CN108907380A - 一种数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具 - Google Patents

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干为民
王新
徐波
何亚峰
金祥曙
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    • B23H5/00—Combined machining
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Abstract

本发明公开了一种数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具，包括刀柄，刀柄内沿轴向设置有轴向中心孔，刀柄的下端为球头结构，刀柄的下端固定设置有圆形的聚氨酯磨片，聚氨酯磨片的直径大于刀柄下端球头的直径，刀柄的下端还设置有通液孔，通液孔与中心孔相连通。采用本发明的阴极工具进行抛光，聚氨酯橡胶磨片具有高弹性和良好耐磨性能，电解作用产生的钝化膜硬度相对较低，其使用寿命得到了延长。另一方面，由于采用了嵌入式聚氨酯磨片配合沉头螺钉固定的结构，使得磨片的更换较为便捷，这就极大地延长了阴极工具的使用寿命，抛光的质量和效率也得到了提高。并且电解加工间隙随着磨片直径大小变得灵活可调，方便进行各种试验研究。

Description

一种数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具
技术领域
本发明涉及一种用于非传统加工领域的数控电解机械复合抛光阴极工具，主要用于复杂型面模具、薄壁或窄缝零件及难加工金属材料的光整加工。
背景技术
模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中的零部件都要依靠模具成型。模具技术的发展，最终依靠高精度、低表面粗糙度来实现。随着新型工程材料不断被采用，对加工精度、表面粗糙度、质量可靠性要求越来越高，无疑对模具制造提出了更大的挑战。在模具制造中，有三到四成的工作量是光整加工。对于模具表面是曲面或是存在方孔、细长槽等不规则形状时，传统方法主要依赖于手工抛光。这样带来一系列问题，如效率低、工序复杂、工人劳动强度大、质量不稳定等。而对于高硬度、高强度材料，传统的手工抛光工艺已难以应付。如何解决这些问题是模具行业发展的关键。近年来，出现了越来越多的抛光加工方法，逐渐代替了手工抛光。但是在特定的情况下还必须要进行手工抛光。
数控电解机械复合抛光是近年发展起来的一种先进制造技术，它有效地将电解加工与机械抛光结合在一起成为一种高效率、高光洁度的加工方法。该方法在抛光过程中几乎没有机械切削力，金属表面金相组织不会发生变化，因而可抛光一些薄壁或窄缝零件。同时针对各种高硬度、高韧性和高强度金属难加工材料，比纯机械磨削有更高的效率，可以获得更小的表面粗糙度值。这使得该方法在模具加工中有着巨大的优势，应用的前景也相当的广阔。
对于数控电解机械复合抛光，阴极工具的设计极为重要。目前大多采用不锈钢阴极本体加上研磨层组合而成的球头复合阴极。以CBN磨粒为磨头材料的复合阴极为例，为保证阴极尺寸规格，制作起来较为麻烦，对制作者工艺水平要求高，故制作成本高。并且实际加工过程中磨料易损耗，刀具寿命缩短，抛光效率降低。
电解机械复合抛光，主要靠电化学作用，使工件表面发生阳极溶解而形成钝化膜，再利用合适的机械作用将钝化膜刮除，以达到光整金属表面的目的。电解机械复合抛光的关键是电解作用与机械的均衡匹配。机械作用过弱，钝化膜残留过多，会影响电解作用的效果；而机械作用过强，也会带来一些机械加工的缺陷，如工件表面划伤、磨粒损耗过快等，从而影响抛光质量和加工效率，复合工具的使用寿命也会缩短。
发明内容
为了提高抛光质量和效率，延长工具使用寿命，本发明设计了一种数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具。
本发明的技术方案如下：
一种数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具，包括刀柄，所述刀柄内沿轴向设置有轴向中心孔，所述刀柄的下端为球头结构，所述刀柄的下端固定设置有圆形的聚氨酯磨片，所述聚氨酯磨片的直径大于刀柄下端球头的直径，所述刀柄的下端还设置有通液孔，所述通液孔与中心孔相连通。
进一步地，所述刀柄的下端设置有夹紧开口，所述聚氨酯磨片嵌入夹紧开口并被夹持于夹紧开口中。
进一步地，还包括沉头螺钉，所述沉头螺钉穿过夹紧开口和聚氨酯磨片，使聚氨酯磨片紧固于夹紧开口中。
进一步地，所述通液孔沿径向设置。
进一步地，所述通液孔在球头部位的圆周上设置若干个。
进一步地，电解加工间隙由聚氨酯磨片的半径和刀柄的球头的半径差决定。
进一步地，通过调整聚氨酯磨片厚度实现机械擦除钝化膜，当聚氨酯磨片的厚度变化时，相应改变所述夹紧开口的尺寸。
本发明的有益效果如下：
采用本发明的数控电解机械复合阴极工具进行抛光，聚氨酯橡胶磨片具有高弹性和良好耐磨性能，电解作用产生的钝化膜硬度相对较低，其使用寿命得到了延长。另一方面，由于采用了嵌入式聚氨酯磨片配合沉头螺钉固定的结构，使得磨片的更换较为便捷，这就极大地延长了阴极工具的使用寿命，抛光的质量和效率也得到了提高。并且电解加工间隙随着磨片直径大小变得灵活可调，方便进行各种试验研究。
附图说明
图1是本发明数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具的纵向剖视图；
图2是本发明中沉头螺钉的安装示意图；
