TW419411B - Electrode generating hydrodynamic pressure - Google Patents

Description

41194 Hi 五、發明說明（1) ~~ ' ~ ~ 發_明所屬之技術領递 本發明係關於一種藉由電解修整磨削用之磨石之旋轉 ,在與磨石之間產生動壓之動壓產生電極。 關連技術之說明 隨著近年來科學技術之發展，對超精密加工之要求已 飛躍性地高度化’為了要滿足該要求的鏡面磨削手段，由 本申請人等開發電解加工中修整磨削法（Electrolytic Inprocess Dressing :以後簡稱為^〖[(法）並發表之（理研 專題討論會「鏡面磨削之最新技術動向」，平成3年3月5 曰舉行）。 該ELID磨削法係如第1圖模式之所示，使用導電性磨 石1以取代以往的電解磨削中之電極，且與該磨石相隔間 隙而對向的設以電極2 ’使導電性液3在磨石與電極之間流 動之同時對磨石1與電極2之間施加電壓，用電解來修整磨 石之同時’以磨石來磨削工件者。也就是說，將金屬結合 (metal bond)磨石1做為陽極’在該磨石表面相隔間隙而 對設的電極2為陰極，在磨削作業之同時實行磨石的電解 修整，藉以維持磨削性能並予以穩定化的磨削法。又在該 圖中，4係工件（被磨削材），5係ELI D電源，6係供電體，7 為導電性液之喷嘴。 在該EL I D磨削法中雖然使用極細的磨粒，但由於以電 解修整來整形磨粒而不引起磨石之氣孔堵塞的關係/以磨 粒為極細的狀態來磨削加工之結果’可得到如鏡面等之極 優質之加工面’因此ELID磨削法為可維持從高效率磨削至

第5頁 419411 五、發明說明（2) " '~一 ' -- 鏡面磨削之磨石之磨削能力’且做為在短時間内可完成以 往技術不可能完成之1¾精度表面的手段，可期待為對各種 磨削加工之適用。 在上述之EL ID磨削中’對設於陽極的金屬結合磨石1 之陰極2之表面上，確認有相反於磨石結合材之電解溶出 之陽極反應，根據電鍍之原理’有磨石結合材之金屬成分 堆積之特徵現象。 該陰電極表面之堆積物為，在原理上因係接近純金屬 的組成的關係’不會失去導電性’然而由於長時間之E LI d 磨削加工’（1)陰極與磨石間之間隙由於該堆積物而堵塞 ，（2 )有無法穩定地供應充分的磨削液的問題。再者，（3 ) 在電極間隙内有空氣混入，使磨石之電解修整不穩定的問 題。因此，在連續無人運轉時無法維持阢{1)磨削效果，被 認為在完全自動化時需要克服的課題。 發明之摘要 本發明係為解決上述問題點而成。也就是說，本發明 之目的在於提供一種電解修整磨削用電極，其為，（1)可 抑制陰極表面所堆積之堆積物之生成，（2)可穩定地供給 充分的磨削液，（3 )可減低電極間隙内之空氣混入，藉此 可將EL I D磨削穩定地長時間無人運轉。 根據本發明，可提供一種動壓產生電極，其為與導電 性磨石之加工面相隔間隙而對向，在其間使導電性液流動 之同時施加電壓，以電解修整磨石來磨削工件之電解修整 磨削用之電極’前述電極係具備有：向磨石之移動方向，

