CN1103899A - 用放电加工作表面处理的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于提供耐磨和耐腐蚀的表面处理方法和设备， 包括使要被表面改质金属部件与仅是一种金属或含 有改质用材料(例如，陶瓷或W-C/Co)的块作相对 旋转，并在该块与被表面改质金属部件之间产生放 电，以在所述部件的表面形成一改质层。假如改质用 材料不在块中，则可以通过电介质槽来提供，或喷洒 在放电界面处。用这种方法，可以很容易地对具有复 杂形状的切削工具的切削刃口进行表面改质以大大 延长其使用寿命。切削与表面处理可以由控制器确 定而交替地进行。

Description

本发明涉及用放电加工对旋转切削工具或类似物件进行表面处理的方法和设备。

为处理切削工具的表面，使它复有碳化钛（TiC）、氮化钛（TiN）或类似物质，经常采用诸如物理汽相淀积法（PVD）和化学汽相淀积法（CVD）等表面处理技术。另一方面，关于用放电加工的方法进行表面处理，已经提出过对于金属模具的表面处理，然而对于机械加工工具的表面处理或表面覆盖则尚未提出过。图5示出以往发表的用放电加工使表面改质的常用的方法和设备（如果想获得更详细的资料，请参阅Masui等人的文章，“用放电加工作表面合金化处理”，《电加工工艺》，第16卷，第53期（1993））。

参看图12，表面要改质的工件1靠近电极2放置，该电极用轴3来夹住，用一驱动机构（图中未示出）可使该轴沿垂直方向移动。电极2放在盛有电介质5的加工槽中，在电介质中含有改质用材料的粉末。加工用的电源6为加工过程提供能源。

加工条件列表如下：

工件  SKH51(61)

电极  铜（15×15毫米）

电介质  照明用煤油

添加粉末  微细的乌粉末

颗粒直径  1.3毫米（最大）

添加量  20克／1000毫升照明煤油

开路电压  80伏

峰值电流  2.5，5，10，20安

脉冲宽度  5，10，20毫秒

占空因数  0.3（恒定）

工作时，由加工用的电源6产生一脉冲电压，加在工件1和电极2之间以产生放电。在加工过程中，电极2连同轴3由驱动机构（图中未示出）沿垂直方向（Z方向）作伺服驱动。由于在电介质中含有钨的微细粉末，放电使得工件1的基底金属在工件1的表面上熔化，而在电介质5中的钨粉末进入表面，由此在工件1的表面上形成一改质层，即钨合金层。文献报告说，由正极性放电（电极为负，工件为正）可以提供特别平滑的改质层。在此项技术中，已经公知，采用含有硅、铬或类似元素的粉末的电介质进行的放电加工，也能在金属表面上形成一类似的改质层，该层能提供很好的耐腐蚀性和耐磨损性。

作为在金属表面上形成一层改质层的另一种相似的方法，日本公开特许公报No.HEI  2-83119揭示了一种方法，在该方法中，在电极和工件之间提供形成表面层用的粉末材料，以进行振荡式的放电加工。在此方法中，以在工件上形成表面层的材料作为粉末提供于加工间隙中，并进行振荡式的放电加工，为的是防止表面处理用的物质的粉末固着在表面上，从而可以提供一平滑的改质层，而被加工的材料表面的平滑度得以保持。

如上面的描述所设计的，以放电加工来进行表面处理的常用方法和设备，只允许对形状简单的被改质材料进行表面处理，而对形状复杂的被改质材料进行表面处理就有困难。对于切削工具的表面处理尤其如此，因为切削工具的切削刃口形状复杂，并在很大程度上取决于工具的类型。这样，当采用一电极来对一工具进行表面处理时，需要根据工具的切削刃口来制造一具有复杂形状的电极，或者根据切削刃口的形状来对复杂的电极移动轨迹进行编程，这在电极制造、编程和加工技术方面都要花费大量的劳动和金钱。再者，一般来说，加工工具在使用过以后，通常要用磨床来把它磨快。由于上面描述过的PVD或CVD方法在装置方面费用很贵，因而很少用PVD或CVD方法来再造加工工具。

因此，本发明的一个目的是克服常用方法和设备存在的问题，以在旋转切削工具的切削刃口和其他重要部分形成一改质层来延长切削工具的使用寿命。本发明的一个进一步的目的是使替换已用过的加工工具的操作变得容易。

图1是示出本发明第一个实施例的示意图。

图2A和2B表示以低速进行EDM（放电加工）过程时的工具的视图;图2C表示交替进行切削和EDM操作的波形图;以及图2D表示在切削期和EDM期，在切削刃尖处的加工机制。

图3A和3C表示关于第一个实施例的工具进给速度、EDM速率以及电压之间的相互关系。

图4A和4B示出用压制粉末块对一件工具的刃口进行改质的两种过程。其中，图4A对应于在一个过程中作放电表面处理和切削，而图4B对应于无切削的表面处理情形。而图4C示出这些过程对工具刃口的影响。

图5是示出本发明第二个实施例的加工的示意图。

图6是表示工具旋转对改质层厚度影响的曲线图。

图7是表示本发明第四个实施例的示意图。

图8A和8B为用混有粉末的加工液作放电表面处理的例子。它先采用高进给速度切削，然后采用低进给速度EDM。

图9A和9B表示另一个用混有粉末的加工液作放电表面处理的实施例，在该例中，EDM和切削交替进行。

图10A和10B表示进行切削和EDM过程而到达精修步骤的两种过程。其中图10A对应于在一个过程中作放电表面处理和切削的情形，而图10B对应于不带切削的表面处理情形。

