[发明专利]一种螺旋工具电极及其双极性电解铣磨加工方法

说明书

本发明涉及一种螺旋工具电极及其双极性电解铣磨加工方法，属于电解磨削复合加工领域。螺旋工具电极包括刀杆，和与刀杆相连的工具头，在工具头的外周有螺旋槽，在工具头的端面覆盖磨料层，电绝缘层紧密贴合于工具头的外周和刀杆的端面，惰性金属层紧密贴合于电绝缘层。在双极性电解铣磨加工过程中，惰性金属层的电位高于工件的电位，在工件已加工表面及非加工区，磨料层的电势绝大部分被惰性金属层吸引，因此杂散电流腐蚀能够被抑制。而且，不溶性电解产物可通过螺旋槽的螺旋输送作用，加快其往外排出的过程，从而防止其黏附于工件表面。本发明可有效提高电解铣磨加工金属微小零件的效率、稳定性、精度及表面完整性，促进该技术在微尺度加工领域的推广和工业应用。

技术领域

本发明涉及一种螺旋工具电极及其双极性电解铣磨加工方法，属于电解磨削复合加工领域。

背景技术

随着材料科学与制造技术的发展，金属微小零件在生物医疗、航空航天、环境监测、电子封装等领域的需求量与日俱增。这些金属微小零件多采用钛合金、非晶合金等难切削加工材料，并且体积小、结构复杂，对精度及表面质量要求高，因而给当前的微细加工技术提出了重大挑战。

电解铣磨加工采用棒状带磨料的工具电极作为阴极，以类似多轴数控铣削加工的方式，通过电化学阳极溶解作用和机械磨削作用相复合实现材料去除，具有加工柔性好、加工效率高、刀具损耗小、加工精度高、表面质量好等优点，可望为金属微小零件的精密高效高品质加工提供一种更有的竞争力的实现途径。

目前，电解铣磨加工已经在宏观尺度加工领域展现出预期的良好效果，但在金属微小零件加工方面仍为国际研究空白领域。由于钛合金、非晶合金等易钝化、不溶性电解产物多、体积大且黏附性强，所以在电解铣磨加工金属微小零件过程中，一方面不溶性电解产物经常会黏附于工件表面，导致加工易发生短路，效率低、稳定性差；另一方面工件已加工表面在杂散电流作用下会产生点蚀，破坏精度及表面完整性。上述问题严重制约了电解铣磨加工技术在微尺度加工领域的推广及工业应用。

发明内容

本发明在于，针对上述问题，提出一种螺旋工具电极及其双极性电解铣磨加工方法，改善该技术在加工金属微小零件时的加工效率、加工稳定性、加工精度及表面完整性。

一种螺旋工具电极，其特征在于：它包括工具电极基体、磨料层、电绝缘层和惰性金属层；所述的工具电极基体具有阶梯圆柱体结构，包括刀杆和与之同轴相连的工具头；所述的工具头外侧壁开设有螺旋槽；所述的螺旋槽在工具头上的分布长度小于或等于工具头的长度；所述的工具头的底端面覆盖有磨料层；所述的工具头的侧壁外表面与刀杆的底端面均涂覆有电绝缘层；所述的电绝缘层外敷盖有不电化学溶解于中性盐溶液的惰性金属层；所述的刀杆的外径大于工具头的外径；所述的工具头的外径为0.1~1mm；所述的螺旋槽呈右旋或呈左旋走向；所述的电绝缘层的材质为氮化硅；所述的惰性金属层采用金或钛制作。

一种双极性电解铣磨加工方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、把刀杆的外侧壁装夹在机床主轴（图中未画出）的下端，且与工件的被加工面垂直；

S2、将脉冲电源的负极与刀杆的外侧壁相连，脉冲电源的正极同时与刀杆的底端面上的惰性金属层和电子负载的一端相连，电子负载的另一端与工件相连；

S3、设定电子负载为恒压工作模式，开启脉冲电源，并通过电子负载调节惰性金属层与工件之间的正电位差值△U，使惰性金属层的电位高于工件的电位；

S4、打开喷嘴的开关，使之向工具头底端面上的磨料层与工件之间的加工区喷射电解液；

S5、驱动刀杆高速旋转，同时按照设定轨迹使工具头相对于工件运动，此时，工件被加工区的金属在极小杂散腐蚀电流作用和不溶性电解产物被螺旋槽高效导出的状态下快速溶解，当工具头运动到设定轨迹的终点时，断开脉冲电源，关停喷嘴，工具头退出加工区，完成加工。