一种适用于绝缘硬脆性材料双极性磨轮电火花磨削加工装置及方法与流程

1.本发明涉及特种加工技术领域，具体而言，尤其涉及一种适用于绝缘硬脆性材料双极性磨轮电火花磨削加工装置及方法。


背景技术：

2.常见的绝缘硬脆性材料如光纤、工程陶瓷等因具有良好的耐磨性、耐热性以及硬度等优异性能被广泛应用于包括航空航天、通信工程、化工、冶金等在内的诸多领域。然而这些材料具有很高的脆性，传统的机械加工手段存在较大应力，使得材料容易断裂或产生裂纹。
3.近年来不少学者开始研究绝缘硬脆性材料电火花加工技术。目前广泛应用的电火花加工绝缘硬脆性材料的方法主要是电解电火花加工技术以及辅助电极电火花加工技术。电解电火花加工技术是将被加工工件放置于电解液中，工具电极接电源正极，电解液发生化学反应，工具电极表面的气泡逐渐积累形成了气泡膜，工具电极在一定的电压下击穿气泡膜对电解液放电，放电产生的高温导致周围的非导电硬脆性材料熔化，达到去除材料的目的。
4.辅助电极电火花加工是在待加工工件表面预先放置金属薄片，金属薄片连接电源负极，工具电极连接电源正极。加工是在工作液中进行的，当电极与金属薄片之间产生火花放电后。工作液中的碳元素及飞溅的熔融金属会附着在绝缘材料表面，形成一层导电层。工具电极与新形成的导电层放电，达到去除材料的目的。
5.电火花加工是依靠两极之间的火花放电蚀除工件材料的，要求两极材料具有导电性，因此常规的电火花加工方法很难加工绝缘硬脆性材料。