图11是示出本发明第五个实施例的示意图。

图12是示出常用的以放电加工进行表面处理的设备的示意图。

现在按照图1来描述本发明的实施例1。在此示意图中，101表示一要进行表面处理的旋转切削工具（例如，立铣刀、钻头），而102是一粉末压实块，它是由改质用材料的粉末模压而成的，即，它是由作为改质用材料的W-C（碳化钨）粉末与Co（钴）粉末混合经烧结模压而成。3表示一轴，它使旋转切削工具101沿垂直方向（Z轴方向）移动，4表示一加工槽，在槽中稳固地旋转着粉末压实块102并且充有放电加工用的电介质，6表示一放电加工用的电源，它把一电压加在旋转切削工具101和粉末压实块102之间，7表示一种电介质，以及8表示用以夹住旋转切削工具101的一卡紧装置，例如，三爪自动定心卡盘。9表示一转动旋转切削工具的旋转装置，10表示一用以转动旋转装置9的电极旋转用电动机，11表示一X轴驱动机构，它沿X方向驱动的加工槽，13表示-Z轴驱动机构，它沿Z方向（垂直方向）驱动轴3连同旋转切削工具101，14表示一加工间隙检测器，用它来检测旋转切削工具101和粉末压实块102之间的加工间隙电压或短路状态，以及15表示一控制装置，用它根据加工间隙检测器14的检测结果来控制旋转切削工具101和粉末压实块102之间的相对移动速度。

现在来描述工作过程。旋转装置9使被卡紧装置8夹住的旋转切削工具101旋转，而X、Y和Z驱动器11、12、13使旋转切削工具101和粉末压实块102作相对移动以对粉末压实块102进行切削。说得明确些，如果旋转切削工具101是一立铣刀，则沿横向（X、Y方向）进行切削，如果旋转切削工具101是一钻头，则沿轴的方向（Z轴方向）进行切削。此时，由于在旋转切削工具101和粉末压实块102之间由放电加工电源6施加了放电加工电压，当互相接触的旋转切削工具101和粉末压实块102在切削过程中分开时，就会在加工间隙内发生放电。由于切削的结果，改质用材料W-C以粉末形式弥散入加工间隙，放电使电介质中的W-C粉末进入旋转切削工具101的切削刃口的表面。如上面所述的那样，适当控制旋转切削工具101的进给速度，就可以使加工以交替作切削和放电的方式连续进行，在切削刃口上形成一层平滑的改质层，即W-C合金层。图2A和2B示出本发明加工机制的侧视图和顶视图，而图2C示出极间间隙电压的波形。如波形图所示，切削期和放电期以数毫秒至数十毫秒的频率反复。说得更明确些，在切削期内保持短路状态而在放电期内则连续产生放电。如图2D所示，由切削期和EDM期的反复，实现了放电和切削加工，从而完成了以刃口101对工件102作有效切削以及对刃口101的有效保护。

为了使上面提到的切削和放电的连续过程能够维持，控制旋转切削工具101的相对移动速度（进给速度）很重要。即，在普通的放电加工中，如果在发生短路或类似情况时，就要控制电极移动轨迹退回（短路退回），但在本加工方法中，由于通过切削克服了短路，不需经常进行短路退回。反之，如果电极的退回操作进行得过于频繁，由于加工主要由放电进行，由切削而在加工间隙中提供的改质用材料粉末的浓度就会下降，使得表面改质的效果减小。即，在本加工过程中，最好控制电极的退回比和电极的进给速度，从而按合适的比率实行切削和放电加工。为此目的，用图1中的加工间隙检测器14来检测加工间隙中的加工间隙电压，并用它的平均电压检测在加工间隙中的放电频率，即，一个等价于放电加工量的量。运用这个结果以及当时的工具进给速度，由控制装置15求出放电加工对切削的比值，并改变和控制工具的进给速度以保持所述的比值为一合适值。依靠改变工具的进给速度和改变切削对放电加工的比值，也能改变改质层的厚度。换句话说，在处理的初始阶段，取高的进给速度可形成厚的改质层，而在最后的精修阶段，取低的进给速度可以使已精修的改质层薄而平滑。

图3A至3C是表示按照本发明的控制放电和切削加工结果的相互关联的一些曲线。在预处理时，把控制电压设置为18伏，而工具的进给速度设置为0.1毫米/分，从而使放电率达到50%（切削率被设置为50%）。在这种状态中，电极间的粉末密度约为20克/升。结果在工具的表面上生成了一层厚的W-C层。此后，在精修处理时，把控制电压设置为44伏，而工具的进给速度设置为0.03毫米/分，从而使放电率达到90%（切削率被设置为10%）。在这种状态中，粉末密度降低到约5克/升，因而厚的W-C层经受了再熔化处理，在其上产生的一良好的经过改质的表面。

放电的稳定性也受到旋转切削工具旋转速度的影响。即，如果旋转速度太高，会使在加工间隙中的放电点在单个放电脉冲期间发生移动，难于保持放电电弧，因而降低了放电效率，即，当旋转速度增高时，切削效率提高而放电效率降低并且切削率增加。反过来，当旋转速度降低时，切削效率降低而放电效率提高。因此，放电加工对切削的比值也能随旋转速度而改变。由于即使旋转速度相同时其表面速度还与工具的直径有关，因此最好根据工具的直径来实行控制，以提供一合适的旋转速度。

