CN111168167A - 活动模板的微细群坑电火花加工方法及其工具电极 - Google Patents

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杨树宝
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
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Abstract

本发明提供一种活动模板的微细群坑电火花加工方法及其工具电极，涉及电火花加工领域，该工具电极包括绝缘层Ⅰ、导电层和绝缘层Ⅱ，绝缘层Ⅰ、绝缘层Ⅱ位于导电层的两侧，工具电极上等间距贯穿开设有若干微细群孔工具电极的底部设有工件，工件保持与绝缘层Ⅱ有一定间隙，导电层和工件之间电性连接有电源；本发明使微细群坑结构加工一次成形，提高了加工效率，而且电极制作简单，易于操作，进一步降低了成本。

Description

活动模板的微细群坑电火花加工方法及其工具电极
技术领域
本发明涉及电火花加工技术领域，具体涉及活动模板的微细群坑电火花加工方法及其工具电极。
背景技术
国内外学者针对凹坑以及沟槽两种形状的表面微织构做了很多研究，研究表明表面微织构可以提高表面承载能力、改善工件的表面摩擦性能和热交换性能。试验表明，在钢材表面加工出按一定规律分布的、具有一定深度、光滑过渡的球形、椭球形凹坑或圆锥形凹坑，有利于钢板在冲压过程形成良好的动压润滑，将有利于形成流体动压润滑效应，从而改善模具与钢板之间的摩擦状况。因此，现代汽车工业中，人们开始尝试在汽缸壁、滑动轴承表面形成人造的斑块或凹坑，用以提高润滑(或密封)效果。阵列微坑结构已经批量应用于汽车工业中，具有微坑结构的气缸套具有节能、节油、减少环境污染、高耐磨性、可避免干摩擦和拉缸现象发生等优点，对发动机节能、长寿命和轻型化发展具有重大意义和广泛的应用价值。表面织构，特别是微坑阵列在冷却散热方面有着重要的作用。在散热面上加工出微坑结构可以增加热量交换面积，提高热量交换效率。新西兰奥克兰大学Chen等研究了具有凹坑结构的同轴管换热器的热交换性能，发现与光滑表面相比，具有凹坑结构的管道有更大的热交换面积，传热系数明显高于无凹坑管道的传热系数。因此，微织构的加工变得越来越重要。
表面微织构的加工技术也越来越多样化，电火花加工技术是一种利用工具和工件之间脉冲性的火花放电所产生的瞬时高温蚀除金属的加工方法。电火花加工基于放电腐蚀现象来去除金属，因此它不受材料硬度、强度等性能的限制，适用于加工导电材料以及硅等半导体材料，加工时工具和工件之间无切削力，可以用于加工特殊及复杂形状的表面和零件。电火花微细织构的加工工具电极的制作至关重要，电火花加工微细群坑所用电极一般使用凸起的群电极，南京航空航天学的杨志伟利用低速走丝精密电火花线切割机加工制作了正方形、方锥形、菱形三种形状的微凸起电极，再利用此微凸起电极进行电火花加工，加工出微凹坑结构。加工过程繁琐，成本较高，且电火花线切割加工阵列微孔形电极，能够满足孔径较大的电极制备，但是若要得到直径更小的阵列微孔电极还存在一定的问题。基于此，本发明设计了活动模板的微细群坑电火花加工方法及其工具电极，以解决上述问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种活动模板的微细群坑电火花加工方法及其工具电极，以解决上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种活动模板的微细群坑电火花加工工具电极，该工具电极包括绝缘层Ⅰ、导电层和绝缘层Ⅱ，绝缘层Ⅰ、绝缘层Ⅱ位于导电层的两侧，工具电极上等间距贯穿开设有若干微细群孔。
进一步的，绝缘层Ⅱ是由耐高温绝缘材料组成，其厚度小于0.03mm。
进一步的，导电层的材料为黄铜。
一种活动模板的微细群坑电火花加工方法，具体步骤如下：
1)制作上述工具电极；
2)将步骤1)制作的工具电极放置于工件的上方，且绝缘层Ⅱ与工件相隔一定间隙；
3)将工件与工具电极的导电层分别与电火花加工电源的正极、负极电性相连；
4)向工具电极的上表面喷射工作液，使工作液通过工具电极上贯穿的微细群孔到达工件的表面；
5)接通电源开始电火花加工；
6)加工过程中，工具电极向工件不断微进给，直至工具电极紧贴于工件表面，加工出具有凸起的海量微小凹坑。
进一步的，步骤4)中工作液为去离子水。
进一步的，步骤2)中绝缘层Ⅱ与工件间隙小于0.02mm。
进一步的，加工完毕后，清洗工件表面，放入丙酮、无水乙醇中超声清洗5～10分钟，去除残余的电火花加工屑。
(三)有益效果
本发明提供了一种活动模板的微细群坑电火花加工方法及其工具电极，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明工具电极可有效保护非加工区域：本发明中的工具电极的绝缘层Ⅱ能有效保护非加工区域的电蚀现象，以及减少金属蚀除产物、炭黑粘附在非加工区域；
