超聲電解復合微細加工工藝試驗分析

汪建春 云乃彰 朱永偉

【摘 要】本文完成了對超聲加工與超聲復合電解加工的對照工藝試驗,對超聲復合電解加工過程中的注意事項作了表述,并對加工試驗結果作了分析,最后指出了該種加工方式以后發展的方向。

【關鍵詞】超聲加工 超聲電解復合加工 工藝試驗

【中途分類號】O212.6 【文獻標識碼】A 【文章編號】1673-8209(2009)11-0-02

隨著現代科學及及技術的迅速發展,航空航天領域各類飛行器及制導武器系統都趨向于精密化、小型化、微型化發展[1]。微細加工和特種加工所能達到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范圍和幾何形狀是衡量一個國家加工制造水平的重要標志之一。微細特種加工技術已經成為在國際競爭中取得成功的關鍵技術之一[2]。

本文針對超聲加工與超聲電解復合加工,做了對照工藝試驗,取得了一些成果。就此兩種加工方式,作出了客觀分析。

1 超聲復合電解加工原理

1.1 超聲加工原理

超聲加工是磨粒在超聲振動作用下的機械撞擊和拋磨作用以及超聲空化作用的綜合結果,其中,磨粒的機械撞擊作用是占主導地位的。超聲頻振動加工主要是由超聲波發生器、換能振動系統、磨料供給系統、工作臺等部分組成。換能器產生的超聲振動由變幅桿將位移振幅放大后傳輸給工具頭,工具頭作縱向超聲頻振動,連續的沖擊磨料顆粒,顆粒又摩擦加工表面,從而去除材料成型[3,4,5] 。此加工主要特點:對硬脆材料的加工效果好。不足之處:對非脆性材料加工效果不明顯。

1.2 電解加工原理

電解加工原理是基于電化學陽極溶解進行加工的。工件加在陽極,模具加在陰極,通以電流,從原理上講是離子去除,所以有比較高的加工精度。在加工過程中要有一定流速的電解液流通,以帶走電解去除的產物[6]。此加工主要特點:只有對導電材料才能進行加工,加工面積可以相相對對較大。不足之處:加工過程中會在電解材料表面產生“鈍化”,加工速度會變慢;電解加工過程中存在“雜散”腐蝕,對加工精度也有一定的影響[9]。

1.3 超聲復合電解加工原理

超聲頻振動復合電解加工,是指在超聲頻振動加工的基礎上,同時再引入電解電源進行電解加工,從而使得兩種不同的加工方式同時作用到同一個工件。

2 工藝試驗情況

2.1 試驗設備

主要試驗設備及儀器有:BDDC-150F型精密集成化超聲波電火花復合加工機,MC-6型脈沖電源,FL-2型分流器,YB54100型100MHz雙通道數字存儲示波器(如圖1,2所示),硝酸鈉,碳化硼電解液,YT15工件,小齒輪形及圓錐形工具頭(如圖3,4所示)等。

2.2 實驗數據及加工波形

2.2.1 實驗數據見表1

在以上加工過程中,用的工件材質YT15,加工連接方法如上圖2所示,當單一超聲加工時,圖2中工件及工具頭上電源線上不通電就可以,當超聲復合電解加工時,在工具頭及工件上接通3V脈沖電就可。

從圖5、圖6圖片顯示:圖5是單一超聲加工的工件照片,圖6是超聲復合電解加工的工作照片,兩者加工的時間相同,而圖5加工的精度及加工效率明顯圖6的。從圖7左邊與右邊的對照來看,也可以得出單一超聲加工的精度及加工效率明顯不如復合加工的。

2.2.2 加工波形

以下波形是指在超聲電解復合加工過程中,加了電解電壓后,在加工過程中,電流波形的測量,從而形成復合加工時電壓與電流的對照。

圖8(上)為復合加工時所加的電解脈沖電壓波形,圖8(下)為復合加工時所測量得到的加工電流波形。圖9為又通道示波器電壓電流的對照波形。從圖9可以得出:在電解脈沖電壓為正時,復合加工時才有超聲頻振動電流。這與理論上結論相一致。

2.3 超聲復合電解加工過程中的注意事項

第一:在復合加工時,要先啟動超聲加工,后再加入脈沖電壓。

第二:在復合加工時間到時,要先關閉脈沖電壓,再關超聲機。目的是防止電解過程中的短路。

第三:在工件與工作臺之間,要做好絕緣。

3 試驗分析及展望

從圖5及圖6對照及圖7左、右的對照來看,可以得出:復合加工的效果及效率都明顯比單超聲加工的效果好,加工精度及加工深度都要強。

在后續研究超聲電解復合加工時,要注重兩者復合的同步問題,那樣加工效果會更理想。

參考文獻

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[9] 李志永,季畫,電解加工在微細制造技術中的應用研究,機械設計與制造,2006(6)20-21.