图4A和4B示出了按照本发明的放电表面处理步骤的简图。如图4A所示，工具的放电表面处理和磨削合在一起完成。另一种做法如图4B所示，它以只进行放电表面处理而不进行磨削的方式来完成处理。在图4A的过程中，当表面处理完成后，就把该工具放在工具磨削装置中，对工具的切削刃口加以磨削。另一方面，在由图4B所见的过程中，用放电代替工具磨削来实行精修步骤。代替对切削刃口进行磨削，而用降低放电精修处理的电能的办法来完成精修，从而获得良好的表面。两个过程的结果示于图4C。

不论在哪种过程中，当切削刃口上形成了一层改质层之后，就控制放电的电源6，使它不再施加极间电压。在此之后，再作一小段时间的切削，使得在其上形成改质层的切削刃口经过了磨削，从而提供去除了表面上的放电点的极其优良的切削刃口。此时，还建议对于工具的旋转方向、工具轴的相对移动方向或类似的项目进行反向操作。

很清楚，当把工具浸入充有电介质的加工槽4，或者把用作电介质的例如不可燃流体连续喷洒在工具上，都能进行加工。

按照图5来描述本发明的第二个实施例，其中101表示要进行表面处理的一旋转切削工具，例如一钻头，而102是粉末压实块，它是由改质用材料的粉末模压而成的，即，它是由作为改质用材料的W-C（碳化钨）粉末与Co（钴）混合经烧结模压而成。3表示一轴，它使旋转切削工具101沿垂直方向（Z轴方向）移动，8表示一夹住旋转切削工具101的卡紧装置，16表示一夹住粉末压实块102的卡紧装置，17表示一转动粉末压实块102的旋转装置，18表示转动旋转装置17的旋转用电动机，13表示一Z轴驱动机构，它沿Z轴方向（垂直方向）驱动轴3连同旋转切削工具101，6表示一放电加工用的电源，它把一电压加在旋转切削工具101和粉末压实块102之间，7表示一种电介质，19表示电介质供给喷嘴，它把电介质供给加工间隙，14表示一加工间隙检测器，用它来检测旋转切削工具101和粉末压实块102之间的加工间隙电压或短路状态，以及15表示一控制装置，用它根据加工间隙检测器14的检测结果来控制旋转切削工具101和粉末压实块102之间的相对移动速度。

现在来描述工作过程。旋转装置17使由卡紧装置16夹住的粉末压实块102旋转，而由Z轴驱动器13使旋转切削工具101与粉末压实块102作相对运动以对粉末压实块102进行切削。此时，由于在旋转切削工具101与粉末压实块102之间由放电加工电源6施加了放电加工电压，当互相接触的旋转切削工具101与粉末压实块102在切削过程中分开时，就会在加工间隙内发生放电。由于切削的结果，改质用材料（W-C）以粉末形式弥散入加工间隙，放电使电介质中的W-C粉末进入旋转切削工具101的切削刃口表面。如上面所述的那样，适当控制旋转切削工具101沿Z轴的进给速度，就可以使加工以切削和放电相交替的方式相继进行，在切削刃口上形成一层平滑的改质层，即，W-C合金层。

加工间隙检测器14检测加工间隙中的加工间隙电压，并用它的平均电压检测在加工间隙中的放电频率，即，一个等价于放电加工量的量。运用这个量以及当时的工具进给速度，由控制装置15得出放电加工对切削的比值，并改变和控制工具的进给速度以保持该比值为一合适值。依靠改变工具的进给速度和改变切削对放电加工的比值，也能改变改质层的厚度。换句话说，在处理初始阶段，取高的进给速度可形成厚的改质层，而在最后精修阶段，取低的进给速度可以使已精修的改质层薄而平滑。

可以明白，放电的稳定性也受到旋转装置17的旋转速度的影响。即，如果旋转速度太高，会使在加工间隙中的放电点在单个放电脉冲期间发生移动，难于保持放电电弧，因而降低了放电效率，即，当旋转速度增高时，切削效率提高而放电效率降低因而切削率增加。反过来，当旋转速度降低时，切削效率降低而放电效率提高。因此，放电加工对切削的比值也能因旋转速度而改变。由于即使旋转速度相同时其表面速度还与工具的直径有关，因此最好根据工具的直径来实行控制以提供合适的旋转速度。

图6以曲线图的形式示出工具的旋转速度对放电表面处理的影响。在图6中，纵轴表示改质层的厚度变化而横轴表示工具的转数。

在所述过程中，当切削刃口上形成了一层改质层之后，就停止由放电加工电源6施加电压，而只作一小段时间的切削，使得在其上形成改质层的切削刃口经过了磨削，从而提供了极其优良的去除了刃口表面上放电点的切削刃口。此时，还建议对工具的旋转方向、工具轴的相对移动方向进行反向操作。

即，在第一个实施例中，把要进行改质的工具加以旋转，而本实施例与第一个实施例的不同之处在于把粉末压实块102加以旋转。特别地，如果一工具是沿轴向进行切削的，例如，一钻头，则其表面改质可以在如本发明所示的较简单的结构中完成。

可以认识到，在第一个和第二个实施例中对旋转切削工具101改质用的粉末压实块102可以用这样的块来替代，它用临时烧结材料或浆料（用水来溶解泥并使它象石膏那样变干）模压而成，只要这样的块容易切削。

