CN111455383B - 一种使用浮动伸缩电极的电火花自动沉积装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用浮动伸缩电极的电火花自动沉积装置及方法，属于材料表面工程领域。使用浮动伸缩电极的电火花自动沉积装置中电火沉积电源与沉积枪相连接，沉积枪装配在三维运动平台的Z轴上，沉积枪通过电极浮动伸缩机构连接电极材料。电极浮动伸缩机构由滑套、弹簧或其他弹性材料、电极转接杆、滑套端头等部分构成，电极转接杆端头直接安装棒状电极材料。当沉积过程中电极材料消耗或工件表面出现轮廓起伏，电极移动的电极在浮动伸缩机构中的弹簧或其他弹性材料的作用下可自行浮动伸缩，从而实现在工件待沉积表面进行三维运动平台运动程序控制下的自动沉积。

Description

一种使用浮动伸缩电极的电火花自动沉积装置及方法

技术领域

本发明涉及一种使用浮动伸缩电极的电火花自动沉积装置及方法，属于材料表面工程领域。

背景技术

电火花沉积是利用电容储存电能，在基体材料(阴极)和电极(阳极)之间形成高频脉冲微电弧放电(10^-6～10^-5s)，使基体和电极之间的气体电离而形成瞬间的通道，电极材料在电场的作用下迁移到基体表面，并通过电极移动形成连续涂层的过程。电火花沉积热输入小，对工件造成的热影响区和变形小；沉积涂层与基体为冶金熔合、结合强度高；电火花瞬时高温局部熔化的电极材料在工件表面迅速冷却，为非晶、纳米晶的形成创造了有利的条件，有望成为替代电镀硬铬涂层技术的重要途径。电火花沉积过程不会产生有毒的、污染环境的物质，有利于可持续发展，是一种具有广泛发展前景的表面工程改性技术。

长期以来，电火花沉积均通过手工作业，加工的质量、速度直接取决于操作者的水平、经验，涂层的均匀度、批量生产的一致性得不到保证。沉积效率低、操作具有随意性和不可再现性，涂层质量难以控制，采用自动化的电火花沉积系统是一个必然的发展方向。电火花沉积对于电极和基体材料的接触状态要求较高，通常需控制电极与基体材料之间的间隙在0.2mm以内，然而，由于电火花沉积对采用导电硬质材料，电极与基体之间为硬接触导致两者接触状态难以控制，极易出现局部不放电沉积现象；另外，电极在电火花沉积的过程中，电极材料不断损耗，会引起旋转电极与工件之间的间隙变化，当电极消耗达到一定程度，即电极与工件表面之间的距离大于放电间隙时，电极和工件表面之间就无法形成间隙放电，这样就无法继续进行电火花沉积工作。本发明提供一种浮动伸缩电极，在进行电火花沉积的自动化操作时，电极可根据沉积工件表面进行自适应伸缩调节，从而实现连续自动化沉积。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用浮动伸缩电极的电火花自动沉积装置，通过电极浮动伸缩机构实现电极随工件表面轮廓浮动伸缩，解决电火花沉积过程中的电极消耗补偿问题，实现涂层数控自动化连续沉积。

本发明的技术方案如下：

一种使用浮动伸缩电极的电火花自动沉积装置，包括电火沉积电源、沉积枪、三维运动平台和电极浮动伸缩机构，其特征在于：

所述的三维运动平台由X轴、Y轴和Z轴构成，在三维运动平台上设置有可夹持待沉积工件的沉积平台，沉积平台在平面中的运动由X轴和Y轴的运动驱动器予于控制；所述的电极浮动伸缩机构由滑套1、弹簧或其他弹性材料2、电极转接杆3、滑套端头4构成，电极转接杆端头直接安装棒状电极材料5；所述的使用浮动伸缩电极的电火花自动沉积装置中电火沉积电源与沉积枪相连接，沉积枪装配在三维运动平台的Z轴上，沉积枪通过电极浮动伸缩机构连接电极材料。

