CN112351862B - 电火花磨削复合加工工具、工具制备方法及加工方法 - Google Patents

Abstract

一种电火花磨削复合加工工具，包括砂轮基体(1)、磨削段(5)和电极段(2)，所述砂轮基体(1)为圆盘状，所述磨削段(5)与所述电极段(2)交替设置于所述砂轮基体(1)的外缘端面，通过设置高性能电极段(2)与磨削段(5)相间分布的砂轮工具，在一次装夹范围内即可完成超硬与难磨削材料的高效率粗加工和高质量精加工。还提供了这种电火花磨削复合加工工具的制备方法及电火花磨削复合加工方法。

Description

电火花磨削复合加工工具、工具制备方法及加工方法

本申请要求于2019年05月21日提交中国专利局、申请号为2019207527108，发明名称为“一种电火花磨削复合加工工具”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及磨削加工工具技术领域，尤其涉及一种电火花磨削复合加工工具、工具制备方法及加工方法。

背景技术

超硬与难磨削的材料加工技术是先进材料和先进制造技术中的重要领域，在航空航天工业、模具业、汽车制造业及各种特殊用途产品众多产业部门得到广泛应用，对于超硬与难磨削材料的加工，加工效率较低和工具损耗较大是传统问题，往往需要进行多道粗/精加工和多次装夹定位，工艺过程繁琐，加工误差较难控制。

电火花磨削复合加工技术是提高具有导电能力的超硬与难磨削材料加工效率的有效手段，并且通过对电火花放电蚀除和磨粒切削的有效复合，可以获得较高质量的加工表面。但是，大多数金属基粘接剂不是理想的工具电极材料，在粗加工阶段，较难实现大深度加工的高能电火花蚀除，磨粒较快脱落，砂轮损耗较快。

技术问题

本申请的主要目的为提供一种电火花磨削复合加工工具、制备及其加工方法，旨在通过设置高性能电极段与磨削段相间分布的砂轮工具，在一次装夹范围内即可完成超硬与难磨削材料的高效率粗加工和高质量精加工的技术问题。

发明内容

为了实现上述申请目的，本申请提出一种电火花磨削复合加工工具，包括砂轮基体、磨削段和电极段，所述砂轮基体为圆盘状，所述磨削段与所述电极段交替设置于所述砂轮基体的外缘端面。

所述磨削段由磨粒和金属基粘接剂匀混合后烧结而成，所述电极段电火花加工损耗速率小于所述磨削段金属基的电火花加工损耗速率。

所述磨削段由磨粒和金属基粘接剂匀混合后烧结而成，所述电极段电火花加工损耗速率小于所述磨削段金属基的电火花加工损耗速率。

所述金属基粘接剂由铜、锡混合粉末和或铜锡合金粉末制成。

一种电火花磨削复合加工工具的制备方法，包括步骤：

在预设厚度的基材上加工出砂轮基体；

将所述砂轮基体放入第一模具中填充第一预设材料进行烧结，获得含有电极段的砂轮基体；

将所述含有电极段的砂轮基体放入第二模具中填充第二预设材料进行烧结，获得第一砂轮。

所述在预设厚度的基材上加工出砂轮基体的步骤，包括：

在厚度为0.5mm-20mm的不锈钢、黄铜或易车铁上加工出砂轮基体。

所述将所述砂轮基体放入第一模具中填充第一预设材料进行烧结，获得含有电极段的砂轮基体的步骤，包括：

所述将所述砂轮基体放入第一模具中填充纯铜粉末、纯钨粉末、黄铜粉末或白铜粉末进行烧结，获得含有电极段的砂轮基体。

所述将所述含有电极段的砂轮基体放入第二模具中填充第二预设材料进行烧结，获得第一砂轮的步骤，包括：

将所述含有电极段的砂轮基体放入第二模具中填充金属基粘结剂和磨料的混合体进行烧结，获得第一砂轮。

本申请提出的一种电火花磨削复合加工方法，包括步骤：

将第一砂轮和工件分别安装在磨床上，所述第一砂轮接脉冲电源负极，所述工件接脉冲电源正极；

将所述第一砂轮调整到第一高度；使用高能量放电的工艺参数对所述工件进行粗加工；

将所述第一砂轮调整到第二高度；使用低能量放电的工艺参数对所述工件进行精加工，得到高品质加工面的工件。

所述高能量放电的工艺参数指加工电压为90-120V，脉宽为10-50μs。

所述低能量放电的工艺参数指加工电压为30-50V，脉宽为1-10μs。

有益效果

本申请提出的一种电火花磨削复合加工工具、制备及其加工方法，通过设置高性能电极段与磨削段相间分布的砂轮工具，在一次装夹范围内即可完成超硬与难磨削材料的高效率粗加工和高质量精加工。