现在按照图7来描述本发明的第四个实施例，其中101表示要进行表面处理的旋转切削工具（立铣刀），103表示一金属材料（Cu）块，3表示一轴，它使旋转切削工具101沿垂直方向（Z轴方向）移动，4表示一加工槽，在槽内稳固地放置着金属材料块103并在槽内充有放电加工用的电介质，5表示含有作为改质材料的W-C粉末的电介质，6表示一放电加工用的电源，它把一电压加在旋转切削工具101和金属材料块103之间，8表示一夹住旋转切削工具101的卡紧装置，9表示用以转动旋转切削工具的旋转装置，10表示使旋转装置9转动的旋转电极用电动机，11表示-X轴驱动机构，它沿X方向驱动加工槽4连同金属材料块103，12表示-Y轴驱动机构，它沿Y方向驱动相同的物件，13表示-Z轴驱动机构，它沿Z方向（垂直方向）驱动轴3连同旋转切削工具101，14表示一加工间隙检测器，用它来检测旋转切削工具101和金属材料块103之间的加工间隙电压或短路状态，15表示一控制装置，用它根据加工间隙检测器14的检测结果来控制旋转切削工具101和金属材料块103之间的相对移动速度，以及19表示电介质供给喷嘴，它把含有改质用材料粉末的电介质5供给加工间隙。

现在来描述工作过程。如第一个实施例那样，用旋转装置9使由卡紧装置8夹住的旋转切削工具101旋转，用X、Y和Z驱动器11、12、13使旋转切削工具110和金属材料块103作相对移动，以对金属材料块103进行切削。此时，在由旋转切削工具101和金属材料块103之间形成的加工间隙中，由电介质供给喷嘴19供给含有改质用材料粉末的电介质5。还由于在旋转切削工具101和金属材料103之间由放电加工电源6施加了放电加工电压，当互相接触的旋转切削工具101和金属材料块103在切削过程中分开时，就会在加工间隙内发生放电。由于已进入电介质的改质用材料粉末（W-C）弥散在加工间隙内，放电使得在电介质中的W-C粉末进入旋转切削工具101的切削刃口表面。如上面所述的那样，适当控制旋转切削工具101的进给速度，就可以使加工以切削和放电相交替的方式相继进行，在切削刃口上形成一层平滑的改质层，即W-C合金层。

为了使上面提到的切削和放电的连续过程能够维持，与在第一个实施例中一样，在本实施例中控制旋转切削工具101的相对移动速度（进给速度）也很重要。即，在本加工过程中同样建议控制电极退回比和电极进给速度，从而按合适的比值实行切削和放电加工。为此目的，如在第一个实施例中那样，用加工间隙检测器14来检测加工间隙中的加工间隙电压，并用它的平均电压检测在加工间隙中的放电频率，即，一个等价于放电加工量的量。运用这个结果以及当时的工具进给速度，由控制装置15求出放电加工对切削的比值，并改变和控制工具的进给速度以保持该比值为一合适值。依靠改变工具的进给速度和改变切削对放电加工的比值，也能改变改质层的厚度。换句话说，在处理的初始阶段，取高的进给速度可形成厚的改质层，而在最后精修阶段，取低的进给速率可以使已精修的改质层薄而平滑。

可以明白，放电的稳定性也受到旋转切削工具的旋转速度的影响。即，如果旋转速度太高，会使在加工间隙中的放电点在单个放电脉冲期间发生移动，难于保持放电电弧，因而降低了放电效率，即，当旋转速度增高时，切削效率提高而放电效率降低因而切削率增加。反过来，当旋转速度降低时，切削效率降低而放电效率提高。因此，放电加工对切削的比值也能因旋转速度而改变。由于即使旋转速度相同时其表面速度还与工具的直径有关，因此最好根据工具的直径来实行控制以提供合适的旋转速度。

如同第一个实施例那样，在上面提到的实施例中，反复进行放电加工和切削加工以完成放电表面处理，如果把改质用物质的粉末混入加工液，上面的两种操作可以如图8A和8B以及图9A和9B所示的那样分开来进行。更详细些说，图8A和8B示出，在切削加工后，用加工液和粉末的混合物进行放电加工的情形。在图8A中，断开电源6，然后以高进给速度只实行切削加工，为的是形成放电加工用的加工间隙，间隙的形状与工具的结构有关。接着，如图8B所示，接通电源6，以低的工具进给速度进行放电加工。在此情形中，只进行放电，或者只进行进给速度极低的切削加工，使工具101的切削刃口经受表面处理。

图9A和9B是示出在切削加工后，利用加工液和粉末的混合物实行放电加工的示意图。如图9A所示，已经钻了孔的金属块103用作加工工件，并在金属块103上进行切削加工以形成放电加工间隙。然后，如图9B所示，在进行放电表面处理时，工具电极101可相对于金属块103旋转。示于图9A和9B的实施例的优点在于能有效地使用工件。

示于图8A和8B以及图9A和9B的处理方法可以用于本发明的第一个和第二个实施例。即，可以这样来改变这两个实施例，先只进行切削加工以形成加工间隙，然后同时进行放电和切削加工以进行所要的表面处理。

图10A和10B是表示放电表面处理步骤的简图。有两种类型，在图10A中，是对工具的刃口进行放电处理和磨削的组合。而在图10B中，只有表面处理。在图10A中的情形中，在进行了如上面所述的表面处理后，把工具送至磨削装置，从而完成对于工具刃口的磨削和精修。在图10B的过程中，放电精修同时作为磨削机制。在图10B的过程中，降低精修的放电能量以进行精细的表面精修处理，从而可以去除对工具的刃口进行磨削的步骤。

在此过程中，当在切削刃口上形成了改质层之后，放电加工电源6停止施加电压，而只有切削仍进行一小段时间，这样，已经形成了改质层的切削刃口经过了磨削，从而提供了极其优良的去除了刃口表面上放电点的切削刃口。此时，还建议对工具的旋转方向、工具轴方向的相对移动或类似的项目进行反向操作。

