微细电火花加工用复合电极制造技术

一种微细电火花加工用复合电极，属于特种加工和微细加工领域，主要应用微细电火花深孔以及三维铣削加工中。其特征是该复合电极由电极基体和电化学沉积层构成。制造该复合电极的方法主要包括电极基体制备、添加颗粒的活化处理、电化学沉积工作液配置、电极基体以及阴极进行沉积前处理、实施电化学沉积工艺、去除电极底面沉积层材料五个工序。本发明专利技术的效果益处是在不改变电火花放电加工性能的前提下，借助基体材料和沉积层材料两者之间的抗电蚀性能差异和弥散于沉积层材料中的高熔点颗粒对熔融基体材料的阻挡、重凝作用实现了复合电极在放电加工中的端面均匀损耗；该复合电极制造工艺简单，可以根据用途实现在线加工或批量生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于特种加工和微细加工
，涉及一种特种加工用复合电极， 尤其涉及到微细电火花深孔和三维铣削加工用的复合电极。
技术介绍
随着工业微细化和精密化的发展，微型深孔和微型三维结构的加工成为高技术含量的发展方向，比如打印机喷墨孔、发动机喷油嘴以及MESM中的微喷、 微泵等微细结构。这类微细结构采用精密机械加工工艺存在加工精度难保证、 加工效率低下、复杂形状加工困难等缺点；在特种加工中，电子束和离子束加 工需要在真空条件下进行，在实际应用中有局限性；激光加工的形状精度和表 面光洁度通常较差；LIGA加工需要同步光源，且价格昂贵等，微细电火花加 工过程中因无接触应力、只要控制电极的尺寸就能实现相应的形状加工要求， 受到国内外广泛重视。现在国内外工业和科研领域普遍使用的是用均匀材料在 线制作或者成形电极，从电火花加工的放电机理可知电极损耗不可避免，尤其 是由于尖端容易放电的原因在电极端面边缘位置的损耗更为严重；持续的放电 加工导致电极形状发生很大变化，最终被加工工件失去精度；特别是在微细电 火花三维铣削加工中，由于电极损耗，实际加工形状跟理想的形状相差很大。 即便用高硬度、高熔点材料制作电极能在一定程度上改善电极损耗，但不能从 根本上克服均匀材料所带来的缺陷。 现公开如下三类专利技术和方法.-第一，如专利文献l、 4所述，其电极截面为非圆形，相当于在电极与工件 之间的放电间隙增加了导液排屑空间，使得加工稳定性好，因此被加工孔结构的锥度小、精度高。第二，如专利文献2、 3，采用计算机控制模块来检测电极体积损耗率并根 据实际情况调整电极三维运动轨迹来补偿电极损耗，以及学术论文1、 2所采用 定量补偿、分层补偿、提出均匀损耗等在电极长度方向上的补偿方法，均在实 验中得到较明显的改进效果。第三，如专利文献5是在线切割用电极的表面涂银来实现高的导电以及导热性能，以提高工件切割质量。专利文献l:(中国)公开号CN2363821 专利文献2:(美国)公开号US5354961 专利文献3:(美国)公开号US4345131 专利文献4:(中国)公开号CN101108433 专利文献5:(中国)公开号CN1060805学术论文1:赵万生，李志勇，王振龙等.微三维结构电火花铣削关键技术研究.微细加工技术，2003(3):49-55.学术论文2 : Z.Y. Yu, T. Masuzawa, M. Fujino. Micro-EDM for Three-Dimensional Cavities - Development of Uniform Wear Method. CIRP Annals -Manufacturing Technology, 1998,47(1):169-172专利文献1 5所述的技术和方法从本质上讲还是均匀材料电极，在电极棱 边等电场集中部位的损耗没有得到改善。只不过专利文献1 4所述的技术因为 排屑方便或者跟其他加工方法复合使得加工质量有所提高；但，专利文献l、 4 所述电极结构的复杂性决定了其在加工微细尺寸的结构时电极制造的难度。另外专利文献2、 3以及学术论文l、 2因电极损耗速度受工件、电极材料， 工艺参数以及放电状态的变化而变化，所以，如何把损耗状态实时反馈到加工 控制系统中并对电极补偿是该技术的难点，而且上述方法只考虑到电极长度的补偿没有考虑电极形状的变化。