第6頁

互相保持間隔而設，從磨石之加工面起保持一定間隙之複 數個最狹窄部’以及設在該最狹部之間而具有比最狹窄部 更大間隙之複數個凹部為特徵者。 依上述本發明之構造’與導電性磨石之加工面隔著間 隙而相對向之電極，具有從磨石之加工面隔看一定之間隙 之複數之最狹部，以及設在其間而具有比該最狹部更寬之 間隙之複數之凹部，在磨石與電極之間所形成之導電性液 體之流路斷面，在有凹部之部分則寬，在無凹部之部分則 狹窄’間隙即沿看磨石之移動方向呈凹凸狀。 於是’當磨石沿著具有凹凸面之電極表面而回轉時， 充滿於其間隙之導電性液體（磨削液，流體）即隨著磨石之 回轉而旋轉，在凹凸之間隙巡回流動而使在其間所產生之 動壓大大地變動。換言之’磨石與電極之間之間隙之外周 係開放於大氣，而由於柏努利（Bern〇ullis)定理，在間 隙小流速大C接近於磨石速度）之最狹部之動壓大而靜壓小 ’反之間隙大而流速小之凹部之動壓則變小而靜壓變大。 因此’在最狹部即有由電極侧推壓之壓力作用，而在凹部 則有向電極側吸引之壓力作用。 結果，在導電性液之流路亦即凹凸之間隙之流速動壓 及靜壓即沿著磨石之移動方向大大地變動，而可藉此變動 抑制在陰電極表面移動之金屬堆積物之附著。亦即，在電 極密接於磨石之最狹部，流速快而靜壓也大，磨石結合劑 之金屬成分幾乎不會到達電極而被液體流沖流到凹部，可 抑制對EL ID磨削加工很重要的最狹部上之金屬堆積物之附

第7頁

4194M 玉、發明說明（4) ~ 著。將凹部之間隙作成比最狹部大很多時，在凹部之金屬 堆積物之附著即不會產生任何不利之影響。 又’設在電極的凹部成為壓力變動之發生源之同時， 該部分成為口袋而可保有不含空氣的磨削液（導電性液）的 關係’可從凹部穩定地供給磨削液於鄰接凹部的間隙最狹 帘部。同時，由於穩定地供給磨削液的結果，可減低捲進 空氣於電極間隙内。因此，可以長時間穩定地無人運轉 ELID磨削作業。 根據本發明的較佳實施例，前述凹部係形成為其間隙 是沿著磨石的移動方向而變化《由於該構成，可適當地調 整沿著磨石的壓力變動再者，前述凹部係由：其間隙為 沿著磨石之移動方向逐漸變化之漸變部，及其間隙急激變 化之急變部所成為宜。由於該構成，在急變部可設定壓力 變動為大’而在漸變部即可設定壓力變化為小。 又’根據其他的較佳實施例，前述凹部係由沿著磨石 的移動方向而設的複數個孔所成。該孔係可自由地形成為 圓形，矩形’三角形等，而孔的大小及分布也可自由地敦 定，藉以可廣範圍地調整沿著磨石的壓力變動。 本發明之其他目的及有利的特徵’從參考附圖之下述 說明中當可明白。 圖式之簡單說.明 第1圖係顯示ELID磨削裝置之模式圖。 第2圖（A)係顯示本發明之動壓產生電極之側面圖，第 2圖（B)係其B部放大圖。

第8頁 41941 i _ ---------~·----- 五、發明說明（5) 第3圖係顯示本發明之動壓虞生電極的電解修整之電 氣特性動作之圖。 第4圖係顯示本發明動壓崖生電極之不導體被膜厚度 尤計測結果。 第5圖係顯示使用本發明動壓產生電極的電解修整的 超硬合金磨削面粗度之測定例° 圖號之說明 1 導電性磨石 la 磨石之加工面 3 導電性液 4 工件 1〇 動壓產生電極 12 凹部 12b漸變部 5 ELID電源 Π 最狹窄部 1 2 a急變部 12c孔 實施之形鲅 茲參考附圖’將本發明之較佳實施例說明如下。在各 圖中共同的部分即使用同樣的圖號而省略重複說明。 第2圖（A)係顯示本發明之動壓產生電極之側面圖，第 2圖（B)係其β部放大圖。該電極可適用於第1圖所示的^^^ 磨削裝置。 如第1圖所示，本發明之動壓產生電極1〇係與導電性 磨石ί之加工面相隔間隙而對向，使導電性液3流動於該間 隙之同時，用ELID電源5施加電壓，用電解修整磨石^來磨 削工件4的電解修整磨石用之電極。 在第2圖（Α)中，電極10為，與磨石】之對向面，具有

