專利名稱：：微細電火花加工用復(fù)合電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于特種加工和微細加工
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種特種加工用復(fù)合電極，尤其涉及到微細電火花深孔和三維銑削加工用的復(fù)合電極。
背景技術(shù)：
：隨著工業(yè)微細化和精密化的發(fā)展，微型深孔和微型三維結(jié)構(gòu)的加工成為高技術(shù)含量的發(fā)展方向，比如打印機噴墨孔、發(fā)動機噴油嘴以及MESM中的微噴、微泵等微細結(jié)構(gòu)。這類微細結(jié)構(gòu)采用精密機械加工工藝存在加工精度難保證、加工效率低下、復(fù)雜形狀加工困難等缺點；在特種加工中，電子束和離子束加工需要在真空條件下進行，在實際應(yīng)用中有局限性；激光加工的形狀精度和表面光潔度通常較差；LIGA加工需要同步光源，且價格昂貴等，微細電火花加工過程中因無接觸應(yīng)力、只要控制電極的尺寸就能實現(xiàn)相應(yīng)的形狀加工要求，受到國內(nèi)外廣泛重視?，F(xiàn)在國內(nèi)外工業(yè)和科研領(lǐng)域普遍使用的是用均勻材料在線制作或者成形電極，從電火花加工的放電機理可知電極損耗不可避免，尤其是由于尖端容易放電的原因在電極端面邊緣位置的損耗更為嚴重；持續(xù)的放電加工導(dǎo)致電極形狀發(fā)生很大變化，最終被加工工件失去精度；特別是在微細電火花三維銑削加工中，由于電極損耗，實際加工形狀跟理想的形狀相差很大。即便用高硬度、高熔點材料制作電極能在一定程度上改善電極損耗，但不能從根本上克服均勻材料所帶來的缺陷?，F(xiàn)公開如下三類專利技術(shù)和方法.-第一，如專利文獻l、4所述，其電極截面為非圓形，相當于在電極與工件之間的放電間隙增加了導(dǎo)液排屑空間，使得加工穩(wěn)定性好，因此被加工孔結(jié)構(gòu)的錐度小、精度高。第二，如專利文獻2、3，采用計算機控制模塊來檢測電極體積損耗率并根據(jù)實際情況調(diào)整電極三維運動軌跡來補償電極損耗，以及學(xué)術(shù)論文1、2所采用定量補償、分層補償、提出均勻損耗等在電極長度方向上的補償方法，均在實驗中得到較明顯的改進效果。第三，如專利文獻5是在線切割用電極的表面涂銀來實現(xiàn)高的導(dǎo)電以及導(dǎo)熱性能，以提高工件切割質(zhì)量。專利文獻l:(中國)公開號CN2363821專利文獻2:(美國)公開號US5354961專利文獻3:(美國)公開號US4345131專利文獻4:(中國)公開號CN101108433專利文獻5:(中國)公開號CN1060805學(xué)術(shù)論文1:趙萬生，李志勇，王振龍等.微三維結(jié)構(gòu)電火花銑削關(guān)鍵技術(shù)研究.微細加工技術(shù)，2003(3):49-55.學(xué)術(shù)論文2:Z.Y.Yu,T.Masuzawa,M.Fujino.Micro-EDMforThree-DimensionalCavities-DevelopmentofUniformWearMethod.CIRPAnnals-ManufacturingTechnology,1998,47(1):169-172專利文獻15所述的技術(shù)和方法從本質(zhì)上講還是均勻材料電極，在電極棱邊等電場集中部位的損耗沒有得到改善。只不過專利文獻14所述的技術(shù)因為排屑方便或者跟其他加工方法復(fù)合使得加工質(zhì)量有所提高；但，專利文獻l、4所述電極結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性決定了其在加工微細尺寸的結(jié)構(gòu)時電極制造的難度。另外專利文獻2、3以及學(xué)術(shù)論文l、2因電極損耗速度受工件、電極材料，工藝參數(shù)以及放電狀態(tài)的變化而變化，所以，如何把損耗狀態(tài)實時反饋到加工控制系統(tǒng)中并對電極補償是該技術(shù)的難點，而且上述方法只考慮到電極長度的補償沒有考慮電極形狀的變化。專利文獻5所應(yīng)用的領(lǐng)域是電火花線切割加工中，其目的是保證電極側(cè)面良好的導(dǎo)電性能，從原理上講，其本質(zhì)不是利用材料之間的耐電蝕性能差異而是利用高導(dǎo)電性能來改善加工質(zhì)量的，并且，銀的熔點不到1000攝氏度，該技術(shù)應(yīng)用到微細電火花加工中反而加大了電極形狀的變化。