CN111715952A - 一种用于大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极 - Google Patents

Abstract

本发明涉及特种加工技术领域，具体涉及一种用于大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极。为解决现在技术存在的不规则异形深孔加工过程中电极制备困难，及异形深孔加工过程中排屑、冷却困难等问题。本发明采用的技术方案包括电极旋转部分、电极本体部分；电极本体部分的结构为阶梯圆柱体，阶梯圆柱体的轴向中心设置有贯通的内排屑通道，阶梯圆柱体的前端大径端圆周上均布设置有若干个导向条，后端小径端为电极连接段，柱体的中部设置有凹台，凹台与内排屑通道相通，凹台与电极连接段之间的阶梯圆柱体上设有平面，阶梯圆柱体的凹台中部的内排屑通道上设置有连接孔二，电极旋转部分通过连接销设置于柱体的凹台上并通过连接销做旋转运动。

Description

一种用于大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极

技术领域：

本发明涉及特种加工技术领域，具体涉及一种用于大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极。

背景技术：

随着机械制造业的发展，产品更新换代频繁，具有特殊用途的大长径比异形深孔在现代深孔领域随处可见，如电磁轨道、火箭发射装置、曲轴通油孔等；在诸如远距离传输介质、能量、信息等方面发挥着其它各类孔不可替代的作用。但异形深孔孔型不规则，加工难度高、加工工作量大，已成为机械加工中的关键性工序，在加工过程中存在众多难点，诸如：截面形状复杂，长径比较大，切屑经过的路线长，切屑不易排出，且切屑热不易传散，异形深孔因受孔径尺寸限制，易产生振动，钻孔易走偏等。

现阶段，异形截面深孔加工基本上以非传统(特种)加工方法为主，如:电火花加工、电解加工、短电弧加工等都应用于异形深孔加工中。

特种加工技术在应对新型高强度、高硬度难加工材料等方面具有一定的优势，但加工效率低，加工过程中需要制备专用的异形深孔加工电极，异形深孔孔型不规则，长径比较大，电极导向、排屑、切屑热传散、电极绝缘等问题显的更加突出，造成异形深孔加工电极制备困难。而现在大多数电极在应对异形深孔加工方面存在众多劣势，且在应对大长径比异形深孔加工上显的无能为力。

随着被加工异形深孔形状的多样性，对异形深孔电极的结构也提出了新的要求，因此有必要充分考虑异形深孔加工过程及电极应用条件，保证加工要求，设计一种适用于电熔爆异形深孔加工的电极，以应对异形深孔加工出现的众多难点。

发明内容：

有鉴于此，本发明为解决现在技术存在的不规则异形深孔加工过程中电极制备困难，及异形深孔加工过程中排屑、冷却困难等问题，提供一种用于大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极。

为解决现有技术存在问题，本发明的技术方案是:一种用于大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极，包括电极旋转部分和电极本体部分；

所述的电极本体部分的结构为阶梯圆柱体，阶梯圆柱体的轴向中心设置有贯通的内排屑通道，阶梯圆柱体的前端大径端圆周上均布设置有若干个导向条，后端小径端为电极连接段，柱体的中部设置有凹台，凹台与内排屑通道相通，所述的凹台与电极连接段之间的阶梯圆柱体上设有平面，所述的阶梯圆柱体的凹台中部的内排屑通道上设置有连接孔二，电极旋转部分通过连接销设置于柱体的凹台上并通过连接销做旋转运动。

进一步，电极旋转部分的结构为半椭圆形结构的风火轮型，中心设置有连接孔一，连接销贯穿于连接孔一和连接孔二；相邻两个旋转叶片之间为排屑通道。

进一步，相邻两个旋转叶片之间均匀相隔30o。

进一步，平面的表面设置有绝缘层。

进一步，导向条设置有4根，为绝缘、耐磨材料；导向条的宽度以不破坏导向条与工件之间的润滑油膜为准，取导向条宽度为0.5mm；导向条的轴向设计上，以不超前于电极框体的前端为准，位置距柱体的前端0.8mm处，导向条的上端一周进行倒棱。