与第一个实施例不同，在本发明中，改质用材料粉末已包含在电介质中。这样，进行切削仅仅是变更金属材料块103的形状，以在金属材料块103和旋转切削工具101的切削刃口之间形成一给定的放电间隙。因此，由于切削速度（切削量）不影响在加工间隙中的改质用材料粉末的密度，与第一个实施例相比，切削比值可大大降低以实行高放电比值的处理。

现在按照图11来描述本发明的第五个实施例，其中101表示要进行表面处理的旋转切削工具（钻头），103表示一金属材料（Cu）块，3表示-轴，它使旋转切削工具101沿垂直方向（Z轴方向）移动，8表示-夹住旋转工具101的卡紧装置，16表示一个夹住金属材料块103的卡紧装置，17表示转动金属材料块103的旋转装置，18表示用来转动旋转装置17的旋转用电动机，13是-Z轴驱动机构，它沿Z方向（垂直方向）驱动轴3连同旋转切削工具101，5表示含有作为改质用材料的W-C粉末的电介质，19表示电介质供给喷嘴，它向加工间隙供给电介质，6表示-放电加工电源，它把电压加在旋转切削工具101和金属材料块103之间，14表示-加工间隙检测器，用它来检测在旋转切削工具101和金属材料块103之间的加工间隙电压或短路状态，以及15表示一控制装置，它根据加工间隙检测器14的检测结果来控制旋转切削工具101和金属材料块103的相对移动速度。

现在来描述工作过程。用旋转装置17转动由卡紧装置16夹住的金属材料块103，而用Z轴驱动机构13使旋转切削工具101和金属材料块103相对移动以切削金属材料块103。此时，用电介质供给喷嘴向由旋转切削工具101和金属材料块103形成的加工间隙提供含有改质用材料粉末的电介质5。又由于在旋转切削工具101和金属材料块103之间由放电加工电源6施加了放电加工电压，当互相接触的旋转切削工具101和金属材料块103在切削过程中分开时，就会在加工间隙内发生放电。由于切削的结果，改质用的材料粉末（W-C）以粉末形式弥散在加工间隙中，放电使电介质中的W-C粉末进入旋转切削工具101的切削刃口表面。如上面所述的那样，适当控制旋转切削工具的Z轴进给速度，就可以使加工以交替作切削和放电的方式相继进行，在切削刃口上形成一层平滑的改质层，即W-C合金层。

加工间隙检测器14检测加工间隙中的加工间隙电压，并用它的平均电压检测在加工间隙中的放电频率，即，一个等价于放电加工量的量。运用这个结果以及当时的工具进给速度，由控制装置15求出放电加工对切削的比值，并改变和控制工具的进给速度以保持所述的比值为一合适值。依靠改变工具的进给速度和改变切削对放电加工的比值，也能改变改质层的厚度。换句话说，在处理的初始阶段，取高的进给速度可形成厚的改质层，而在最后的精修阶段，取低的进给速度，以使已精修的改质层薄而平滑。

应该明白，放电的稳定性也受到旋转装置17的旋转速度的影响。即，如果旋转速度太高，会使在加工间隙中的放电点在单个放电脉冲期间发生移动，难于保持放电电弧，因而降低了放电效率，即，当旋转速度增高时，切削效率提高而放电效率降低并且切削率增加。反过来，当旋转速度降低时，切削效率降低而放电效率提高。因此，放电加工对切削的比值也能因旋转速度而改变。由于即使旋转速度相同时其表面速度还与工具的直径有关，因此最好根据工具的直径来实行控制以提供一合适的旋转速度。

在所述的过程中，当切削刃口上形成了一层改质层之后，放电加工电源6就不再施加电压，而只进行一小段时间的切削，使得在其上形成改质层的切削刃口经过了磨削，从而提供去除了表面上的放电点的极其优良的切削刃口。此时，还建议对于工具的旋转方向、工具轴向的相对移动或类似的项目进行反向操作。

详细些说，在第四个实施例中旋转的是被改质的工具，而在本实施例中与第四个实施例不同之处在于旋转的是金属材料块103。特别地，对于沿轴向切削的工具，例如钻头，其表面的改质可以用本实施例中的较简单的结构来完成。

由于不象第二个实施例，在本实施例中，电介质中已含有改质用材料的粉末，切削的作用仅仅是变更金属材料块103的形状以在金属材料块103和旋转切削工具101的切削刃口之间形成一给定的放电间隙。这样，切削速度（切削量）不影响在加工间隙中改质用材料粉末的密度，于是与第二个实施例相比，可大大降低切削比以实行高放电比的处理。

在上面所描述的任何一个实施例中，为了使卡紧装置能够容纳多种工具，可把它设计得能夹住柄直径不同的任何的旋转切削工具。可以采用诸如锥柄的其他夹持机构，而自动改变工具以连续地对各种工具进行表面改质，这样，能以较高的生产率对大量工具进行表面处理。

在任何一个上面的实施例中，作为改质用材料所采用的W-C可以用陶瓷基材料，例如，Ti-C（碳化钛）或Ti-N（氮化钛），的粉末来代替，其中还含有诸如Ni（镍）的导体粉末。

在任何一个上述的实施例中，都是对旋转切削工具的表面进行表面处理，而在任何一个所述实施例中，还能对放电电加工旋转电极以及轴对称工具同样进行表面处理。在这些情形中，只用放电加工而不用切削来对它们作表面处理。