附图说明

图1是本申请一实施例电火花磨削复合加工工具的结构示意图；

图2是本申请一实施例电火花磨削复合粗加工的示意图；

图3是本申请一实施例电火花磨削复合精加工的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

如图1-3所示，提出本申请一优选实施例的一种电火花磨削复合加工工具，包括砂轮基体1、磨削段5和电极段2，砂轮基体1为圆盘状，磨削段5与电极段2交替设置于砂轮基体1的外缘端面。本实施例中电极段2电火花加工损耗速率小于磨削段5金属基的电火花加工损耗速率，能够在电火花磨削复合粗加工阶段防止磨粒3快速脱落，提高了超硬与难磨削材料的粗加工的效率。在进行精加工时，将低能量电火花放电间隙δ2小于磨粒3出刃高度，能够提高超硬与难磨削材料的精加工工件6的表面质量。

在本实施例中，磨削段5和电极段2的弧长相等，磨削段5由磨粒3和金属基粘接剂混合烧结而成。电极段2由电极材料粉末烧结而成，电极材料的电火花加工损耗率应小于金属基4的电火花加工损耗率。使用形成高能量放电的工艺参数对工件6进行粗加工，使得高能量电火花放电间隙δ1大于等于磨粒出刃高度h，实现高效率的高能电火花旋转加工，同时砂轮磨削段5完成出刃。电极段2电火花加工损耗速率略小于磨削段5金属基4电火花加工损耗速率，因此电极段2直径略大于磨削段5金属基4部分的直径，达到电极段2对磨削段5起保护作用的效果，避免了磨粒3的快速脱落。在其他实施例中，磨削段和电极段弧长度均可调整。

砂轮基体1由不锈钢、黄铜或易车铁制成。本实施例中砂轮基体1材料包括不锈钢、黄铜、易车铁，易车铁为易切削钢，主要通过加入硫或铅等元素加强其金属切削性，机床切削性能好。砂轮基体1的外径范围为40mm-200mm，砂轮基体1的内径范围为12mm-35mm，砂轮基体1的厚度范围为0.5mm-20mm。

电极段2由纯铜粉末、纯钨粉末、黄铜粉末或白铜粉末制成。铜具有高的导电性、导热性、耐磨蚀性能及优良的工艺性能，粒度范围为1μm～20μm。

磨粒3由金刚石粒料、碳化硼粒料或碳化硅磨料制成。金刚石、碳化硼和碳化硅具有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点，粒度范围为0.1μm～10μm。

金属粘结剂由铜、锡混合粉末和或铜锡合金粉末制成。其中铜、锡混合粉末的粒度范围为1μm～20μm，铜锡合金粉末的粒度范围为25μm～50μm。

在本实施例中，磨削段5和电极段2需要分别烧结到砂轮基体1圆周上交替连接组成砂轮工具，磨削段5和电极段2弧长度均可调整。其中磨削段5由金属基粘接剂和磨粒均匀混合后烧结而成；电极段2由电极材料粉末烧结而成，电极材料的电火花加工损耗率应小于金属基粘接剂的电火花加工损耗率。

具体实施例1：

在本具体实施例中，一种电火花磨削复合加工工具，该电火花磨削复合加工工具具有环形阵列形式，该砂轮工具分别由高性能电极材料组成的电极段2和磨削段5相间分布构成。本实施例中的砂轮基体1为圆盘状，磨削段5与电极段2交替设置于砂轮基体1的外缘端面，磨削段5由磨粒3和金属基粘结剂混合烧结而成，电极段2的电火花加工损耗速率小于金属基4的电火花加工损耗率，将砂轮基体1放入第一模具中并在外圆空白处填充铜粉进行烧结，获得含有环形阵列电极段2的砂轮基体；再将含有环形阵列电极段2的砂轮基体放入第二模具中，在外圆空白处填充铜粉、锡粉和金刚石磨料的混合粉末，再次进行烧结处理，获得含有电极段2和磨削段5交替连接形成砂轮工具外圆的完整砂轮，使用这种特殊砂轮工具，在一次装夹范围内即可完成超硬与难磨削材料的高效率粗加工和高质量精加工。粗加工时，使用可形成高能量放电的工艺参数，使得高能量电火花放电间隙δ1大于磨粒出刃高度h，实现高效率的高能电火花旋转加工，同时砂轮磨削段5完成出刃；精加工时，使用可形成低能量放电的工艺参数，使得低能量电火花放电间隙δ2小于等于磨粒出刃高度h，实现高精度的电火花磨削旋转加工。

