套（2）中。
2.根据权利要求1所述的电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，其特征在于所述的中空扩孔钻（1）的外径d1为所加工孔的直径尺寸D，安装孔（6）的直径D6为1/4D，其孔深H6为1/3D，工作液及导线（5）的通道（7）的直径D7为1/8D，圆锥台孔（8）的锥角为30°。
3.根据权利要求2所述的电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，其特征在于所述的镂空卡套（2）为绝缘材料，其高度H2等于H6，圆筒内径D2为1/8D，壁厚1mm，外径d2稍大于安装孔（6）的直径D6，使其与安装孔（6）形成过盈配合，D为所加工孔的直径尺寸。
4.根据权利要求1所述的电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，其特征在于所述的工具电极（3）的材料为紫铜，工具电极（3）直径较小的圆柱体的直径与镂空卡套（2）的圆筒内径D2相匹配以便与镂空卡套（2）形成过盈配合，直径较小的圆柱体的高度H3为1/2D；直径较大的圆柱体的直径D3为1/2D，其高度h3为1/10D；中间圆台的锥角为60°，D为所加工孔的直径尺寸。
5.根据权利要求1所述的电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，其特征在于所述的导电垫片（4）材料为紫铜，其直径d4等于镂空卡套（2）的圆筒内径D2为1/8D，厚度H4为0.2-0.5mm，D为所加工孔的直径尺寸。
6.根据权利要求1所述的电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，其特征在于所述的镂空卡套（2）上端小孔穿过导线（5）后将其密闭。
7.根据权利要求1所述的电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，其特征在于所述的镂空卡套（2）的四周均布有四条棱柱。
8.一种利用权利要求1-7中任一项所述的工具进行电火花穿孔与扩孔复合加工细长孔的方法，其特征是将工具电极（3）经导电垫片（4）和导线（5）与脉冲电源正极相接，工件（9）接脉冲电源负极；工作液通过中空扩孔钻（1）的通道（7）与镂空卡套（2）四条棱柱形成的空隙进入加工区域；复合加工细长孔工具做旋转运动并向工件运动，当工具电极（3）和工件（9）之间的间隙达到0.01-0.5mm时产生放电现象，开始电火花穿孔加工；随着工具电极前端不断向工件进给，在工件上就形成预制孔，为后续机械扩孔加工提供定位和导向；当预制孔的孔深达到中空扩孔钻（1）扩孔的位置时，中空扩孔钻（1）在电火花穿孔加工出的预制孔基础上进行扩孔加工；此时，工作液将切屑和热量排出；随着工具电极不断地进给，电火花穿孔加工与机械扩孔加工同步进行，从而实现细长孔的加工。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述的工作液为具有绝缘性的流体介质。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述的流体介质为煤油或矿物油。
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