在任何一个所描述的实施例中，当把含有改质用材料的块旋转时，也可以用诸如车床那样的已有机器在来容易地进行放电表面处理。

如上面所描述的，很显然，本发明提出了一种表面处理方法，这种方法包括把要进行表面改质的金属部件或含有改质用材料的块加以旋转，并在含有改质用材料的块和所述要被改质的金属部件之间产生放电，以在所述要被改质的金属部件的表面上形成一层改质层，从而能在放电加工旋转电极或一个轴对称部件的表面容易地进行表面改质，使得放电加工用旋转电极的消耗量极低，并提供耐磨性和耐腐蚀性极好的轴对称部件。

同样很显然，本发明得出了一种在金属表面形成改质层的放电表面处理方法，该方法包括把旋转切削工具或含有改质用材料的块加以旋转，并使含有改质用材料的块和旋转切削工具作相对移动，以利用所述的旋转切削工具来切削所述的含有改质用材料的块，并在所述切削工具和所述包含改质用材料的块之间产生放电，以在所述的旋转切削工具的切削刃口上形成一层改质层，这样，很容易对形状复杂的切削工具的切削刃口进行表面改质，以进行使切削工具的使用寿命大大延长的工具表面处理。

同样很显然，本发明得出一种表面处理方法，该方法包括把要表面改质的被改质的金属部件或金属材料块加以旋转，并把含有改质用材料粉末的电介质供给到所述金属材料块和所述被改质的金属部件之间，并同时在所述被改质金属部件和所述金属材料块之间产生放电，以在所述被改质的金属部件表面上形成一改质层，由此使得在放电加工用旋转电极或轴对称部件的表面进行表面改质变得容易，以得到消耗量极低的放电加工用旋转电极，并提供耐磨性和耐腐蚀性极好的轴对称部件。在电介质中事先含有改质用材料，也可使金属材料的切削量减少，而大大地减少与工具作放电的金属材料的量。再者，可以采用诸如金属那样的放电加工性能优良的材料来稳定放电加工并提供更为均匀的表面处理。当旋转金属材料块时，可以采用诸如车床那样的已有机器来容易地进行放电表面处理。

同样很显然，本发明得出一种表面处理方法，该方法包括使旋转切削工具或金属材料块旋转，并使金属材料块和旋转切削工具作相对移动，以使所述旋转切削工具对所述金属材料块进行切削，并在所述旋转切削工具与所述金属材料块之间提供含有改质用材料粉末的电介质并同时产生放电，以在所述旋转切削工具的切削刃口上形成改质层，由此可以容易地对形状复杂的切削工具的切削刃口进行大大延长切削工具使用寿命的工具的表面处理。在电介质中事先含有改质用材料，也可使金属材料的切削量减少，而大大地减少与工具作放电的金属材料的量。再者，可以采用诸如铜那样的放电加工性能优良的材料来稳定放电加工并提供更为均匀的表面处理。

同样很显然，本发明得出了一种表面处理方法，该方法把陶瓷基材料用作所述改质用材料，由此可以显著地改进工具改质层的耐磨性和耐腐蚀性。用所述陶瓷基材料作表面处理，以在放电加工电极的表面形成一层高阻薄膜的作法，可以减小由于加工间隙电容而产生的电流分量，以改进电极消耗特性和表面粗糙度。

同样很显然，本发明得出一种表面处理方法，在该方法中，切削和放电加工是交替进行的，以在旋转切削工具的切削刃口上形成改质层，接着不进行放电加工而只进行切削，以对旋转切削工具的切削刃口进行磨削，由此把已在其上形成改质层的切削刃口磨削成在表面上去除了放电点的极其良好的切削刃口。

同样很显然，本发明得出了一种表面处理设备，该设备包括夹住旋转切削工具或放电加工电极的夹紧装置;使被夹住的旋转切削工具或放电加工电极转动的旋转装置;把含有改质用材料块加以固定的固定装置，它使该块面对所述旋转切削工具或放电加工电极;用于使所述旋转切削工具或放电加工电极与所述含有改质用材料的块作相对移动的驱动机构;以及在所述旋转切削工具或放电加工电极与所述含有改质用材料的块之间施加电压的放电加工电源。当使旋转切削工具旋转时，由所述旋转装置作旋转运动而由所述驱动机构作相对移动，以由所述旋转切削工具来对含有改质用材料的块进行切削，并在所述旋转切削工具和所述含有改质用材料的块之间产生放电，以在所述旋转切削工具的切削刃口上形成改质层。由此提供一种基于放电加工的表面处理设备，该设备能容易地对形状复杂的切削工具的切削刃口进行表面改质，从而完成大大延长切削工具使用寿命的表面处理。也能容易地对形状复杂的放电加工电极进行表面改质。

同样很显然，本发明得出了一种表面处理设备，该设备包括夹住旋转切削工具或放电加工电极的夹紧装置;用以夹住与所述旋转切削工具或放电加工电极相对的、含有改质用材料的块并用以使含有改质用材料的块沿所述旋转切削工具或放电加工电极的轴旋转的旋转装置；用以使所述旋转切削工具或放电加工电极与所述含有改质用材料的块作相对移动的驱动机构;以及在所述旋转切削工具或放电加工电极与所述含有改质用材料的块之间施加电压的放电加工电源。当使旋转切削工具旋转时，由所述旋转装置作旋转运动并由所述驱动机构作相对移动，以由所述旋转切削工具对含有改质用材料的块进行切削，并在所述旋转切削工具的切削刃口与所述含有改质用材料的块之间产生放电，以在所述旋转切削工具的切削刃口上形成改质层。由此提供了一种基于放电加工的表面处理设备，该设备能容易地对形状复杂的切削工具的切削刃口进行表面改质，从而完成大大延长切削工具使用寿命的表面处理。再者，使改质用材料如在车床中那样旋转，可以提供一种使用较方便、价格较低、基于放电加工的表面处理设备。也能容易地对形状复杂的放电加工电极进行表面改质。