技术实现要素：

6.根据上述提出的绝缘硬脆性材料电火花磨削加工困难的技术问题，而提供一种适用于绝缘硬脆性材料双极性磨轮电火花磨削加工装置及方法。本发明主要通过将极性磨轮ⅰ与极性磨轮ⅱ使用绝缘橡胶固定在一起组成一个双极性磨轮，极性磨轮ⅰ与电源负极连接，极性磨轮ⅱ与电源正极连接，通过数控系统控制工作台向双极性磨轮方向水平移动，待加工工件靠近并接触双极性磨轮，火花放电产生于双极性磨轮边缘处，释放大量热量，在高温及爆炸力的作用下，材料剥离待加工工件基体表面，实现材料的去除。同时，依靠双极性磨轮的物理磨削作用对放电加工后的表面碳化层进行打磨，实现材料高质高效加工。
7.本发明采用的技术手段如下：
8.一种适用于绝缘硬脆性材料双极性磨轮电火花磨削加工装置，包括：双极性磨轮、电源、待加工工件、工作台和数控系统；所述双极性磨轮由极性磨轮ⅰ、极性磨轮ⅱ和绝缘介质层组成，所述极性磨轮ⅰ和极性磨轮ⅱ通过绝缘介质层进行固定连接，所述极性磨轮ⅰ与电源的负极相连，极性磨轮ⅱ与电源的正极相连；
9.所述待加工工件固定在工作台上，所述工作台与数控系统相连，位于双极性磨轮正前方，双极性磨轮安装在工作台上方；通过数控系统控制工作台向双极性磨轮方向水平移动，待加工工件靠近并接触双极性磨轮，火花放电产生于双极性磨轮边缘处，释放大量热量，在高温及爆炸力的作用下，材料剥离待加工工件基体表面，实现材料的去除。同时，依靠双极性磨轮的物理磨削作用对放电加工后的表面碳化层进行打磨，实现材料高质高效加工。
10.进一步地，所述极性磨轮ⅰ和极性磨轮ⅱ为金属基颗粒增强复合材料的磨轮，磨轮由相同或不同导电材料的金属基体、颗粒增强磨料及粘结剂制成。
11.进一步地，所述极性磨轮ⅰ和极性磨轮ⅱ的形状均为圆柱体。
12.进一步地，颗粒增强磨料在极性磨轮中的体积分数为50-90％。
13.进一步地，所述极性磨轮ⅰ的直径为10-200mm、厚度为1-5mm，极性磨轮ⅱ的直径为10-200mm、厚度为1-5mm。
14.进一步地，所述绝缘介质层为绝缘胶水或绝缘橡胶。
15.进一步地，所述绝缘介质层的厚度为10-100μm。
16.进一步地，所述电源为电火花加工脉冲电源。
17.本发明还提供了一种适用于绝缘硬脆性材料双极性磨轮电火花磨削加工装置的加工方法，包括如下步骤：
18.步骤一、安装双极性磨轮：将极性磨轮ⅰ与极性磨轮ⅱ使用绝缘介质层固定在一起组成一个双极性磨轮；极性磨轮ⅰ与电源负极连接，极性磨轮ⅱ与电源正极连接，之后将双极性磨轮安装在工作台上方；
19.步骤二、在工作台上放置待加工工件，将工作台连接到数控系统，通过数控系统调整工作台位置，使待加工工件位于双极性磨轮正前方；
20.步骤三、设定电火花放电电源参数，包括电流参数、电压参数、脉宽参数和脉间参数；
21.步骤四、通过数控系统控制工作台向双极性磨轮方向水平移动；加工时，火花放电产生于双极性磨轮边缘处，释放大量热量，在高温及爆炸力的作用下，材料剥离待加工工件基体表面，实现材料的去除。同时，依靠双极性磨轮的物理磨削作用对放电加工后的表面碳化层进行打磨，实现材料高质高效加工。
22.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
23.本发明提供的适用于绝缘硬脆性材料双极性磨轮电火花磨削加工装置及方法，结构简单，工作稳定，适用于机械加工领域。其双极性磨轮与待加工工件之间主要依靠放电产生的高温及爆炸力使材料剥离基体，与传统磨削加工相比，其与工件之间作用力较小，具有不受材料强度硬度以及导电性限制特点。
24.综上，应用本发明的技术方案能够解决现有技术中的绝缘硬脆性材料电火花磨削加工困难的问题。
25.基于上述理由本发明可在绝缘硬脆性材料电火花加工等领域广泛推广。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明一种适用于绝缘硬脆性材料双极性磨轮电火花磨削加工装置总体结构示意图。
28.图2为本发明双极性磨轮结构示意图。
29.图中：1、极性磨轮ⅰ；2、极性磨轮ⅱ；3、绝缘介质层；4、电源；5、待加工工件；6、工作台；7、数控系统。
具体实施方式
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
33.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
34.如图所示，本发明提供了一种适用于绝缘硬脆性材料双极性磨轮电火花磨削加工装置，包括：双极性磨轮、电源4、待加工工件5、工作台6和数控系统7；所述双极性磨轮由极性磨轮ⅰ1、极性磨轮ⅱ2和绝缘介质层3组成，所述极性磨轮ⅰ1和极性磨轮ⅱ2通过绝缘介质层3进行固定连接，所述极性磨轮ⅰ1与电源4的负极相连，极性磨轮ⅱ2与电源4的正极相连；
35.所述待加工工件5固定在工作台6上，所述工作台6与数控系统7相连，位于双极性磨轮正前方，双极性磨轮安装在工作台6上方；通过数控系统7控制工作台6向双极性磨轮方向水平移动，待加工工件5靠近并接触双极性磨轮，火花放电产生于双极性磨轮边缘处，释放大量热量，在高温及爆炸力的作用下，材料剥离待加工工件5基体表面，实现材料的去除。同时，依靠双极性磨轮的物理磨削作用对放电加工后的表面碳化层进行打磨，实现材料高
质高效加工。
36.作为优选的实施方式，所述极性磨轮ⅰ1和极性磨轮ⅱ2为金属基颗粒增强复合材料的磨轮，磨轮由相同或不同导电材料的金属基体、颗粒增强磨料及粘结剂制成。所述导电材料基体为铝、铜、铁，颗粒增强磨料为刚玉、碳化硅、金刚石、立方氮化硼。
37.作为优选的实施方式，所述极性磨轮ⅰ1和极性磨轮ⅱ2的形状均为圆柱体。
38.作为优选的实施方式，颗粒增强磨料在极性磨轮中的体积分数为75％。
39.作为优选的实施方式，所述极性磨轮ⅰ1的直径为100mm、厚度为2mm，极性磨轮ⅱ2的直径为100mm、厚度为2mm。
40.作为优选的实施方式，所述绝缘介质层3为绝缘胶水或绝缘橡胶。
41.作为优选的实施方式，所述绝缘介质层3的厚度为50μm。
42.作为优选的实施方式，所述电源4为电火花加工脉冲电源。
43.实施例1
44.如图1所示，一种适用于绝缘硬脆性材料双极性磨轮电火花磨削加工装置，包括双极性磨轮、电源4、待加工工件5、数控系统7、工作台6。在工作台6上放置待加工工件5，将工作台6连接到数控系统7，通过数控系统7调整工作台6位置，使待加工工件5位于双极性磨轮正前方。电源4为电火花加工脉冲电源。
45.如图2所示，双极性磨轮由极性磨轮ⅰ1、极性磨轮ⅱ2和绝缘介质层3组成。极性磨轮ⅰ1与极性磨轮ⅱ2使用绝缘介质层3固定在一起组成一个双极性磨轮。极性磨轮ⅰ1与电源4负极相连接，极性磨轮ⅱ2与电源4正极相连接。将双极性磨轮安装在工作台上方。极性磨轮ⅰ1为直径100mm、厚2mm的铜基金刚石复合材料，极性磨轮ⅱ2为直径100mm、厚2mm的铝基碳化硅复合材料，绝缘介质层3为绝缘橡胶，绝缘橡胶厚度为50μm。
46.根据本发明提供的一种适用于绝缘硬脆性材料双极性磨轮电火花磨削加工装置，本发明还提出了一种适用于绝缘硬脆性材料双极性磨轮电火花磨削加工装置的加工方法，对待加工工件的加工过程包含以下步骤：
47.第一步、在工作台上方安装双极性磨轮：将极性磨轮ⅰ1与极性磨轮ⅱ2使用绝缘橡胶固定在一起组成一个双极性磨轮；极性磨轮ⅰ1与电源4负极连接，极性磨轮ⅱ2与电源4正极连接，之后将双极性磨轮安装在工作台6上方；
48.第二步、在工作台6上放置待加工工件5，将工作台6连接到数控系统7，通过数控系统7调整工作台6位置，使待加工工件5位于双极性磨轮正前方；
49.第三步、设定电火花放电电源4参数，包括电流参数、电压参数、脉宽参数、脉间参数；
50.第四步、通过数控系统7控制工作台6向双极性磨轮方向水平移动，使工作台6上的待加工工件5靠近并接触双极性磨轮，双极性磨轮开始对待加工工件5进行加工；加工时，火花放电产生于双极性磨轮边缘处，释放大量热量，在高温及爆炸力的作用下，材料剥离待加工工件5基体表面，实现材料的去除。同时，依靠双极性磨轮的物理磨削作用对放电加工后的表面碳化层进行打磨，实现材料高质高效加工。
51.本发明的双极性磨轮与待加工工件之间主要依靠放电产生的高温及爆炸力使材料剥离基体，与传统磨削加工相比，其与工件之间作用力较小，具有不受材料强度硬度以及导电性限制特点。
52.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。