一種用于電化學(xué)-機(jī)械復(fù)合加工的線鋸繞制工具電極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于特種加工領(lǐng)域，具體涉及一種用于電化學(xué)-機(jī)械復(fù)合加工的線鋸繞制 工具電極。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，微小結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日趨廣泛，出現(xiàn)越來越多的帶 有微小孔、微細(xì)縫、槽（穿透或不穿透）結(jié)構(gòu)的零部件，如航空航天慣性陀螺中的儀表元件、 渦輪發(fā)動機(jī)葉片的氣膜冷卻孔、航空發(fā)動機(jī)的噴油嘴、計算機(jī)打印頭、印刷電路板、汽車的 燃料噴油嘴以及家用電器等。對微小結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工及其后處理是制造工藝中的重要工序， 特別是在航空航天、武器裝備等制造領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的高強(qiáng)度、高韌性、高硬度等難加工材 料的微小結(jié)構(gòu)加工及其后處理，一直是生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003] 目前微小結(jié)構(gòu)加工方法可分為三大類，即精密機(jī)械加工、特種加工和復(fù)合加工，其 中，特種加工主要包括電火花加工、超聲加工、電解加工、激光加工、離子束加工和電子束加 工等，復(fù)合加工則指上述兩種或兩種以上的工藝方法進(jìn)行組合而形成新的加工方法。
[0004] 機(jī)械加工的效率不高，由于存在切削力，被加工零件易產(chǎn)生變形及毛刺，以及工具 的制作困難和磨損，不適于窄縫、槽和微小孔的加工。
[0005] 電火花加工是利用材料熱熔化過程進(jìn)行加工的，很適合加工微小結(jié)構(gòu)，但加工效 率低，工具電極制造成本高并且損耗嚴(yán)重。利用電火花加工微小結(jié)構(gòu)會在加工表面形成再 鑄層和微裂紋現(xiàn)象，不適合某些特殊場合的應(yīng)用。
[0006] 超聲加工的宏觀切削力很小，切削熱也很小，且無表面殘余應(yīng)力，不會引起工件的 熱變形和燒傷，加工出的表面質(zhì)量好。超聲加工的機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。但進(jìn)行微細(xì)超 聲加工時，工具的制備和安裝比較困難，且工具易于磨損。
[0007] 電解加工是利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的電化學(xué)原理來進(jìn)行加工的方法。 電解加工孔、縫和槽等微小結(jié)構(gòu)是以棒狀電極或管狀電極作陰極，進(jìn)行打孔、切割和開槽加 工，它與電火花加工相比具有較高的生產(chǎn)效率，較好的表面質(zhì)量，加工表面無殘余應(yīng)力和變 形，加工工件沒有毛刺和飛邊的特點(diǎn)。但電解加工精度不高，限制了電解加工微小結(jié)構(gòu)的廣 泛應(yīng)用。
[0008] 激光加工、電子束加工和離子束加工屬于高能束流加工技術(shù)范疇。與電火花加工、 超聲加工、電解加工相比，激光設(shè)備價格較貴，同電火花加工一樣，激光加工后的工件表面 會形成再鑄層，一般要進(jìn)行后處理。電子束加工、離子束加工需要整套專用設(shè)備和真空系 統(tǒng)，價格較貴，目前在生產(chǎn)應(yīng)用上具有一定的局限性。
[0009] 綜上所述，電解加工成形精度不高，限制其應(yīng)用范圍，超聲加工、電子束加工、離子 束加工有其局限性，上述其它加工法成形后留下來的表面變化層（再鑄層、熱影響層）中 的各種微觀缺陷往往是工件失效的根源，嚴(yán)重影響了工件的工作壽命。需要做一些后處理 工作，如去變質(zhì)層、除毛刺、光整等，而這些則成了另一技術(shù)難題。對于微小結(jié)構(gòu)的后處理工 作，研宄人員也提出了多種工藝方法，形成了加工后處理技術(shù)群。
[0010] 磨料流加工也叫擠壓珩磨，是一種用具有流動性的粘彈性材料（由聚合物載體和 磨料組成）對工件表面進(jìn)行拋光和去毛刺的新工藝技術(shù)。磨料流加工對材料的適用性強(qiáng)， 不僅能加工幾乎所有的金屬材料，并可對玻璃、陶瓷等硬脆性材料進(jìn)行加工。在一定溶液 中，不利用外接電源，靠化學(xué)溶液浸蝕作用完成材料表面的平整和光亮過程的工藝稱為化 學(xué)研磨拋光。該工藝主要利用化學(xué)研磨拋光液和待處理工件之間形成的化學(xué)電池原理對 工件進(jìn)行研磨拋光。相對于傳統(tǒng)的研磨拋光技術(shù)，化學(xué)研磨拋光不受工件外型的限制。適 于處理各種外型復(fù)雜的工件，完全打破了傳統(tǒng)拋光方式所受的限制。