进一步，绝缘层为陶瓷层，厚度为0.2mm。

与现有技术相比，本发明的优点如下:

1)本发明电极旋转叶片和电极本体之间采用过盈配合，加强连接处的紧密程度，有效防止旋转电极工作中过程的掉落；

2)本发明采用导向条前置且多排导向条导向，有效防止加工过程电极的跑偏，实现孔的高质量、高精度和高效率加工；导向条采用柔性化设计，适当可根据加工底孔直径不同灵活调整更换；

3)本发明电极平面上喷涂设有绝缘层，可防止加工过程中的二次放电，有效保证孔的加工质量；

4)本发明电极的结构形状保证了异形孔加工位置的准确性，电极采用连续自动内排屑的方式；旋转部位采用叶片式旋转结构，可保证屑体的顺利排出及加工过程中的及时冷却，大大提高排屑及冷却效果；

5)本发明电极结构简单实用，通用性强，便于加工制造，且电极各段连接方便可靠，易于电极损耗后更换方便，相对降低了生产成本；

6)本发明适用于深孔加工设备及深孔加工领域中，尤其对于难加工材料及形状特殊的异形孔零件进行加工，可大大缩短加工时间，保证加工质量，提高加工效率；

7)本发明整体电极结构工艺性好、容易加工制造、装拆方便，且电极可重复利用；

8)本发明电极功能多、适用范围广，既能满足规则孔型的加工，又可根据不同异形孔孔型需求，更换电极旋转部位，满足不同孔型的加工需求，拓展了旋转电极应用的范围。

附图说明：

图1为异形孔孔型示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明电极旋转部分结构示意图；

图4为本发明电极旋转部分的俯视图；

图5为本发明导向条的主视图；

图6为本发明导向条的左视图；

图7为电极本体部分的结构示意图；

图8为连接销结构示意图；

图中：1、阶梯圆柱体；2、电极旋转部分；3、电极本体部分；4、连接孔一；5、旋转叶片；6、排屑通道；7、导向条；8、凹台；9、连接孔二；10、平面；11、内排屑通道；12、连接销；13、圆柱。

具体实施方式：

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极采用叶片式旋转结构、导向条前置、后加绝缘层的方式，通过旋转叶片的转动可以把从被加工工件上蚀除的屑体通过叶片之间的间隙带出体外，大大提高排屑与冷却的能力，保证加工质量，电极结构加工简便，通用性强，旋转式结构电极有利于加工效率的提高，降低加工成本。

本发明可用于加工的异型孔为不规则椭圆孔，如图1所示。

本发明结构采用自动内排屑方式，根据异形深孔孔型上下几何结构不同，旋转电极为半椭圆形风火轮型，在异形深孔加工工艺中可实现扩孔加工。

本发明一种用于大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极，包括电极旋转部分2和电极本体部分3，电极旋转部分2和电极本体部分3通过电极圆柱销12进行过盈配合的连接方式，如图2所示。

上述电极本体部分2的结构为阶梯圆柱体1，阶梯圆柱体的轴向中心设置有贯通的内排屑通道11，阶梯圆柱体1的前端大径端圆周上均布设置有4个导向条7，导向条7为绝缘、耐磨材料(胶木、聚四氟乙烯)；后端小径端为电极连接段13，柱体的中部设置有凹台8，凸台8的大小根据电极旋转部分2确定，使旋转部分足可以固定于凹槽内，并做旋转运动；凹台8与内排屑通道11相通，所述的凹台8与电极连接段13之间的柱体1上车出有一平面10，平面10的表面设置有绝缘层，后端部设有内螺纹，方便电极与刀杆之间的装卸，如图7所示，所述的阶梯圆柱体1的凹台8中部的内排屑通道11上设置有连接孔二9，电极旋转部分2通过连接销12设置于阶梯圆柱体1的凹台8上并通过连接销12做旋转运动，通过旋转叶片的转动可以把从被加工工件上蚀除的屑体通过叶片之间的间隙带出体外，同时也保证了及时的冷却。