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種微細電火花加工用復(fù)合電極，該復(fù)合電極的側(cè)面和端面邊緣具有高抗電蝕特性，在電火花加工過程中實現(xiàn)電極端面均勻損耗的效果。本發(fā)明的技術(shù)方案是借助電化學(xué)沉積工藝在電極基體上沉積一層含有難熔顆粒的材料，主要包括在微細電火花加工機床上在線制作電極或裝卡已經(jīng)準備好的電極作為電極基體；配置實施除油、浸蝕以及電化學(xué)沉積等工藝所用的工作液；對電極基體、對應(yīng)陰極以及添加顆粒表面進行除油、浸蝕、活化等必要的電化學(xué)沉積前技術(shù)處理；在電極基體表面上電化學(xué)沉積一層厚度為微米級的復(fù)合材料；去除電極端面沉積材料層，得到所需要的復(fù)合電極。上述方案能夠?qū)崿F(xiàn)電極端面均勻損耗的根本原理可以概括如下與傳統(tǒng)的電極相比，由于在基體中添加具有優(yōu)良抗電蝕性能的難熔顆粒，復(fù)合材料具有更低的電極相對損耗。分析顯示，由于基體具有較低的熔點，而粉末熔點比基體高的多，電極上由火花放電產(chǎn)生的熱量主要通過基體傳導(dǎo)，從而引起基體的蒸發(fā)和熔化。彌散于基體中的難熔顆粒對熔融基體材料具有阻擋作用，在放電間歇熔融基體可在顆粒上迅速重新凝結(jié)，從而降低了電極材料的蝕除量，提高了電極側(cè)面位置的抗電蝕性能并且保證了電極表面的粗糙度。因此復(fù)合材料成為電極端面的一個鞘層，保護其內(nèi)部基體的損耗，對端面來說，保證了端面邊緣的抗電蝕能力。本發(fā)明的效果和益處是在不改變加工性能的前提下，保證了電極在放電加工中的端面形狀；懸浮在電化學(xué)沉積工作液中的粉末濃度可以根據(jù)電極基體材料的性能調(diào)整以保證復(fù)合電極端面各個位置在電火花加工中的損耗速率一致；制造工藝簡單，可以根據(jù)用途實現(xiàn)在線加工或批量生產(chǎn)。圖l是圓柱復(fù)合電極結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是制造復(fù)合電極的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖1、2中，1電極基體，2彌散于沉積層的難熔顆粒，3沉積層材料，4卡頭，5圓環(huán)，6電化學(xué)沉積工作液。圖3是本發(fā)明實施例在實施后得到的復(fù)合電極SEM照片。圖4是本實施例在實施后得到的復(fù)合電極經(jīng)過電火花加工后電極損耗局部照片。圖5是實施例所用電極基體在電火花加工后電極損耗局部照片。具體實施方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明微細電火花加工用復(fù)合電極的制造過程借助于微細電火花加工機床以實現(xiàn)在線制備，主要由電極基體制備、電極基體鍍前處理、電化學(xué)沉積液配置、電化學(xué)沉積實施組成。以直徑為0.2mm的純銅管電極制造Cu-ZrB2復(fù)合電極為例，詳細描述本發(fā)明的實施過程。具體步驟如下步驟一對ZrB2微粒進行活化處理。處理工藝如下磁力攪拌作用下在丙酮溶液中浸泡l小時一去離子水洗一0.5M/LHN03溶液浸泡2小時(磁力攪拌)一去離子水沖洗至pH值為7—過濾。步驟二配制工作液配方電化學(xué)沉積工作液液配方<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>電化學(xué)除汕工作液配方<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>一般浸蝕工作液配方(體積百分比)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>光澤浸蝕工作液配方(體積百分比)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>弱浸蝕工作液配方(體積百分比)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>步驟三在微細電火花加工機床上通過卡頭4裝卡已經(jīng)準備好的單一材料電極作為電極基體h保證沉積裝置的圓環(huán)5、電極基體l軸心線平行。