具体实施例2：

在本具体实施例中，一种电火花磨削复合加工工具，该电火花磨削复合加工工具具有环形阵列形式，该砂轮工具分别由高性能电极材料组成的电极段2和磨削段5相间分布构成。本实施例中的砂轮基体1为圆盘状，磨削段5与电极段2交替设置于砂轮基体1的外缘端面，磨削段5由磨粒3和金属基粘结剂混合制成，电极段2的电火花加工损耗速率小于磨削段5金属基4的损耗率，本实施例中的电极段由铜、锡混合粉末和铜锡合金粉末混合烧结而成，再将含有环形阵列电极段2的砂轮基体放入第二模具中，在外圆空白处填充碳化硼粒料和铜锡合金粉末混合粉末，本实施例中在20mm厚的易车铁上加工出砂轮基体1，使用这种特殊砂轮工具，在一次装夹范围内即可完成超硬与难磨削材料的高效率粗加工和高质量精加工。粗加工时，使用可形成高能量放电的工艺参数，使得高能量电火花放电间隙δ1大于磨粒出刃高度h，实现高效率的高能电火花旋转加工，同时砂轮磨削段5完成出刃；精加工时，使用可形成低能量放电的工艺参数，使得低能量电火花放电间隙δ2小于等于磨粒出刃高度h，实现高精度的电火花磨削旋转加工。

具体实施例3：

本实施例基于上述具体实施例1提出一种电火花磨削复合加工工具的制备方法，包括步骤：

采用电火花线切割工艺在厚度为15mm的不锈钢板上加工出砂轮基体1；不锈钢具有较强的耐磨性能。

将砂轮基体1放入第一模具中填充铜粉末进行烧结获得含有电极段2的砂轮基体1；

将含有电极段2的砂轮基体1放入第二模具中填充铜、锡混合粉末和金刚石磨粒混合均匀后进行烧结，获得含有电极段2和磨削段5交替连接形成砂轮工具外圆的完整砂轮。

具体实施例4：

本实施例基于上述具体实施例2提出的一种电火花磨削复合加工工具的制备方法，包括步骤：

采用电火花线切割工艺在厚度为10mm的易车铁上加工出砂轮基体1；易车铁具有较强的耐磨性能。

将砂轮基体1放入第一模具中填充纯钨粉末进行烧结，获得含有电极段2的砂轮基体1。

将含有电极段2的砂轮基体1放入第二模具中填充碳化硼粒料和铜锡合金粉末混合均匀后进行烧结，获得含有电极段2和磨削段5交替连接形成砂轮工具外圆的第一砂轮。

如图1-3所示，提出本申请一优选实施例的一种电火花磨削复合加工方法，包括步骤：

将第一砂轮和工件6分别安装在磨床上，第一砂轮接脉冲电源负极，工件6接脉冲电源正极；

在本实施例中，工件6材料为钛合金、硬质合金、碳化硅或导电陶瓷。

将第一砂轮调整到第一高度，本实施例中的第一高度是指将高能量电火花放电间隙设为δ1；使用高能量放电的工艺参数对工件6进行粗加工；使得电极段2放电间隙δ1大于等于磨粒出刃高度h，实现高效率的高能电火花旋转加工，同时砂轮磨削段5完成出刃。电极段2电火花加工损耗速率小于磨削段5金属基电火花加工损耗速率，使得电极段2直径大于磨削段5金属基直径，之后电极段2对磨削段5起到保护作用，防止磨粒3快速脱落。

将第一砂轮调整到第二高度，本实施例中的第二高度是指将低能量电火花放电间隙设为δ2；使用低能量放电的工艺参数对工件6进行精加工，使得电极段2放电间隙小于等于磨粒出刃高度h，实现高精度的电火花磨削旋转加工，得到高品质加工面的工件6。