同样很显然，本发明得出了一种表面处理设备，该设备包括夹住旋转切削工具或放电加工电极的夹紧装置;使被夹住的旋转切削工具或放电加工电极转动的旋转装置;把与所述旋转切削工具或放电加工电极相对的金属材料块加以固定的固定装置;在所述旋转切削工具或放电加工电极与所述金属材料块之间供给含有改质用材料粉末的电介质的电介质供给装置;使所述切削工具或放电加工电极与所述金属材料块作相对移动的驱动机构;以及在所述旋转切削工具或放电加工电极与所述金属材料块之间施加电压的放电加工电源。当使旋转切削工具旋转时，由所述旋转装置作旋转运动而由所述驱动机构作相对移动，以由旋转切削工具对金属材料块进行切削，并在所述旋转切削工具的切削刃口与所述金属材料块之间供给含有改质用材料的电介质并同时产生放电，以在所述旋转切削工具的切削刃口上形成改质层。由此提供一种基于放电加工的表面处理设备，该设备能容易地对形状复杂的切削工具的切削刃口进行表面改质，从而完成大大延长切削工具使用寿命的表面处理。由于电介质中事先含有改质用材料，可以减少金属材料块的切削量，因而与工具进行放电的金属材料量也可大大减少。还可以用诸如铜那样的放电性能良好的材料来做金属材料块，由此提供了一种基于放电加工的表面处理设备，在该设备中，可对放电加工加以稳定从而实现更稳定的表面处理。也能容易地对形状复杂的放电加工电极进行表面改质。

同样很显然，本发明得出了一种表面处理设备，该设备包括夹住旋转切削工具或放电加工电极的夹紧装置;把与所述旋转切削工具或放电加工电极相对的金属材料块夹住并使所述金属材料块沿所述旋转切削工具或放电加工电极的轴转动的旋转装置;在所述旋转切削工具或放电加工电极与所述金属材料块之间供给含有改质用材料粉末的电介质的电介质供给装置;使所述旋转切削工具或放电加工电极与所述金属材料块作相对移动的驱动机构;以及在所述旋转切削工具或放电加工电极与所述金属材料块之间施加电压的放电加工电源。当使所述金属块转动，由所述旋转装置作旋转运动而由所述驱动机构作相对移动，以便由旋转切削工具对金属材料块进行切削，并在所述旋转切削工具的切削刃口与所述金属材料块之间供给含有改质用材料的电介质并同时产生放电，以在所述切削工具的切削刃口上形成改质层。由此，形状复杂的切削工具的切削刃口可以用一种简单的设备来进行表面改质，结果完成了大大延长切削工具使用寿命的表面处理。由于电介质中事先含有改质用材料，可以减少金属材料的切削量，因而与工具进行放电的金属材料块的量也可大大减少。还可以用诸如铜那样的放电性能良好的材料来做金属材料块，由此可对放电加工加以稳定而实现更为稳定的表面处理。再者，使改质用材料如在车床中那样旋转，可以提供一种使用较方便、价格较便宜，基于放电加工的表面处理设备。也能容易地对形状复杂的放电加工电极进行表面改质。

同样很显然，本发明提出一种表面处理设备，该设备根据放电加工量，以同时改变和控制旋转切削工具的相对移动速度、旋转速度或相对旋转速度的方式来实行表面处理，由此除了所述效果外，还能进行有效的表面处理并能改变改质层的厚度。

还很显然，本发明得出了一种表面处理设备，该设备控制所述旋转切削工具的相对移动速度、旋转速度或相对旋转速度以保持切削对放电加工的比例为一预定值，由此除了所述效果外，尽管工具的形状和尺寸不同，仍能提供平滑的改质层。

本申请要求的优先权所依据的每一外国专利申请的全部内容，都通过参考引用而包括在本申请中，如同完全在这里提出那样。

虽然本发明对于某种程度的特殊性至少用了一个较佳实施例加以描述，应该明白，这里所公开的较佳实施例只是作为例子，可以对于细节和部件的安排作出各种改变而不背离如下的权利要求的精神实质和范围。

Claims (25)

1、一种以放电加工方式在金属表面形成一改质层的放电加工表面处理方法，其特征在于，所述方法包括：

使要对其进行表面改质的被改质金属部件与一导体材料块作相对旋转；

在所述块与所述被改质金属部件的界面处提供改质用材料；以及

在所述块与所述被改质金属部件之间产生放电以在所述被改质金属部件的表面上形成一改质层。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供步骤包括在所述块中掺入改质用材料。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供步骤包括至少与所述产生放电步骤的一部分同时地提供含有所述改质用材料的电介质。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电介质提供步骤包括至少把所述块和所述金属部件之一浸在电介质中，或者把含有所述改质用材料的电介质喷洒要所述的界面上。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述块是一金属材料块。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改质用材料包括陶瓷。

7、如权利要求2中所述的用放电加工作表面处理的方法，其特征在于，在第一个过程中，所述切削步骤和所述放电加工步骤是交替进行的，以在旋转切削工具的切削刃口形成改质层;以及