步驟四對圓環(huán)5和電極基體1進行電化學(xué)沉積前處理。處理工藝如下電化學(xué)除油一去離子水洗一一般浸蝕一去離子水洗一光澤浸蝕一去離子水洗一弱浸蝕一去離子水洗。清潔處理是保證電化學(xué)沉積過程中，基體材料與ZrB2粉末2材料形成緊密結(jié)合層的重要步驟。步驟五經(jīng)過清潔處理的電極放置在配置好的電化學(xué)沉積工作液6中，在微細加工機床主軸的帶動下使電極基體1以恒定速率2r/m旋轉(zhuǎn)，以消除幾何因素引起的沉積不均勻，在這個過程中，要保證電化學(xué)沉積工作液6均勻、無沉淀產(chǎn)生；上述過程在如下電參數(shù)下完成平均電流密度5A/dm2，脈沖頻率200-2000Hz，占空比10%-90%;工作時間5分鐘。步驟六用去離子水在超聲波作用下清洗復(fù)合電極，同時去除端面沉積層，即得到Cn-ZrB2復(fù)合電極。如圖3電極軸剖面SEM照片所示，Cu-ZrB2復(fù)合電極結(jié)構(gòu)致密、材料均勻分布。圖4、圖5是經(jīng)過該實施例制作的電極與未經(jīng)過實施例的電極在同樣的條件下經(jīng)過加工后，電極側(cè)面SEM照片，由此可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明對電極損耗的改善效果。另外，本發(fā)明并不限于上述實施例。只要具有與在本發(fā)明的權(quán)利所要求的范圍內(nèi)記載的事項實質(zhì)相同的構(gòu)造、產(chǎn)生相同的作用效果的工藝，都屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種微細電火花加工用復(fù)合電極，其特征是該復(fù)合電極由電極基體和電化學(xué)沉積在電極基體側(cè)面厚度為微米級的沉積材料層構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述微細電火花加工用復(fù)合電極，其特征是制造方法主要包括電極基體制備、電化學(xué)沉積工作液配置、電極基體沉積前處理、實施電化學(xué)沉積工藝、去除電極底面沉積層材料等步驟。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述微細電火花加工用復(fù)合電極，其特征在于電極基體是在線制作的電極或成形電極。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述微細電火花加工用復(fù)合電極，其特征是制備該復(fù)合電極的電化學(xué)沉積工作液中混合有粒度為微米級的顆粒。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述微細電火花加工用復(fù)合電極，其特征是沉積材料層的抗電蝕性能通過改變電化學(xué)沉積工作液中顆粒的含量而變化。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述微細電火花加工用復(fù)合電極，其特征是該復(fù)合電極在微細電火花加工機床上在線制造完成。全文摘要一種微細電火花加工用復(fù)合電極，屬于特種加工和微細加工領(lǐng)域，主要應(yīng)用微細電火花深孔以及三維銑削加工中。其特征是該復(fù)合電極由電極基體和電化學(xué)沉積層構(gòu)成。制造該復(fù)合電極的方法主要包括電極基體制備、添加顆粒的活化處理、電化學(xué)沉積工作液配置、電極基體以及陰極進行沉積前處理、實施電化學(xué)沉積工藝、去除電極底面沉積層材料五個工序。本發(fā)明的效果益處是在不改變電火花放電加工性能的前提下，借助基體材料和沉積層材料兩者之間的抗電蝕性能差異和彌散于沉積層材料中的高熔點顆粒對熔融基體材料的阻擋、重凝作用實現(xiàn)了復(fù)合電極在放電加工中的端面均勻損耗；該復(fù)合電極制造工藝簡單，可以根據(jù)用途實現(xiàn)在線加工或批量生產(chǎn)。文檔編號B23H1/00GK101259548SQ20081001100公開日2008年9月10日申請日期2008年4月11日優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日發(fā)明者津王,王元剛,趙福令申請人:大連理工大學(xué)