在本实施例中，高能量放电的工艺参数指加工电压为90-120V，脉宽为10-50μs；低能量放电的工艺参数指加工电压为30-50V，脉宽为1-10μs。

使用这种特殊砂轮工具，在一次装夹范围内即可完成超硬与难磨削材料的高效率粗加工和高质量精加工。粗加工时，使用可形成高能量放电的工艺参数，使得高能量电火花放电间隙δ1大于磨粒出刃高度h，实现高效率的高能电火花旋转加工，同时砂轮磨削段5完成出刃；精加工时，使用可形成低能量放电的工艺参数，使得低能量电火花放电间隙δ2小于等于磨粒出刃高度h，实现高精度的电火花磨削旋转加工。

具体实施例5：

本实施例基于上述具体实施例1提出的一种电火花磨削复合加工方法，包括步骤：

将第一砂轮和工件6分别安装在磨床上，第一砂轮接脉冲电源负极，工件6接脉冲电源正极；本实施例中的工件6材料为导电陶瓷。

将第一砂轮调整到粗加工深度所需要第一高度；使用高能量放电的工艺参数对工件6进行粗加工；使得高能量电火花放电间隙δ1大于等于磨粒出刃高度h，实现高效率的高能电火花旋转加工，同时砂轮磨削段5完成出刃。电极段2电火花加工损耗速率小于磨削段5金属基电火花加工损耗速率，使得电极段2直径大于磨削段5金属基直径，之后电极段2对磨削段5起到保护作用，防止磨粒3快速脱落。

将第一砂轮调整到精加工深度所需要的第二高度；使用低能量放电的工艺参数对工件6进行精加工，使得低能量电火花放电间隙δ2小于等于磨粒出刃高度h，实现高精度的电火花磨削旋转加工，得到高品质加工面的工件6。

在本实施例中，高能量放电的工艺参数指加工电压为120V，脉宽为50μs；低能量放电的工艺参数指加工电压为50V，脉宽为10μs。

具体实施例6：

本实施例基于上述具体实施例2提出的一种电火花磨削复合加工方法，包括步骤：

将第一砂轮和工件6分别安装在磨床上，第一砂轮接脉冲电源负极，工件6接脉冲电源正极；本实施例中的工件6材料为碳化硅。碳化硅又名金刚砂，是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物。碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂或耐火砂。碳化硅化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好。

将第一砂轮调整到粗加工深度所需要第一高度；使用高能量放电的工艺参数对工件6进行粗加工；使得高能量电火花放电间隙δ1大于等于磨粒出刃高度h，实现高效率的高能电火花旋转加工，同时砂轮磨削段5完成出刃。电极段2电火花加工损耗速率小于磨削段5金属基电火花加工损耗速率，使得电极段2直径大于磨削段5金属基直径，之后电极段2对磨削段5起到保护作用，防止磨粒3快速脱落。

将第一砂轮调整到精加工深度所需要的第二高度；使用低能量放电的工艺参数对工件6进行精加工，使得低能量电火花放电间隙δ2小于等于磨粒出刃高度h，实现高精度的电火花磨削旋转加工，得到高品质加工面的工件6。

在本实施例中，高能量放电的工艺参数指加工电压为100V，脉宽为40μs；低能量放电的工艺参数指加工电压为40V，脉宽为5μs。

本申请的电火花磨削复合加工工具，在一次装夹范围内即可完成超硬与难磨削材料的高效率粗加工和高质量精加工。粗加工时，使用可形成高能量放电的工艺参数，使得高能量电火花放电间隙δ1大于磨粒出刃高度h，实现高效率的高能电火花旋转加工，同时砂轮磨削段完成出刃；精加工时，使用可形成低能量放电的工艺参数，使得低能量电火花放电间隙δ2小于等于磨粒出刃高度h，实现高精度的电火花磨削旋转加工。本实施例中的一种电火花磨削复合加工工具、制备及其加工方法，通过设置高性能电极段与磨削段相间分布的砂轮工具，在一次装夹范围内即可完成超硬与难磨削材料的高效率粗加工和高质量精加工。

Claims (6)