专利文献5所应用的领域是电火花线切割加工中，其目的是保证电极侧面 良好的导电性能，从原理上讲，其本质不是利用材料之间的耐电蚀性能差异而 是利用高导电性能来改善加工质量的，并且，银的熔点不到1000摄氏度，该技 术应用到微细电火花加工中反而加大了电极形状的变化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种微细电火花加工用复合电极，该复合电极的侧面 和端面边缘具有高抗电蚀特性，在电火花加工过程中实现电极端面均匀损耗的 效果。本专利技术的技术方案是借助电化学沉积工艺在电极基体上沉积一层含有难熔 颗粒的材料，主要包括在微细电火花加工机床上在线制作电极或装卡已经准 备好的电极作为电极基体；配置实施除油、浸蚀以及电化学沉积等工艺所用的 工作液；对电极基体、对应阴极以及添加颗粒表面进行除油、浸蚀、活化等必 要的电化学沉积前技术处理；在电极基体表面上电化学沉积一层厚度为微米级 的复合材料；去除电极端面沉积材料层，得到所需要的复合电极。上述方案能够实现电极端面均匀损耗的根本原理可以概括如下与传统的 电极相比，由于在基体中添加具有优良抗电蚀性能的难熔颗粒，复合材料具有 更低的电极相对损耗。分析显示，由于基体具有较低的熔点，而粉末熔点比基 体高的多，电极上由火花放电产生的热量主要通过基体传导，从而引起基体的 蒸发和熔化。弥散于基体中的难熔颗粒对熔融基体材料具有阻挡作用，在放电 间歇熔融基体可在颗粒上迅速重新凝结，从而降低了电极材料的蚀除量，提高 了电极侧面位置的抗电蚀性能并且保证了电极表面的粗糙度。因此复合材料成 为电极端面的一个鞘层，保护其内部基体的损耗，对端面来说，保证了端面边 缘的抗电蚀能力。本专利技术的效果和益处是在不改变加工性能的前提下，保证了电极在放电 加工中的端面形状；悬浮在电化学沉积工作液中的粉末浓度可以根据电极基体材料的性能调整以保证复合电极端面各个位置在电火花加工中的损耗速率一致；制造工艺简单，可以根据用途实现在线加工或批量生产。附图说明图l是圆柱复合电极结构示意图。图2是制造复合电极的装置结构示意图。图1、 2中，1电极基体，2弥散于沉积层的难熔颗粒，3沉积层材料，4卡头，5圆环，6电化学沉积工作液。图3是本专利技术实施例在实施后得到的复合电极SEM照片。图4是本实施例在实施后得到的复合电极经过电火花加工后电极损耗局部照片。图5是实施例所用电极基体在电火花加工后电极损耗局部照片。具体实施方式以下结合技术方案和附图详细说明本专利技术的实施方式。本专利技术微细电火花加工用复合电极的制造过程借助于微细电火花加工机床 以实现在线制备，主要由电极基体制备、电极基体镀前处理、电化学沉积液配 置、电化学沉积实施组成。以直径为0.2mm的纯铜管电极制造Cu-ZrB2复合电 极为例，详细描述本专利技术的实施过程。具体步骤如下步骤一对ZrB2微粒进行活化处理。处理工艺如下磁力搅拌作用下在丙 酮溶液中浸泡l小时一去离子水洗一0.5 M/LHN03溶液浸泡2小时(磁力搅 拌)一去离子水冲洗至pH值为7—过滤。步骤二配制工作液配方电化学沉积工作液液配方<table>table see original document page 6</column></row><table><table>table see original document page 7</column></row><table>电化学除汕工作液配方<table>table see original document page 7</column></row><table>一般浸蚀工作液配方(体积百分比)<table>table see original do本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微细电火花加工用复合电极，其特征是该复合电极由电极基体和电化学沉积在电极基体侧面厚度为微米级的沉积材料层构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王元刚，赵福令，王津，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]