图3是本发明数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具的下端面视图。
图中标记：1、刀柄；1-1、轴向中心孔；1-2、夹紧开口；1-3、通液孔；2、聚氨酯磨片；3、沉头螺钉。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供了一种数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具，如图1所示。该阴极工具包括刀柄1，刀柄1基体内沿轴向设置有轴向中心孔1-1。刀柄1的下端为球头结构，刀柄1的下端固定设置有圆形的聚氨酯磨片2，聚氨酯磨片2的直径大于刀柄1下端球头的直径。刀柄1的下端还设置有通液孔1-3，通液孔1-3与中心孔1-1相连通。
优选地，刀柄1的下端球头部位设置有夹紧开口1-2，用来夹持厚度一定的聚氨酯磨片，聚氨酯磨片2嵌入夹紧开口1-2并被夹持于夹紧开口1-2中。
可选地，该阴极工具还可以包括沉头螺钉3，沉头螺钉3穿过夹紧开口1-2和聚氨酯磨片2，使聚氨酯磨片2紧固于夹紧开口1-2中。沉头螺钉3配合夹紧开口1-2达到进一步定位并紧固聚氨酯磨片2的作用。
优选地，通液孔1-3可设置多条，例如4条，通液孔1-3布置于球头部位的圆周上，通液孔1-3为细长通孔，沿径向延伸，通液孔1-3配合刀柄内部的中心孔可以实现阴极工具电解液的内喷。
电解加工间隙由聚氨酯磨片2半径和刀柄1的球头半径差决定，通过更换不同尺寸的聚氨酯磨片2可以调节电解加工间隙；机械擦除钝化膜的作用的大小可通过调整聚氨酯磨片2厚度来调节，但需要同时改变夹紧开口1-2的尺寸。
尽管聚氨酯橡胶磨片具有高硬度、高弹性、高耐磨性的特性，考虑到加工效率和质量的保证，更换新的聚氨酯磨片很有必要。这种新型阴极工具由于其结构特征，可以轻松更换聚氨酯磨片，极大提高了加工效率，同时工件表面抛光质量也得到了保证。
本实施例在五轴联动数控电解机械复合加工机床上进行，数控电解机械复合抛光阴极工具装夹及加工方式与球头铣刀大致相同。
本实施例对YG20硬质合金平面进行抛光，工件原始表面粗糙度为Ra2.55μm。选用电解液内外喷结合的方式，电解液成分为10％NaNO3加少量络化剂，电解液压力为0.8Mpa，温度为30℃。选用高频窄脉冲电源，加工电压为12V,占空比40％。复合阴极工具转速为1500r/min，工具对工件的压力约为250kpa。实施例是对曲面进行抛光，阴极工具只需走简单的直线循环轨迹即可，进给速度为15mm/min。加工平面经过四次走刀后，测得其表面粗糙度均值为Ra0.25μm，效果显著。对于形状复杂的工件及模具的抛光，需对复合工具刀柄以及聚氨酯磨片的尺寸作出适当调整。
综上所述，为了改善抛光质量和提高加工效率，本发明提供一种电解机械复合抛光曲面的阴极工具。本发明的复合阴极工具采用刀柄球头嵌入聚氨酯磨片的形式。刀柄的下端又开有一沉头螺纹孔，两者配合定位并紧固聚氨酯磨片。刀柄的基体内沿轴向设置有轴向中心孔，配合球头附近细长的通液孔以实现阴极工具电解液的内喷。聚氨酯磨片为圆形，其直径较阴极杆球头直径稍大，两者尺寸差则为电解加工间隙。在内外喷电解液共同作用下，旋转阴极的不锈钢本体部分与工件表面能进行良好的电解作用。同时，聚氨酯橡胶磨片具有耐磨性较好，强度、弹性高等特性，对于去除电解作用生成的钝化膜效果显著，但是却不会轻易刮伤刚露出来的金属表面，加工过程中其自身损耗小并可随时更换。因此，这种电解机械复合阴极工具不仅有较长的使用寿命，其抛光质量和加工效率相对其它工具也有一定的优势。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具，其特征在于：包括刀柄(1)，所述刀柄(1)内沿轴向设置有轴向中心孔(1-1)，所述刀柄(1)的下端为球头结构，所述刀柄(1)的下端固定设置有圆形的聚氨酯磨片(2)，所述聚氨酯磨片(2)的直径大于刀柄(1)下端球头的直径，所述刀柄(1)的下端还设置有通液孔(1-3)，所述通液孔(1-3)与中心孔(1-1)相连通。
2.根据权利要求1所述的数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具，其特征在于：所述刀柄(1)的下端设置有夹紧开口(1-2)，所述聚氨酯磨片(2)嵌入夹紧开口(1-2)并被夹持于夹紧开口(1-2)中。
3.根据权利要求2所述的数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具，其特征在于：还包括沉头螺钉(3)，所述沉头螺钉(3)穿过夹紧开口(1-2)和聚氨酯磨片(2)，使聚氨酯磨片(2)紧固于夹紧开口(1-2)中。
4.根据权利要求1所述的数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具，其特征在于：所述通液孔(1-3)沿径向设置。
5.根据权利要求4所述的数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具，其特征在于：所述通液孔(1-3)在球头部位的圆周上设置若干个。
6.根据权利要求1所述的数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具，其特征在于：电解加工间隙由聚氨酯磨片(2)的半径和刀柄(1)的球头的半径差决定。
7.根据权利要求1所述的数控电解机械复合抛光曲面用阴极工具，其特征在于：通过调整聚氨酯磨片(2)厚度实现机械擦除钝化膜，当聚氨酯磨片(2)的厚度变化时，相应改变所述夹紧开口(1-2)的尺寸。
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