41941 1 五、發明說明（6) 複數個最狹窄部11，及設在最狭窄部11之間之複數個凹部 1 2。最狭窄部11係向磨石1之移動方向互相保持間隔而設 ’且與磨石1之加工面la保持一定的間隙。又，凹部12具 有與加工面1 a間之間隙，而該間隙係大於最狹窄部丨1與加 工面1 a間的間隙。換言之，圖中11係電極1 〇與磨石1之對 向面中沒有凹部1 2的部分’而該部分係其與磨石之間之間 隙形成為一定的距離，與磨石1之間形成最狹窄部分。 由於上述之構成，可避免ELID磨削之際所產生的電極 之污穢’同時可確保水液的流動。也就是說，根據上述本 發明之構成’與導電性磨石1之加工面1 a相隔間隙而對向 的電極10為具有：與磨石之加工面保持一定間隙的複數個 最狹窄部1 1，及設在其間之具有比最狹窄部更大間隙的複 數個凹部12的關係’形成在磨石1與電極之間之導電性 液3的流道剖面為，在有凹部12的部分即較廣，而在無凹 部1 2的部分（最狹窄部丨丨）即狹窄，沿著磨石1之移動方向 形成具有凹凸的間隙。 因此’當磨石1在沿著形成有凹凸的電極1〇之表面（在 本例中即内面）旋轉，充滿在該間隙内之導電性液3 (磨削 液’流體）因磨石1之旋轉而連動地在凹凸之間隙内重複地 流動時所產生的動壓會大大地變動。換言之，磨石丨與電 極1 0間之間隙因係其外周向大氣開放的關係，由於所謂伯 努利之疋律’在間隙小而流速大（接近磨石旋轉速度）的最 狹窄部Π中’動壓大而靜壓小；相反地，間隙較大而流速 較慢的凹部1 2即動壓小而靜壓大。因此，對最狹窄部〗丨有

第10頁 41941 1 五、發明說明（7) -- 從電極10侧押壓的壓力作用，而對凹部12即有拉向電極侧 的壓力作用。 ^其結果，導電性液3之流道’即在凹凸之間隙内’沿 著磨石1的移動方向，產生流速，動壓及靜壓的大變動， 由於該變動可抑制向陰電極表面移動的金屬堆積物的附著 。也就是說，在電極10密接於磨石丨的最狹窄部丨丨中，因 流速快而靜壓也大的關係，磨石結合材之金屬成分為由於 流動而流到凹部12而不會到達電極的關係，可抑制金屬堆 積物附著於ELID磨削加工最重要的最狹部u。又’將四部 12之間隙形成為充分地大於最狹窄部的關係’金屬堆積物 對凹部之附著不會產生任何不良的影響。 又，設在電極10的凹部12係成為壓力變動之發生源之 同時，該部分成為口袋而保持未含有空氣的磨削液（導電 性液）的關係’從凹部1 2對鄰接該凹部丨2之間隙較小的最 狹窄部11，可穩定地供給磨削液之同時，可減低混入電極 間隙内的空氣。因此，可穩定地長時間無人運轉EL丨D磨削 作業。 又’如第2圖（B )所示，在本實施例中，將凹部〗2形成 為其間隙沿著磨石之移動方向而予變化，更詳言之，即由 其間隙為沿著磨石之移動方向逐漸變化之漸變部丨2 b，及 其間隙急變之急變部1 2 a所成。又，在本實施例中，對磨 石之旋轉方向’在上游側設有漸變部丨2b，而在下游側設 有急變部12a ’然而亦可將急變部丨2a與漸變部丨2b的配置 予以倒過來。由於上述的構成，將壓力變動設定成為在急

4194 U 五、發明說明（8) ' 一 變部12a變大’在漸變部12b變小，藉以適當地調整沿著磨 石1的壓力變動。 第2圖（C)係顯示本發明其他實施例的與第2圖（B)同樣 的放大圖如在該圊所示，由沿著磨石1之移動方向而設 之複數個孔12c來構成凹部12也可以。該孔i2c之剖面形狀 係可自由地故成為例如圓形’矩形，或三角形等。又，孔 為向磨石1之寬度方向延伸也可以，或獨立而分布也可以 。換言之，孔12c的大小及分布為可自由地設定，藉此， 可廣範圍地調整沿著磨石1的壓力變動。 如上述’本發明為在ELID磨削裝置中，於陰電極表面 與金屬結合磨石之相對運動而產生動壓，同時形成可產生 多數個磨削液口袋的特殊表面構造，藉以來抑制ELI D磨削 作業中的陰極生成物者。 (實施例） 茲將本發明之實施例說明如下。 試製如第2圖（A)所示之動壓產生電極1〇來適用於電解 修整磨削。在試製的電極表面設有由上述的急變部丨2a及 漸變部12b所成之多數階梯狀之凹部12，藉由磨石旋轉來 使磨削液3產生動壓。試製的電極係配合磨石直徑15〇mm而 設計’對向區域係磨石周長之約1 / 4，又各溝部之最大深 度約為1mm。 本實驗所使用之裝置及其系統為如下述。 (1 )磨削裝置 使用往復式平面磨削褒置’對其裝配EL ID電極，供電