一种采用如上所述装置的电火花自动沉积方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

1)用沉积枪电极夹持口夹持电极浮动伸缩机构，并将棒状电极材料安装在电极浮动伸缩机构电极转接杆端头；

2)将装有电极浮动伸缩机构的沉积枪装配在三维运动平台的Z轴上；

3)将待沉积的工件装夹在沉积平台，电火沉积电源正极输出线与沉积枪相连，负极输出线与待沉积的工件相连；

4)调节三维运动平台X轴、Y轴、Z轴位置，保持电极浮动伸缩机构为压缩状态、电极头与工件表面沉积起始位置接触；

5)根据待沉积工件表面三维形貌，设计沉积枪与沉积平台三维相对运动轨迹，设置三维运动平台运动程序；

6)在工件待沉积表面进行三维运动平台运动程序控制下的自动沉积。

下面对本发明的技术方案进行说明：

将现有三维运动控制控制与电火花沉积技术相结合，通过三维运动平台搭载电火花沉积枪可实现平面、曲面的CNC控制下的机械自动化沉积。但在电极在电火花沉积的过程中，由于电火花沉积对采用导电硬质材料，电极与基体之间为硬接触导致两者接触状态难以控制，极易出现局部不放电沉积现象；另外，电极在电火花沉积的过程中，电极材料不断损耗，会引起旋转电极与工件之间的间隙变化，当电极消耗达到一定程度，即电极与工件表面之间的距离大于放电间隙时，电极和工件表面之间就无法形成间隙放电，这样就无法继续进行电火花沉积工作，只能实现极小范围内沉积涂层。

采用在现有三维运动平台，用沉积枪电极夹持口夹持如图1所示的电极浮动伸缩机构，并将棒状电极材料安装在电极浮动伸缩机构电极转接杆端头，并将装有电极浮动伸缩机构的沉积枪装配在三维运动平台的Z轴上。沉积作业前保持电极浮动伸缩机构为压缩状态，电极在弹簧的作用下与表面保持接触，随着沉积过程的进行，在三维运动平台的带动下随工件表面移动。当沉积过程中电极材料消耗或工件表面出现图2所示轮廓起伏，随工件表面电极移动的电极在浮动伸缩机构中的弹簧或其他弹性材料的作用下伸出端长度(见图2中h₁、h₂)可自行浮动伸缩，从而实现电极损耗的自动补偿。

附图说明

图1为本发明采用的电极浮动伸缩机构；

图中标记为：电极浮动伸缩机构由滑套1、弹簧或其他弹性材料2、电极转接杆3、滑套端头4、棒状电极材料5；

图2为电极浮动伸缩自动补偿原理示意图。

具体实施方式

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做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。

用沉积枪电极夹持口夹持电极浮动伸缩机构，并将棒状电极材料安装在电极浮动伸缩机构电极转接杆端头；将装有电极浮动伸缩机构的沉积枪装配在三维运动平台的Z轴上。将待沉积的45#钢板状工件装夹在沉积平台，采用市售ESD300型电火花沉积电源正极输出线与沉积枪相连，负极输出线与待沉积的工件相连。调节三维运动平台X轴、Y轴、Z轴位置，使得电极浮动伸缩机构为压缩状态压缩长度为2mm，电极头与工件表面沉积起始位置接触。根据待沉积工件三维图纸，设计沉积枪与沉积平台三维相对运动轨迹，设置三维运动平台运动程序；在工件待沉积表面进行三维运动平台运动程序控制下的自动沉积，最终在45#钢表面获得8cm×10cm大小的沉积试样。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种使用浮动伸缩电极的电火花自动沉积装置，包括电火沉积电源、沉积枪、三维运动平台和电极浮动伸缩机构，其特征在于：

所述的三维运动平台由X轴、Y轴和Z轴构成，在三维运动平台上设置有可夹持待沉积工件的沉积平台，沉积平台在平面中的运动由X轴和Y轴的运动驱动器予与控制；

所述的电极浮动伸缩机构由滑套(1)、弹簧或其他弹性材料(2)、电极转接杆(3)、滑套端头(4)构成，电极转接杆端头直接安装棒状电极材料(5)；

所述的使用浮动伸缩电极的电火花自动沉积装置中电火沉积电源与沉积枪相连接，沉积枪装配在三维运动平台的Z轴上，沉积枪通过电极浮动伸缩机构连接电极材料。

2.一种采用权利要求1所述装置的电火花自动沉积方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

1)用沉积枪电极夹持口夹持电极浮动伸缩机构，并将棒状电极材料安装在电极浮动伸缩机构电极转接杆端头；

2)将装有电极浮动伸缩机构的沉积枪装配在三维运动平台的Z轴上；

3)将待沉积的工件装夹在沉积平台，电火沉积电源正极输出线与沉积枪相连，负极输出线与待沉积的工件相连；

4)调节三维运动平台X轴、Y轴、Z轴位置，保持电极浮动伸缩机构为压缩状态、电极头与工件表面沉积起始位置接触；

5)根据待沉积工件表面三维形貌，设计沉积枪与沉积平台三维相对运动轨迹，设置三维运动平台运动程序；

6)在工件待沉积表面进行三维运动平台运动程序控制下的自动沉积。

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