在与第一个过程紧接的第二个过程中，只进行切削，以对旋转切削工具的切削刃口进行磨削。

8、一种以放电加工方式在金属表面形成一改质层的放电加工表面处理方法，其特征在于，所述方法包括：

至少使具有切削刃口的旋转切削工具和含有改质用材料的块两者之一转动，并使所述含有改质用材料的块与所述旋转切削工具作相对移动，用所述旋转切削工具来切削所述的块;以及

在所述切削工具的所述切削刃口与所述含有改质用材料的块之间产生放电，以在所述旋转切削工具的所述切削刃口上形成一改质层。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述改质用材料包括陶瓷。

10、如权利要求8所述的用放电加工作表面处理的方法，其特征在于，在第一个过程上，所述切削步骤和所述放电加工步骤是交替进行的，以在旋转切削工具的切削刃口上形成改质层;以及

在与第一个过程中紧接的第二个过程中，只进行切削，以对旋转切削工具的切削刃口进行磨削。

11、一种以放电加工方式在金属表面形成一改质层的放电加工表面处理方法，其特征在于，所述方法包括使旋转切削工具或金属材料块旋转，并使金属材料块与旋转切削工具作相对移动，以用所述旋转切削工具来切削所述金属材料块;以及在所述旋转切削工具的切削刃口与所述金属材料块之间供给含有改质用材料粉末的电介质并同时产生放电，以在所述旋转切削工具的切削刃口上形成一改质层。

12、如权利要求11所规定的用放电加工作表面处理的方法，其特征在于，以陶瓷基材料用作所述改质用材料。

13、如权利要求11所述的用放电加工作表面处理的方法，其特征在于，切削和放电加工是交替进行的，以在旋转切削工具的切削刃口上形成改质层，而接着只进行切削，以磨削旋转切削工具的切削刃口。

14、一种以放电加工方式在金属表面形成一改质层的放电加工表面处理设备，其特征在于，所述设备包括：

用以夹住包括旋转切削工具或放电加工电极两者之一的加工工具，并使所述被夹住的加工工具旋转的旋转装置;

把与所述加工工具相对的、含有改质用材料的块加以固定的固定装置;

用以使所述旋转加工工具与所述含有改质用的材料的块作相对移动的驱动机构;以及

在所述加工工具与所述含有改质用材料的块之间有选择地施加电压的放电加工电源装置。

15、如权利要求14所述的用放电加工作表面处理的设备，其特征在于，它进一步包括一控制装置，根据放电加工量，用该装置至少改变与控制所述切削工具的相对移动速度、旋转速度或相对旋转速度中的一个。

16、如权利要求15所述的用放电加工作表面处理的设备，其特征在于，所述控制装置控制所述旋转切削工具的相对移动速度或相对旋转速度，以保持切削对放电加工的比值为一预定值。

17、一种以放电加工方式在金属表面形成一改质层的放电加工表面处理设备，其特征在于，所述设备包括：

夹住具有一根轴的加工工具用的装置，所述工具包括旋转切削工具或放电加工电极;

把与所述加工工具相对的、含有改质用材料的块夹住，并使所述含有改质用材料的块沿所述加工工具的轴转动的旋转装置;

使所述加工工具与所述含有改质用材料作相对移动的直线驱动机构;以及

在所述加工工具和所述含有改质用材料的块之间有选择地施加电压的放电加工电源装置。

18、一种以放电加工方式在金属表面形成一改质层的放电加工表面处理设备，其特征在于，所述设备包括：

把由旋转切削工具或放电加工电极两者之一构成的加工工具夹住，并使所述加工工具绕工具轴转动的旋转装置;

把与加工工具相对的金属材料块加以固定的固定装置;

在所述加工工具与所述金属材料块之间供给含有改质用材料粉末的电介质的电介质供给装置;

使所述旋转加工工具与所述金属材料块作进一步的相对移动的驱动机构；以及

在所述加工工具与所述金属材料块之间施加电压的放电加工电源。

19、一种以放电加工方式在金属表面形成一改质层的放电加工表面处理设备，其特征在于，所述设备包括：

把具有一根轴的加工工具夹住的夹紧装置，所述工具至少包括旋转切削工具与放电加工电极中的一种;

把与所述加工工具相对的金属材料块夹住，并使所述金属材料块沿所述旋转切削工具或放电加工电极的轴转动的旋转装置;

在所述加工工具与所述金属材料块之间供给含有改质用材料粉末的电介质的电介质供给装置；

使所述加工工具与所述金属材料块作相对移动驱动机构;以及

在所述加工工具与所述金属材料块之间施加电压的放电加工电源。

20、如权利要求17所述的用放电加工作表面处理的设备，其特征在于，它进一步包括一控制装置，根据放电加工量，由该装置对所述加工工具的相对移动速度、旋转速度或相对旋转速度中的至少一个加以控制。

21、如权利要求18所述的用放电加工作表面处理的设备，其特征在于，它进一步包括一控制装置，根据放电加工量，由该装置对所述加工工具的相对移动速度、旋转速度或相对旋转速度中的至少一个加以控制。

22、如权利要求19所述的用放电加工作表面处理的设备，其特征在于，它进一步包括一控制装置，根据放电加工量，由该装置对所述加工工具的相对移动速度、旋转速度或相对旋转速度中的至少一个加以控制。

23、如权利要求20所述的用放电加工作表面处理的设备，其特征在于，所述控制装置以预定的比值提供切削和放电加工。

24、如权利要求21所述的用放电加工作表面处理的设备，其特征在于，所述控制装置以预定的比值提供切削和放电加工。

25、如权利要求22所述的用放电加工作表面处理的设备，其特征在于，所述控制装置以预定的比值提供切削和放电加工。

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