[发明专利]用放电加工作表面处理的方法和设备

说明书

本发明涉及用放电加工对旋转切削工具或类似物件进行表面处理的方法和设备。

为处理切削工具的表面，使它覆有碳化钛(TiC)、氮化钛(TiN)或类似物质，经常采用诸如物理汽相淀积法(PVD)和化学汽相淀积法(CVD)等表面处理技术。另一方面，关于用放电加工的方法进行表面处理，已经提出过对于金属模具的表面处理，然而对于机械加工工具的表面处理或表面覆盖则尚未提出过。图12示出以往发表的用放电加工使表面改质的常用的方法和设备(如果想获得更详细的资料，请参阅Masui等人的文章，“用放电加工作表面合金化处理”，《电加工工艺》，第16卷，第53期(1993))。

参看图12，表面要改质的工件1靠近电极2放置，该电极用轴3来夹住，用一驱动机构(图中末示出)可使该轴沿垂直方向移动。电极2放在盛有电介质5的加工槽中，在电介质中含有改质用材料的粉末。加工用的电源6为加工过程提供能源。

加工条件列表如下：工  件   SKH51(61)电  极  铜(15×15毫米)电介质  照明用煤油

添加粉末  微细的钨粉末

颗粒直径  1.3微米(最大)

添加量    20克/1000毫升照明煤油

开路电压  80伏

峰值电流  2.5，5，10，20安

脉冲宽度  5，10，20毫秒

占空因数  0.3(恒定)

工作时，由加工用的电源6产生一脉冲电压，加在工件1和电极2之间以产生放电。在加工过程中，电极2连同轴3由驱动机构(图中未示出)沿垂直方向(Z方向)作伺服驱动。由于在电介质中含有钨的微细粉末，放电使得工件1的基底金属在工件1的表面上熔化，而在电介质5中的钨粉末进入表面，由此在工件1的表面上形成一改质层，即钨合金层。文献报告说，由正极性放电(电极为负，工件为正)可以提供特别平滑的改质层。在此项技术中，已经公知，采用含有硅、铬或类似元素的粉末的电介质进行的放电加工，也能在金属表面上形成一类似的改质层，该层能提供很好的耐腐蚀性和耐磨损性。

作为在金属表面上形成一层改质层的另一种相似的方法，日本公开特许公报No.HEI 2-83119揭示了一种方法，在该方法中，在电极和工件之间提供形成表面层用的粉末材料，以进行振荡式的放电加工。在此方法中，以在工件上形成表面层的材料作为粉末提供于加工间隙中，并进行振荡式的放电加工，为的是防止表面处理用的物质的粉末固着在表面上，从而可以提供一平滑的改质层，而被加工的材料表面的平滑度得以保持。

如上面的描述所设计的，以放电加工来进行表面处理的常用方法和设备，只允许对形状简单的被改质材料进行表面处理，而对形状复杂的被改质材料进行表面处理就有困难。对于切削工具的表面处理尤其如此，因为切削工具的切削刃口形状复杂，并在很大程度上取决于工具的类型。这样，当采用一电极来对一工具进行表面处理时，需要根据工具的切削刃口来制造一具有复杂形状的电极，或者根据切削刃口的形状来对复杂的电极移动轨迹进行编程，这在电极制造、编程和加工技术方面都要花费大量的劳动和金钱。再者，一般来说，加工工具在使用过以后，通常要用磨床来把它磨快。由于上面描述过的PVD或CVD方法在装置方面费用很贵，因而很少用PVD或CVD方法来再造加工工具。

因此，本发明的一个目的是克服常用方法和设备存在的问题，以在旋转切削工具的切削刃口和其他重要部分形成一改质层来延长切削工具的使用寿命。本发明的一个进一步的目的是使替换已用过的加工工具的操作变得容易。

图1是示出本发明第一个实施例的示意图。

图2A和2B表示以低速进行EDM(放电加工)过程时的工具的视图；图2C表示交替进行切削和EDM操作的波形图；以及图2D表示在切削期和EDM期，在切削刃尖处的加工机制。

图3A和3C表示关于第一个实施例的工具进给速度、EDM速率以及电压之间的相互关系。

图4A和4B示出用压制粉末块对一件工具的刃口进行改质的两种过程。其中，图4A对应于在一个过程中作放电表面处理和切削，而图4B对应于无切削的表面处理情形。而图4C示出这些过程对工具刃口的影响。

图5是示出本发明第二个实施例的加工的示意图。

图6是表示工具旋转对改质层厚度影响的曲线图。

图7是表示本发明第四个实施例的示意图。

图8A和8B为用混有粉末的加工液作放电表面处理的例子。它先采用高进给速度切削，然后采用低进给速度EDM。

图9A和9B表示另一个用混有粉末的加工液作放电表面处理的实施例，在该例中，EDM和切削交替进行。