所述的电极旋转部分2的结构为半椭圆形结构的风火轮型，中心设置有连接孔一4，连接孔二9的位置与电极旋转部分的连接孔一4安装到凹槽位置一致，大小与电极旋转部分连接孔一4大小一致；连接销12贯穿于连接孔一4和连接孔二9；相邻两个旋转叶片5之间为排屑通道6，相邻两个旋转叶片5之间均匀相隔30o。

上述导向条7的设置采取径向合力作用在各个导向条上单位面积的压力最小，且导向条承受的压力大致相等的原则；导向条宽度以不破坏导向条与工件之间的润滑油膜为准，取导向条宽度为0.5mm，旋转电极导向条的轴向设计上，以不超前于电极框体的前端为准，导向条位于距电极前端0.8mm处；为了利于油膜的形成，导向条7的上端一周进行倒棱，如图5和图6所示，为异形深孔成型加工起到导向定位作用，不致电极偏离，保证其加工直线度，且导向条采用柔性化设计，可根据加工不同适当灵活调整更换。

本发明为了杜绝二次放电，平面上设有绝缘层，绝缘层的设计要在不妨碍工作的前提下起到绝缘作用，采取喷涂0.2mm用于绝缘、耐高温的陶瓷层，有效防止二次放电，以保证孔的加工质量。

圆柱销12的销体长度应足以穿过电极旋转部分和电极框架部分，起到连接作用，为防止加工过程中旋转部分与框架部分的脱离，旋转电极旋转部分及旋转电极本体与销体之间采用过盈配合，圆柱销12的大小比电极旋转部分和电极框架部分通孔大小略大0.01～0.02mm，如图8所示。

旋转电极末端采用深孔刀具夹持结构，将安装在深孔机床的后装置上，用以替代刀头，采用螺纹连接方式与BTA刀具的刀杆连接，工件固定、辅助排屑油压系统均利用深孔机床已有装置。

本发明加工过程中旋转叶片在液压冷却水的作用下进行高速旋转，通过旋转运动将屑体不断的带出体外，此种结构加大了排屑及冷却通道，方便排屑及冷却，可有效保证爆离的屑体及时排出体外，防止屑体堆积造成加工短路，如图3和图4所示。

异形深孔长径比大，加工过程中屑体不易排出，容易使屑体堆积孔内，这就需退刀或需加大冷却液压力，大大浪费加工时间，降低加工精度。本发明的大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极用于特种加工异形深孔加工之中，异形深孔旋转式电极采用旋转加工的方式，为异形深孔加工提供一种新型电极，电极上设有绝缘层等，电极结构可提高排屑及冷却效果，有效防止因屑体排屑不畅堆积孔内，而发生短路现象，可缩短加工时间，大幅提升加工效率，使加工过程不产生二次放电，保证加工质量，降低生产成本。

为有效实现异形深孔加工，异形深孔可根据孔型特征不同分步进行，一般情况下，先采用传统加工方式实现圆孔加工，然后采用特种加工方式扩出异形孔的加工工艺，如图1所示。本发明电熔爆异形深孔旋转加工电极，应用于特种加工方式中异形孔扩孔的加工工艺中。

本发明大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极在使用中将工件装夹在深孔机床上，采用中心架将工件固定牢靠，以保证孔加工过程中的直线度要求。电极与刀杆相连接，工作时，采取电极做轴向进给运动，工件不动的加工方式，电极的前端与异形深孔圆孔大小一致，圆孔可一定程度上对接下来异形深孔加工起到导向作用，不致电极偏离中心，保证其加工直线度，且异形深孔旋转电极前端设有导向条，也可保证异形深孔加工过程中的直线度。

通过电熔爆大电压、小电流脉冲放电的加工原理，将工件与脉冲电源的正极相连接，工具电极与负极相连接，为了保证连接的稳定性和放电的连续性，采用耐磨性好、机械强度大的集电环进行连接，可保证连接处的安全性。

