[发明专利]一种非导电材料的电解电火花复合加工方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种非导电材料的加工方法及装置，特别是关于一种非导电材料的电解电火花复合加工方法及装置。

背景技术

石英、玻璃和工程陶瓷等非导电材料具有耐磨、耐热、耐腐蚀等性能，已经被广泛应用于微机电系统、微流体系统、生物医学及航空航天等领域。然而，这些材料通常具有硬脆性，而且不导电，所以很难用传统的切削方法或常规的电火花加工技术进行加工。其它加工方法如激光加工、超声加工和金刚石砂轮磨削加工也各有弊端。

近些年，非导电材料的电解电火花复合加工技术已经成为一个研究热点。该技术利用导电的工具电极和电解液之间放电时产生的高温来实现非导电材料的去除加工。加工时，工具电极和辅助电极均浸入电解液中（电解液通常为氢氧化钠溶液、氯化钠溶液或硝酸钠溶液），并分别连接电源的负极和正极。通电后，两电极附近发生电化学反应，其中，工具电极表面产生气体薄膜，气体薄膜使工具电极和电解液之间绝缘，继而在电压的作用下，工具电极表面和电解液之间发生放电，利用放电产生的高温将非导电材料去除。该方法要求浸入电解液中的电极表面全部被气体薄膜覆盖，否则不能发生放电。但该方法存在一定的缺陷，一方面完整的气体薄膜不容易产生，因为浸入电解液中的电极面积越大，越不容易产生完整的气体薄膜；另一方面即使生成了完整的气体薄膜，在实际的加工中也存在一定的问题，如在打孔和铣削加工中，只需要电极的底面或者靠近电极底面的部分参与加工，而如果生成了完整的气体薄膜，那么浸入电解液中电极的整个表面都将发生放电，这就导致工件上不需要去除的部分被加工掉。由此可见，这种加工方法既分散了加工能量，使加工效率降低，又给控制加工精度带来了困难。因此，为了提高该加工方法的加工效率和加工精度，需要对电极侧壁进行绝缘处理，使放电仅发生在实际参与加工的电极表面。

目前，国内外现有的电极侧壁绝缘方法有气相沉积法、浸渍提拉法、滴涂法、旋涂法和阳极微弧氧化法等。气相沉积法利用化学气相沉积技术(CVD)或物理气相沉积技术(PVD)在电极侧壁沉积一层绝缘材料，这种方法制作的绝缘层厚度可控且覆盖均匀，但这种工艺制作环境温度较高，要求电极材料和绝缘材料有相近的热膨胀系数，成本较高。滴涂法是将电极端面朝上，竖直放置，在电极表面滴一滴经稀释过的瓷釉，当瓷釉层变干后，电极端面与一个坚固的平面进行摩擦，然后利用电火花加工方法去除端面剩余的瓷釉层，使电极端面不被瓷釉层覆盖，这种方法同样存在工艺复杂，成本高的问题。浸渍提拉法和旋涂法使用的绝缘材料均是绝缘树脂，绝缘树脂耐高温性能较差，随着放电的进行绝缘层很快被破坏。阳极微弧氧化法是利用阳极微弧氧化原理，以铝合金作为工具电极，连接电源正极，在电解液中（通常为硅酸钠溶液）进行微弧氧化处理，在电极表面覆盖一层氧化铝陶瓷，去除底面绝缘层后，用该电极在电解电火花的电解液中加工非导电材料。由于该方法生成的绝缘膜会不可避免地存在孔隙，而电解电火花加工过程中，工具电极附近的电解液通常具有较强的腐蚀性，电解电压越大，腐蚀性越强，电解液由孔隙进入绝缘膜层，会腐蚀铝合金基体，导致绝缘膜脱落。在电解电火花加工中，电解液的浓度和加工电压都较大，所以通电后绝缘膜层将迅速剥落而失效。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够使电极侧壁保持绝缘的非导电材料的电解电火花复合加工方法及装置。