本發(fā)明屬于電加工，具體涉及一種電化學(xué)放電輔助磨削加工設(shè)備及工具電極。

背景技術(shù)：

1、金屬基復(fù)合材料(mmcs)是指將金屬材料基體與其他金屬、陶瓷等增強(qiáng)相復(fù)合而成的一種多相材料體系。常見的金屬基復(fù)合材料有鋁基碳化硅復(fù)合材料(sicp/al)、鎂基碳化硅復(fù)合材料(sicp/mg)等。其中鋁基碳化硅復(fù)合材料因其高強(qiáng)度、高模量、高韌性和較低的密度，被廣泛用于航天、航空、汽車、光學(xué)精密裝置以及電子工業(yè)等領(lǐng)域。

2、為了滿足使用需求，通常需要對金屬基復(fù)合材料進(jìn)行二次加工，然而金屬基體與增強(qiáng)相之間巨大的力學(xué)性能差異使其成為一種極難加工的復(fù)合材料。目前，金屬基復(fù)合材料的加工方法主要分為傳統(tǒng)加工、特種加工和復(fù)合加工等，傳統(tǒng)加工主要有車削、銑削、鉆孔和磨削加工。特種加工主要有電火花加工、激光加工、磨料水射流加工等。以鋁基碳化硅為例，其中傳統(tǒng)加工方法具有操作簡單，工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，但難以加工高硬度的碳化硅顆粒，致使工具磨損嚴(yán)重、影響加工效率和表面質(zhì)量。使用特種加工方法時(shí)，激光加工與磨料水射流加工雖然可以高效去除且無工具損耗，但加工表面通常伴隨著嚴(yán)重的加工缺陷且難以用于加工復(fù)雜三維形狀的零件；電火花加工雖然可以加工三維形狀復(fù)雜的零件，然而對于高熔點(diǎn)且不導(dǎo)電的碳化硅顆粒，電火花難以將其汽化或熔化去除，且隨著加工的進(jìn)行，碎屑在狹小放電間隙內(nèi)難以及時(shí)排出，導(dǎo)致加工穩(wěn)定性變差，加工效率和表面質(zhì)量均受到影響；電化學(xué)放電加工是將電解效應(yīng)和電火花放電效應(yīng)結(jié)合于一體的加工方法，其放電間隙可比電火花加工大5-10倍，更利于碎屑的排出，因此可以獲得遠(yuǎn)高于電火花以及電解加工的材料去除效率，然而由于存在電火花放電效應(yīng)，加工表面的重鑄層、電蝕坑等缺陷依舊存在。

3、為了提高金屬基復(fù)合材料的加工效率和表面質(zhì)量，業(yè)界研究者提出在放電加工中引入磨削加工，如專利cn202010112088.1提出了一種新型電極——青銅結(jié)合劑金剛石工具電極，用于金屬基復(fù)合材料的放電輔助磨削加工。該工具電極由金剛石磨料和青銅結(jié)合劑燒結(jié)而成。在加工過程中，磨削加工、電解加工、電火花加工同時(shí)進(jìn)行，電火花加工可以將基體材料和增強(qiáng)相進(jìn)行高溫蝕除，產(chǎn)生凹坑和熱影響區(qū)；同時(shí)高溫會將材料軟化，使磨削加工效率大幅提高，此外磨削加工可以去除電火花產(chǎn)生的凹坑和熱影響區(qū)，以及電解加工產(chǎn)生的表面鈍化層等，提高表面質(zhì)量的同時(shí)也保證電解加工的持續(xù)進(jìn)行。電解加工可對電蝕坑、重鑄層電解去除，從而提高表面質(zhì)量。然而該方法目前還存在較為嚴(yán)重的電極損耗問題：一方面由于電火花放電的存在，工具電極不可避免地存在電蝕問題，尤其是為了追求更高加工效率而使用大電流加工時(shí)，造成的電蝕問題更突出，電極壽命大幅縮短；另一方面，高熔點(diǎn)高硬度的增強(qiáng)相會將工具電極磨損。上述兩種損耗方式使得工具電極在加工過程中容易發(fā)生變形甚至折斷，嚴(yán)重影響了加工效率、表面質(zhì)量和加工精度等、加工成本上升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決放電輔助磨削加工中電極損耗問題，本發(fā)明提出一種電化學(xué)放電輔助磨削加工設(shè)備，所用工具電極通過特殊的材料設(shè)計(jì)和制備方法，將金屬原材料設(shè)計(jì)成高熔點(diǎn)、耐電蝕、高強(qiáng)度、硬度、耐磨性、高溫穩(wěn)定性和抗高溫蠕變性的新型合金。使用該新型合金或其銅基復(fù)合材料制備的金剛石工具電極可以減少電蝕損耗、磨損等問題，從而保證了加工效率、表面質(zhì)量和加工精度。