在工作前，机床与工件连接处设置绝缘导套，设定机床适当的进给速度；待旋转电极的前端，进入圆孔之中后，在导向条的作用下开始导向，旋转叶片开始进入预钻孔之中后开始工作，旋转电极工作中，通过封闭内部通道供高压切削液实现切削区冷却润滑和辅助排屑，高压冷却液从内部上下贯通的通道中进入，在高压冷却液的作用下在来推动旋转部分叶片的转动，轴向进给过程中在高压冷却液的作用下不断旋转，工作中刀杆通过授油器并与授油器后端采用骨架及O型圈进行密封，可在工件与授油器之间形成密闭空间，提供带有一定压力切削液的输入输出，保证了旋转叶片的转动。被加工表面在电极上聚集的高密度电子流的轰击下瞬间产生高温而熔化或气化，在高压冷却液的作用下，将爆离的微小颗粒迅速冷却并沿着排屑通道排出，加工过程中同时伴随着清脆的噼里啪啦铁屑爆离的声音。由于旋转部分叶片之间的排屑距离通道较大，加工中又在不断的旋转，足可以把从被加工工件上蚀除的屑体通过叶片之间的间隙带出体外，同时也保证了及时的冷却，旋转电极旋转部分与电极框架通过圆柱形销体之间的紧密连接，保证了加工过程的稳定性，可以使加工顺利进行。

在异形深孔电加工过程中，采用异形深孔旋转式电极由于需要高压冷却水的作用带动旋转部分进行旋转，所以密封问题成为加工的关键环节，密封效果的好坏直接关乎加工的结果，如若密封效果较差会导致压力损失，致使电极旋转部分不能通过冷却液的带动而旋转，爆离的屑体不能很好的排出，所以采用骨架油封和制作专用的密封端盖等方式来保证密封效果；深孔加工中工件的直线度是保证质量的必要条件之一，因此，加工前必须将工件找正，同时为防止刀杆过长产生弯曲变形，在刀杆适当位置采用可调节式中心架，在其固定锁紧后可减小刀杆挠度，同时最大限度调整机床的直线度，减小误差积累。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极，其特征在于：包括电极旋转部分（2）和电极本体部分（3）；

所述的电极本体部分（2）的结构为阶梯圆柱体（1），阶梯圆柱体的轴向中心设置有贯通的内排屑通道（11），阶梯圆柱体（1）的前端大径端圆周上均布设置有若干个导向条（7），后端小径端为电极连接段（13），柱体的中部设置有凹台（8），凹台（8）与内排屑通道（11）相通，所述的凹台（8）与电极连接段（13）之间的阶梯圆柱体（1）上设有平面（10），所述的阶梯圆柱体（1）的凹台（8）中部的内排屑通道（11）上设置有连接孔二（9），电极旋转部分（2）通过连接销（12）设置于柱体（1）的凹台（8）上并通过连接销（12）做旋转运动。

2.根据权利要求1所述的一种用于大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极，其特征在于：所述的电极旋转部分（2）的结构为半椭圆形结构的风火轮型，中心设置有连接孔一（4），连接销（12）贯穿于连接孔一（4）和连接孔二（9）；相邻两个旋转叶片（5）之间为排屑通道（6）。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极，其特征在于：相邻两个旋转叶片（5）之间均匀相隔30°。

4.根据权利要求3所述的一种用于大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极，其特征在于：所述的平面（10）的表面设置有绝缘层。

5.根据权利要求4所述的一种用于大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极，其特征在于：所述的导向条（7）设置有4根，为绝缘、耐磨材料；导向条（7）的宽度以不破坏导向条与工件之间的润滑油膜为准，取导向条宽度为0.5mm；导向条的轴向设计上，以不超前于电极框体的前端为准，位置距柱体（1）的前端0.8mm处，导向条（7）的上端一周进行倒棱。

6.根据权利要求3所述的一种用于大长径比异形孔电熔爆加工的旋转式工具电极，其特征在于：所述的绝缘层为陶瓷层，厚度为0.2mm。

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