1.一种电火花磨削复合加工工具，其特征在于，包括砂轮基体、磨削段和电极段，所述砂轮基体为圆盘状，所述磨削段与所述电极段交替设置于所述砂轮基体的外缘端面；

所述磨削段和所述电极段的弧长相等；所述磨削段由磨粒和金属基粘接剂均匀混合后烧结而成，所述电极段电火花加工损耗速率小于所述磨削段金属基的电火花加工损耗速率，所述电极段直径略大于所述磨削段金属基的直径；在进行粗加工时，将高能量电火花放电间隙大于等于所述磨粒的出刃高度；在进行精加工时，将低能量电火花放电间隙小于所述磨粒的出刃高度；使用高能量放电的工艺参数对工件进行粗加工，使用低能量放电的工艺参数对工件进行精加工；所述高能量放电的工艺参数指加工电压为90-120V，脉宽为10-50μs；所述低能量放电的工艺参数指加工电压为30-50V，脉宽为1-10μs；

所述金属基粘接剂由铜、锡混合粉末和或铜锡合金粉末制成，其中，所述铜、锡混合粉末的粒径范围为1～20μm，所述铜锡合金粉末的粒径范围为25～50μm。

2.一种电火花磨削复合加工工具的制备方法，其特征在于，包括步骤：

在预设厚度的基材上加工出砂轮基体；

将所述砂轮基体放入第一模具中填充第一预设材料进行烧结，获得含有电极段的砂轮基体；

将所述含有电极段的砂轮基体放入第二模具中填充第二预设材料进行烧结，获得第一砂轮；

其中，所述电火花磨削复合加工工具，包括砂轮基体、磨削段和电极段，所述砂轮基体为圆盘状，所述磨削段与所述电极段交替设置于所述砂轮基体的外缘端面；

所述磨削段和所述电极段的弧长相等；所述磨削段由磨粒和金属基粘接剂均匀混合后烧结而成，所述电极段电火花加工损耗速率小于所述磨削段金属基的电火花加工损耗速率，所述电极段直径略大于所述磨削段金属基的直径；在进行粗加工时，将高能量电火花放电间隙大于等于所述磨粒的出刃高度；在进行精加工时，将低能量电火花放电间隙小于所述磨粒的出刃高度；使用高能量放电的工艺参数对工件进行粗加工，使用低能量放电的工艺参数对工件进行精加工；所述高能量放电的工艺参数指加工电压为90-120V，脉宽为10-50μs；所述低能量放电的工艺参数指加工电压为30-50V，脉宽为1-10μs；

所述金属基粘接剂由铜、锡混合粉末和或铜锡合金粉末制成，其中，所述铜、锡混合粉末的粒径范围为1～20μm，所述铜锡合金粉末的粒径范围为25～50μm。

3.根据权利要求2所述的电火花磨削复合加工工具的制备方法，其特征在于，所述在预设厚度的基材上加工出砂轮基体的步骤，包括：

在厚度为0.5mm-20mm的不锈钢、黄铜或易车铁上加工出砂轮基体。

4.根据权利要求2所述的电火花磨削复合加工工具的制备方法，其特征在于，所述将所述砂轮基体放入第一模具中填充第一预设材料进行烧结，获得含有电极段的砂轮基体的步骤，包括：

所述将所述砂轮基体放入第一模具中填充纯铜粉末、纯钨粉末、黄铜粉末或白铜粉末进行烧结，获得含有电极段的砂轮基体。

5.根据权利要求2所述的电火花磨削复合加工工具的制备方法，其特征在于，所述将所述含有电极段的砂轮基体放入第二模具中填充第二预设材料进行烧结，获得第一砂轮的步骤，包括：

将所述含有电极段的砂轮基体放入第二模具中填充金属基粘结剂与磨料的混合物进行烧结，获得第一砂轮。

6.一种电火花磨削复合加工方法，应用如权利要求1所述的电火花磨削复合加工工具，其特征在于，包括：

将第一砂轮和工件分别安装在磨床上，所述第一砂轮接脉冲电源负极，所述工件接脉冲电源正极；

将所述第一砂轮调整到第一高度；使用高能量放电的工艺参数对所述工件进行粗加工；

将所述第一砂轮调整到第二高度；使用低能量放电的工艺参数对所述工件进行精加工，得到高品质加工面的工件；

所述高能量放电的工艺参数指加工电压为90-120V，脉宽为10-50μs；

所述低能量放电的工艺参数指加工电压为30-50V，脉宽为1-10μs。

Images