2、本發(fā)明的目的在于提供一種電化學(xué)放電輔助磨削加工設(shè)備，所述電化學(xué)放電輔助磨削加工設(shè)備包括變頻器(1)、電源(2)、主軸(3)、引電裝置(4)、工具電極夾頭(5)、工具電極(6)、噴嘴(7)、工件(8)、工件夾具(9)、電解液(10)、水泵(11)、過濾器(12)、冷卻水(13)、集液槽(14)；所述變頻器(1)用于控制主軸(3)的轉(zhuǎn)速；所述冷卻水(13)對工作狀態(tài)下的主軸(3)進(jìn)行降溫冷卻；所述工具電極(6)裝夾于工具電極夾頭(5)上；電源(2)正極連接于工件(8)，所述工件(8)由工件夾具(9)固定；電源(2)負(fù)極經(jīng)引電裝置(4)連接于工具電極(6)，隨著主軸(3)向下進(jìn)給，工具電極(6)浸入電解液中(10)；水泵(11)抽吸使用后的電解液(10)并經(jīng)過濾器(12)過濾存儲于集液槽(14)，并通過水泵(11)和噴嘴(7)對工件(8)的加工表面進(jìn)行側(cè)向沖液；

3、進(jìn)一步地，所述工具電極(6)為中空或?qū)嵭碾姌O，其構(gòu)造為圓柱狀或銑刀狀等；

4、進(jìn)一步地，所述工具電極(6)，由以下組份按照重量份組成，新型合金粉末30-100份、銅粉5-70，金剛石磨料5-20份；

5、所述新型合金粉末由cu、cr、fe、mn、ni、al、co、zn、mg、mo、w中的4種以上元素，按摩爾比按摩爾比(0.05-1.5):(0.05-1.5)進(jìn)行配比制得，粒徑為5-100μm；

6、所述金剛石磨料為未鍍覆金剛石、鍍w金剛石和鍍ti金剛石中的一種，其粒徑為10-400μm。本發(fā)明的金剛石磨料粒徑有助于提高加工的精度和表面質(zhì)量，因?yàn)樗鼈兡芨菀椎剡M(jìn)入工件微觀結(jié)構(gòu)中進(jìn)行切削。過小的磨?？赡茉黾与娊庖旱碾妼?dǎo)率，并導(dǎo)致加工過程中的熱量積累，從而影響加工效率和工件表面質(zhì)量。

7、進(jìn)一步地，所述工具電極的制備方法，包括以下步驟：

8、(1)按照所需重量份數(shù)稱取新型合金粉末，將新型合金粉末置于氬氣/氮?dú)鈿夥障虑蚰?-50h，球料比(10-30):1，轉(zhuǎn)速200-500rpm；

9、(2)按照所需重量份數(shù)稱取銅粉、金剛石磨料，與步驟(1)所得的新型合金粉末混合并進(jìn)行球磨，其中球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200-450r/min，球磨時(shí)間1-5h，保護(hù)氣氛為氬氣或氮?dú)?，原料總體積不超過球磨罐體積的2/3；

10、(3)將步驟(2)所得混合材料放入尺寸為φ30mm的硬質(zhì)合金冷壓模具進(jìn)行冷壓成型，得到坯體，坯體的壓坯致密度為40～60％，冷壓壓力為100～250mpa，冷壓時(shí)間為5min；