2、工具电极上的若干微细群孔是工作液的进液孔，工作液通过群孔直接向加工间隙提供工作液，供液充分，产物不易积累，减少了供液不畅或产物排离不及时而导致的短路烧伤现象；
3、工具电极制作简单，且能同时加工海量密集性群坑，成本低廉操作简单，有效避免了电火花群电极制作的繁琐、成本高的问题。
4、利用本发明加工方法加工的金属工件表面微细织构，具有效率高、成本低且操作简单的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明活动模板的微细群坑电火花加工所用的工具电极示意图；
图2本发明活动模板的微细群坑电火花加工开始时的示意图；
图3本发明活动模板的微细群坑电火花加工过程中的示意图；
图4本发明活动模板的微细群坑电火花加工紧贴绝缘层Ⅱ时的示意图；
图中：1-绝缘层Ⅰ、2-导电层、3-绝缘层Ⅱ、4-工件、5-微细群孔、6-电源、8-小突起、9-高凸起、a-工作液、b-阴极进给方向。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1～4，本发明提供一种活动模板的微细群坑电火花加工工具电极，该工具电极包括绝缘层Ⅰ1、导电层2和绝缘层Ⅱ3，绝缘层Ⅰ1、绝缘层Ⅱ3位于导电层2的两侧，工具电极上等间距贯穿开设有若干微细群孔5。其中，绝缘层Ⅱ3是由耐高温绝缘材料组成，其厚度小于0.03mm，导电层2的材料为黄铜。
一种活动模板的微细群坑电火花加工方法，具体步骤如下：
1)制作上述工具电极；
2)将步骤1)制作的工具电极放置于工件4的上方，且绝缘层Ⅱ3与工件4相隔一定间隙；
3)将工件4与工具电极的导电层2分别与电火花加工电源6的正极、负极电性相连；
4)向工具电极的上表面喷射工作液，使工作液通过工具电极上贯穿的微细群孔5到达工件4的表面；
5)接通电源6开始电火花加工；
6)加工过程中，工具电极向工件4不断微进给，直至工具电极紧贴于工件4表面，加工出具有凸起的海量微小凹坑。
其中，步骤4)中工作液为去离子水；步骤2)中绝缘层Ⅱ3与工件4间隙小于0.02mm；加工完毕后，清洗工件4表面，放入丙酮、无水乙醇中超声清洗5～10分钟，去除残余的电火花加工屑。
本实施例的一个具体应用为：
参考图1所示，制作具有若干个贯穿的微细群孔5，依次由绝缘层Ⅰ1、导电层2和绝缘层Ⅱ3组成，其中绝缘层Ⅰ1和绝缘层Ⅱ3位于导电层2的两侧的工具电极；
参考图2所示，将上述工具电极放置于工件4的一侧，且绝缘层Ⅱ3紧贴工件；
参考图2所示，将工件4与工具电极的导电层2分别与电火花加工电源6的正极、负极电性相连；
参考图2所示，向工具电极的表面喷射去离子水，使去离子水通过工具电极上贯穿的微细群孔5到达工件4的加工区域；
参考图2所示，接通电源6进行电火花加工；
参考图3、图4所示，工具电极向工件4微量进给，去离子水开始回流，并逐渐从工具电极的进液孔中流出，凹坑中的凸起不断变高，直至工具电极紧贴于工件表面；
参考图3、图4所示，若工具电极上的贯穿微细群孔5直径小，则凹坑底部有一小突起8，若工具电极上的贯穿微细群孔5直径偏大，则凹坑底部出现有一高凸起9。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种活动模板的微细群坑电火花加工工具电极，其特征在于，该工具电极包括绝缘层Ⅰ(1)、导电层(2)和绝缘层Ⅱ(3)，所述绝缘层Ⅰ(1)、绝缘层Ⅱ(3)位于导电层(2)的两侧，所述工具电极上等间距贯穿开设有若干微细群孔(5)。
2.如权利要求1所述的活动模板的微细群坑电火花加工工具电极，其特征在于，所述绝缘层Ⅱ(3)是由耐高温绝缘材料组成，其厚度小于0.03mm。
3.如权利要求1所述的活动模板的微细群坑电火花加工工具电极，其特征在于，所述导电层(2)的材料为黄铜。
4.一种活动模板的微细群坑电火花加工方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)制作如权利要求1-3任一项所述的工具电极；
2)将步骤1)制作的工具电极放置于工件(4)的上方，且绝缘层Ⅱ(3)与工件(4)相隔一定间隙；
3)将工件(4)与工具电极的导电层(2)分别与电火花加工电源(6)的正极、负极电性相连；
4)向工具电极的上表面喷射工作液，使工作液通过工具电极上贯穿的微细群孔(5)到达工件(4)的表面；
5)接通电源(6)开始电火花加工；
6)加工过程中，工具电极向工件(4)不断微进给，直至工具电极紧贴于工件(4)表面，加工出具有凸起的海量微小凹坑。
5.如权利要求4所述的活动模板的微细群坑电火花加工方法，其特征在于，步骤4)中所述工作液为去离子水(a)。
6.如权利要求4所述的活动模板的微细群坑电火花加工方法，其特征在于，步骤2)中所述绝缘层Ⅱ(3)与工件(4)间隙小于0.02mm。
7.如权利要求4所述的活动模板的微细群坑电火花加工方法，其特征在于，加工完毕后，清洗工件(4)表面，放入丙酮、无水乙醇中超声清洗5～10分钟，去除残余的电火花加工屑。
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