化學(xué)研磨處理后表面 質(zhì)量高，可以修復(fù)由機(jī)械研磨破壞的工件表面微觀化學(xué)結(jié)構(gòu)，補(bǔ)全被機(jī)械拋光破壞的化學(xué) 配位鍵，使工件表面化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，消除工件表面的非等電勢面而增強(qiáng)工件表面的抗氧化 性能和易焊性；同時也可以很大程度上消除工件表面的靜電吸附，提高工件內(nèi)外壁的清潔 度。電化學(xué)拋光的原理與電解加工一樣，是利用金屬在電解液中發(fā)生陽極溶解的原理對工 件進(jìn)行拋光的。不同的是一般電化學(xué)拋光時采用的電壓和電流值要比電解加工時小，工具 陰極和工件陽極之間的距離要比電解加工時的大（100mm以上），且多采用靜液加工。研宄 人員利用電解拋光的方法去除電火花加工造成的再鑄層，發(fā)現(xiàn)電流大小、加工間隙、電解液 流速、電解液溫度及類型都是影響電解拋光效果的因素。
[0011] 上述后處理技術(shù)的整個工藝流程需要二次裝夾，延長了加工周期。為解決上述問 題，一些學(xué)者提出了采用復(fù)合加工技術(shù)，復(fù)合加工也是較常用的加工技術(shù)。
[0012] 復(fù)合加工的特點(diǎn)是融合多種加工方法的優(yōu)點(diǎn)于一體，目前常用的復(fù)合加工方法有 微細(xì)電解-電火花復(fù)合加工、微細(xì)激光-電解復(fù)合加工和電化學(xué)-機(jī)械復(fù)合加工等。其中， 電化學(xué)-機(jī)械復(fù)合加工技術(shù)采取了電化學(xué)作用和機(jī)械磨削作用相結(jié)合，綜合了兩者的優(yōu) 點(diǎn)。在電化學(xué)-機(jī)械復(fù)合加工過程中，當(dāng)陽極電位超過了一定值時，形成阻礙電解作用的鈍 化膜，此時利用機(jī)械磨削去除鈍化膜，使電解加工更快速地進(jìn)行下去，這樣有效地提高了表 面質(zhì)量和加工效率。目前國內(nèi)外電化學(xué)-機(jī)械復(fù)合加工的工具形式多為砂輪式或拷貝式， 且多用于擴(kuò)孔或表面拋光。通常，電化學(xué)-機(jī)械復(fù)合加工由于工具電極尺寸較大，很難應(yīng) 用于窄縫，微小孔、深槽的加工。中國專利CN101342622A揭露了嵌片式復(fù)合工具及電化 學(xué)-機(jī)械復(fù)合加工裝置及其加工方法，該發(fā)明提出了一種新穎的復(fù)合電極，包括有嵌片及 基體，嵌片固定在基體上。加工時利用電化學(xué)陽極溶解原理和機(jī)械刮膜作用的復(fù)合實現(xiàn)金 屬去除，具有加工效率高、加工精度高的特點(diǎn)。但電極制作繁瑣，制作周期過長，且工序復(fù) 雜，電極尺寸過大，不適于加工微小結(jié)構(gòu)。中國專利CN102069243A揭露了電解機(jī)械復(fù)合 加工機(jī)床用陰極，該陰極包括柱形基體，基體具有軸向的中心孔，在基體的下部表面上均勻 分布有至少二條軸向嵌鑲槽，嵌鑲槽內(nèi)粘結(jié)有燒結(jié)金剛石條。另外，在基體底部表面上設(shè)有 均勻分布且貫通軸向中心孔的軸向噴液槽。該陰極同樣制作過程繁瑣，工具陰極尺寸大，不 適于加工微小結(jié)構(gòu)，且加工過程中燒結(jié)金剛石條易脫落等現(xiàn)象。
[0013] 南京航空航天大學(xué)的張欣耀、楊長盛等利用自制的工具電極對小孔或微小孔進(jìn)行 研磨擴(kuò)孔加工，取得了良好的加工表面，但加工小孔深徑比不大，加工效率低，在同一工位 沒有實現(xiàn)電解打孔和磨削同時作業(yè)。南京航空航天大學(xué)的劉云飛在不更換電極、同一加工 工位和同一加工工作液的條件下，進(jìn)行了微小孔內(nèi)壁再鑄層的去除，取得預(yù)想的效果。但該 加工方式還存在加工時間過長，孔精度很難以控制等缺陷。南京航空航天大學(xué)的沈崢嶸利 用直徑08.0mm電鍍金剛石磨頭作陰極在鎳基高溫合金K424上進(jìn)行打孔，取得了預(yù)期的 加工效果，但孔的錐度較低，且所加工出的小孔尺度過大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能將電化學(xué)和機(jī)械磨 削有機(jī)結(jié)合在一起的線鋸繞制工具電極。
[0015]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下三種技術(shù)方案予以實現(xiàn)的。
[0016]本發(fā)明采取的技術(shù)方案一是：
[0017]本發(fā)明提供的線鋸繞制工具電極包括線鋸和基體，所述線鋸為電鍍金剛石線鋸或 非金屬基體的金剛石線鋸，所述基體為圓柱形基體，在基體的表面上間隔均勻纏繞線鋸，基 體側(cè)壁上設(shè)置細(xì)導(dǎo)槽，其槽寬略大于線鋸直徑，基體具有軸向的中心孔。
[0018]所述基體下部至少設(shè)有兩條均勻分布且貫穿軸向中心孔的側(cè)壁噴液槽，基體底部 同樣至少設(shè)有兩條均勻分布且貫通軸向中心孔的底部噴液槽，所述噴液槽僅設(shè)置在基體底 面和柱面上非線鋸遮蓋的區(qū)域，所述基體的底面為平面或半球面。
[0019]本發(fā)明采取的技術(shù)方案二是：
[0020] 本發(fā)明提供的線鋸繞制工具電極包括線鋸和基體，所述線鋸為電鍍金剛石線鋸或 非金屬基體的金剛石線鋸，所述基體為圓柱形基體，在基體的表面上間隔均勻纏繞線鋸，基 體側(cè)壁