11、(4)將上述所得坯體進(jìn)行熱壓燒結(jié)，以20-100℃/min的升溫速率加熱到750-1450℃，保溫5-40min，升溫階段的燒結(jié)壓力為20-100mpa，保護(hù)氣氛為氬氣或氮?dú)?，隨爐冷卻至室溫，得到所述放電加工工具電極。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

13、本發(fā)明的電化學(xué)放電輔助磨削加工設(shè)備采用的工具電極為高熵合金磨料電極，具備較高的熔點(diǎn)，耐電蝕性，強(qiáng)度硬度，高溫力學(xué)性能，耐磨性和耐腐蝕性；可以有效減少放電輔助磨削加工過程中金剛石工具電極的電蝕損耗，磨粒磨損等，從而保證材料的高效、高質(zhì)量、高精度加工；相對于目前用于放電輔助磨削加工的金剛石工具電極而言，所設(shè)計(jì)的基于新型合金的金剛石工具電極具有更高的熔點(diǎn)和更優(yōu)異的耐電蝕性，可以更好地勝任放電輔助磨削加工中的環(huán)境與條件，減少金剛石工具電極的電蝕損耗。

技術(shù)特征：

1.一種電化學(xué)放電輔助磨削加工設(shè)備，其特征在于，所述電化學(xué)放電輔助磨削加工設(shè)備包括變頻器(1)、電源(2)、主軸(3)、引電裝置(4)、工具電極夾頭(5)、工具電極(6)、噴嘴(7)、工件(8)、工件夾具(9)、電解液(10)、水泵(11)、過濾器(12)、冷卻水(13)、集液槽(14)；所述變頻器(1)用于控制主軸(3)的轉(zhuǎn)速；所述冷卻水(13)對工作狀態(tài)下的主軸(3)進(jìn)行降溫冷卻；所述工具電極(6)裝夾于工具電極夾頭(5)上；電源(2)正極連接于工件(8)，所述工件(8)由工件夾具(9)固定；電源(2)負(fù)極經(jīng)引電裝置(4)連接于工具電極(6)，隨著主軸(3)向下進(jìn)給，工具電極(6)浸入電解液中(10)；水泵(11)抽吸使用后的電解液(10)并經(jīng)過濾器(12)過濾存儲于集液槽(14)，并通過水泵(11)和噴嘴(7)對工件(8)的加工表面進(jìn)行側(cè)向沖液。

2.如權(quán)利要求1所述的一種電化學(xué)放電輔助磨削加工設(shè)備，其特征在于，所述工具電極(6)為中空或?qū)嵭牡碾姌O，其構(gòu)造為圓柱狀或銑刀狀。

3.如權(quán)利要求2所述的一種電化學(xué)放電輔助磨削加工設(shè)備，其特征在于，所述工具電極(6)由以下組份按照重量份組成，新型合金粉末30-100份、銅粉5-70，金剛石磨料5-20份；

4.如權(quán)利要求3所述的一種電化學(xué)放電輔助磨削加工設(shè)備，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種電化學(xué)放電輔助磨削加工設(shè)備，其特征在于，所述電化學(xué)放電輔助磨削加工設(shè)備包括變頻器、電源、主軸、引電裝置、工具電極夾頭、工具電極、噴嘴、工件、工件夾具、電解液、水泵、過濾器、冷卻水、集液槽；所述工具電極，由以下組份按照重量份組成，新型合金粉末30?100份、銅粉5?70，金剛石磨料5?20份；本發(fā)明的電化學(xué)放電輔助磨削加工設(shè)備采用的工具電極，具備較高的熔點(diǎn)，耐電蝕性，強(qiáng)度硬度，高溫力學(xué)性能，耐磨性和耐腐蝕性；可以有效減少放電輔助磨削加工過程中金剛石工具電極的電蝕損耗，磨粒磨損。

技術(shù)研發(fā)人員：劉江文,黃志堅(jiān),張鳳林,鄧子杰,郭健,張鴻鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6