[发明专利]磨削辅助电化学放电加工工具及方法

说明书

技术领域

本发明涉及加工工具及方法，更具体地说，涉及一种适用于金属基复合材料的磨削辅助电化学放电加工工具及方法。

背景技术

金属基复合材料(Metal matrix composites，MMCs)正逐渐进入航空航天、电子和汽车等领域。然而，人们认为，不论使用传统加工方法或非传统加工方法，金属基复合材料的加工难度通常远甚于其中某种单一材料。这并不奇怪，因为增强相大多为坚硬的陶瓷材料，如碳化硅(SiC)和氧化铝(Al₂O₃)。除了增强相大多具有极高的硬度之外，金属基体和增强相之间在物理、化学和机械性能上的巨大差异，也使得金属基复合材料成为众所周知的一种难以加工的材料。

使用非传统加工技术，诸如激光和水射流加工，虽然能够达到相当高的材料去除率，但是往往会伴有一些严重的表面和亚表面的缺陷，而在很多情况下，这些缺陷都是最终成品所不能接受的，而且这可能会破坏其疲劳强度。此外，这两种加工方法并非适用于三维成型的理想选择。在众多非传统加工方法中，考虑到表面粗糙度和塑形几何的灵活性，电火花加工(electrical dischargemachining，EDM)、线切割(wire-EDM)和电化学加工(electrochemicalmachining，ECM)或许是用于金属基复合材料成型的最具前景的加工方法。尽管金属基复合材料的这几种加工方法具有一些优点，但仍有一些问题需要解决，并且需要进行一些改进，它们才可以得到有效利用。金属基复合材料的电火花加工中遇到的主要问题是低加工率、较高的工具损坏风险，以及加工面存在的各种形式的缺陷。这些问题主要是由于陶瓷增强相的非导电性，以及陶瓷相的高偏析。这些问题随着陶瓷相的增加而愈发严重。虽然，使用电化学放电加工工艺(electrochemical discharge machining，ECDM)，材料去除率可以相比EDM有所增加，但是仍不能顺利克服表面光洁度差等问题，且难以获得高的加工精度。鉴于这些问题，很明显，EDM、ECM或ECDM工艺必须做进一步改进，以应对先进复合材料成型所面临的挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有电化学放电加工工艺的加工面的质量存在缺陷以及工具电极损伤严重等问题，提供一种设有磨料层的电化学放电加工工具，以及相应的加工方法。

本发明解决其技术问题所提供的技术方案是：提供一种磨削辅助电化学放电加工工具及加工方法，在进行电化学放电加工的过程中，通过磨削来移除在工件的火花坑周围形成的重铸材料。

本发明第一方面，提供了一种磨削辅助电化学放电加工工具，包括ECDM电极，所述ECDM电极用于对工件进行电火花加工，并采用电化学方法产生氢气泡以辅助电火花加工；所述加工工具还包括设于所述ECDM电极上的磨料层，所述磨料层用于移除电火花蚀刻过程中在工件的火花坑周围形成的重铸材料。

在根据本发明第一方面所述的磨削辅助电化学放电加工工具中，所述磨料层由含有增强相的材料制成，且所述电火花加工过程中的放电隙应大于所述露出工具表面的增强相的尺寸。

在根据本发明第一方面所述的磨削辅助电化学放电加工工具中，所述磨料层的厚度为10μm至10mm。

在根据本发明第一方面所述的磨削辅助电化学放电加工工具中，所述ECDM电极为实心电极、空心电极、螺旋电极或动丝电极。

本发明第二方面，提供了一种磨削辅助电化学放电加工方法，包括对工件进行电化学放电加工，所述电化学放电加工包括对工件进行电火花加工，并采用电化学方法产生氢气泡以辅助所述电火花蚀刻；所述加工方法还包括在进行电化学放电加工过程中，采用磨削工艺移除在工件的火花坑周围形成的重铸材料。

在根据本发明第二方面所述的磨削辅助电化学放电加工方法中，所述磨削工艺采用含有增强相的材料进行磨削，且所述电火花加工过程中的放电隙应大于所述露出工具表面的增强相的尺寸。

在根据本发明第二方面所述的磨削辅助电化学放电加工方法中，所述电化学放电加工采用的ECDM电极为实心电极、空心电极、螺旋电极或动丝电极。

实施本发明所述的磨削辅助电化学放电加工工具及方法，可以获得以下有益效果：

1、在对难以加工的材料(例如金属基复合材料和硅)进行加工时，由于磨削的作用，增加了材料的去除率，并获得了更好的表面质量；

2、工具电极可以被设计成各种外形，以满足产品的加工和制造过程中不同形状的加工需要；

3、最大限度减小了加工过程对工具电极的损伤，延长了工具的寿命。

附图说明