第12頁 4t94t 五、發明說明（9) 體等以供實驗之用。 (2 )磨削用磨石 使用鑄鐵系結合金剛石磨石（直徑15〇jnm χ寬1 〇mjn直線 型）。粒度為’粗磨削用為#325，精緻完工用為#4〇〇()。 為集中度1 00。- (3) ELID 電源 ELID磨削係使用專用之高頻脈衝電源。 (4) 其他 f f :為，將標準之水溶性磨削液用精製水稀釋成為 50倍來使用。 又两 (實驗方法） 由使用#80GC之磨石 後，首先用#325來實施超轉式整形機來整形各磨石之 #4000之磨石來檢查動壓洚a _ 月』具次’用 認超硬合金之EUD鏡面磨產削生效電果極等之電，修 面粗度（粗度測定機）來評估。 °果係主要用表 (實驗結果） (1) 初#月電解修整之電氣特性動作 首先，在第3圖顯示用動 之電氣特性動作予以調查的娃 之初期電解修整 ，有其電流值猶大，而電^^4果。相較於使用通常之電極 / „、 ι ®較小的傾向。 (2) 電解修整所致之不導體被膜 接著，在第4圖中顯示用說 修整之磨石表面所形成之不導電極施行初期電解 不導體被膜厚度予以調查的結果 41941 1 五、發明說明（ίο) " 。其結果為’其厚度比一般電極薄，9〇V時將近1/2。認為 疋其間隙大於通常之平均間隙的關係，被膜變薄。 (3) ELID鏡面磨削效果 進一步對實行粗磨削的超硬合金，用由動壓產生電極 實行初期修整之#4000磨石來實行EL ID磨削。其結果為如 第5圖所示。從該圖可明白，雖然有存在最大lmm之間隙， 值確認可實現比一般電極的ELID鏡面磨削同等以上的高品 位的鏡面狀態〇 (4) 陰極生成物之比較 在使用一般電極時，雖然依被加工物而不同，但對電 棱之金屬堆積物係約8小時即成為1〇〇至150微米以上。該 時’會堵塞通常是最初所設定的電極間隙1 〇 〇微米的間隙 〇 另一方面’如本發明之在電極表面設有階梯狀凹凸時 ’雖然有些資料測定時之變化，但金屬堆積物厚度可抑制 為約2 0至3 0微米之少量《雖然如此，但在磨石表面形成有 足夠的電解不導體被膜，可確認有充分的EL ID鏡面磨削效 果 ’得到極有效的結果。 也就是說，檢查實行ELID鏡面磨削後的動壓產生電極 表面的結果’明白相較於以往之電極，本發明電極之金屬 堆積物為大幅度地減少。又，實現ELID鏡面磨削時，有充 分地活用電極表面之口袋效果，可確認由於動壓產生電極 的ELID鏡面磨削之效果。

第14頁 419411 五、發明說明（11) 再者’本發明並非限定於上述之實施例，自可在不離 開本發明要旨的範圍内做各種變更。舉例來説’本發明之 動Μ產生電極為並非限定於在第1圖所例示之電解修整磨 削用’而可適用於電解修整磨削用之所有電極。 如上述，本發明之動壓產生電極為具有（1)可抑制堆 積在陰電極表面之堆積物之生成，（2)可穩定地供給充 ，磨削液，（3 )可減低空氣混入於電極間隙内，藉以可 定地長時間無人運轉ELI D磨削，等之優超的效果。 ^，雖然用幾種較佳實施例來說明本發明，然而， 發明内之權利並非限定於該等之實施例。相反地 有改良之^利範圍係包含由所附之申請專利之範圍内 有改良，修正及均等物者。 鬥之所

Claims (1)

1. 打”㈣13 4194U