一種面向非導(dǎo)電硬脆材料的微細(xì)高效加工裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型屬于復(fù)合微細(xì)加工領(lǐng)域，涉及一種面向非導(dǎo)電硬脆材料的微細(xì)高效加工裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]硬脆材料等難加工材料的微細(xì)加工有傳統(tǒng)加工及特種加工技術(shù)兩大類。傳統(tǒng)機(jī)械加工常用金剛石車削、精密磨削及精密研磨等加工方法，但是傳統(tǒng)機(jī)械加工在加工硬脆材料時(shí)往往很難獲得良好的加工效果，加工周期及生產(chǎn)成本高；殘余應(yīng)力及微裂紋往往使加工后的零件報(bào)廢。特種加工在微精加工中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，不受工件硬度影響、殘余應(yīng)力小、工具損耗小等優(yōu)點(diǎn)使其特別適合硬脆材料的微細(xì)加工，因而硬脆材料的微細(xì)加工往往使用特種加工或復(fù)合加工。
[0003]硬脆材料的特種加工技術(shù)通常使用微細(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工、輔助電極電火花加工、微細(xì)激光束加工及微細(xì)超聲加工，或者采用多種加工裝置組合而成的微細(xì)復(fù)合加工等，這些加工方式在硬脆材料的微細(xì)加工中發(fā)揮著重要的作用，但是也有一定的局限性。微細(xì)電火花和微細(xì)電解加工硬脆材料都要求工件導(dǎo)電，并且加工效率不高，工作液或者電解液更新緩慢，排肩效率低；輔助電極電火花加工雖然可以加工非導(dǎo)電硬脆材料，但是其排肩困難，加工效率不高；微細(xì)超聲加工對于硬度高的材料加工效率較低，且精度不高。
[0004]公開號為“CN 1400077A”的中國發(fā)明專利公開了一種動(dòng)壓軸承裝置的制造方法及動(dòng)壓軸承裝置，其內(nèi)容是利用超聲波振動(dòng)發(fā)生裝置對電解液給予超聲波振動(dòng)激勵(lì)進(jìn)行電解加工，加工精度良好。此專利應(yīng)用范圍有限，主要用于動(dòng)壓軸承的高精度凹槽加工，很難實(shí)現(xiàn)零件的微細(xì)加工；另一方面因其加工利用電解原理，要求工件導(dǎo)電，限制了推廣使用。
[0005]公開號為“CN101972874A”的中國專利公開了一種電解電火花切削復(fù)合微細(xì)加工裝置及其加工方法，其內(nèi)容是利用加工電極和非導(dǎo)電待加工工件可物理接觸的特點(diǎn)，引入切削加工，使其成為一種新的電解電火花切削復(fù)合微細(xì)加工，但這種加工方法仍存在宏觀切削力，容易產(chǎn)生微裂紋及熱應(yīng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種面向非導(dǎo)電硬脆材料的微細(xì)高效加工裝置。
[0007]本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008]—種面向非導(dǎo)電硬脆材料的微細(xì)高效加工裝置，包括機(jī)床床身、電解-電火花加工單元、超聲振動(dòng)工作臺和進(jìn)給工作臺；進(jìn)給工作臺安裝在機(jī)床床身上，超聲振動(dòng)臺固定連接在進(jìn)給工作臺上，工件固定在超聲振動(dòng)臺上；電解-電火花加工單元包括主軸、工具電極、輔助電極、電解-電火花電源，主軸垂直于超聲振動(dòng)臺放置；超聲振動(dòng)工作臺包括超聲波電源、超聲換能器、變幅桿、及振動(dòng)圓盤；其特征是:進(jìn)給工作臺具有X和Y兩個(gè)自由度，主軸具有Z方向的移動(dòng)；超聲振動(dòng)工作臺與工件固定連接，將超聲振動(dòng)傳遞給工件，驅(qū)動(dòng)工件沿主軸軸向進(jìn)行超聲振動(dòng)；主軸采用電主軸，轉(zhuǎn)速為0-50000r/min。
[0009]本實(shí)用新型將微細(xì)超聲輔助電解-電火花加工有機(jī)復(fù)合在一起，依靠工具電極與輔助電極電解產(chǎn)生的氣泡，并通過工件超聲振動(dòng)的空化等作用形成均勻的氣膜，工具電極與工件表面的電解液放電擊穿氣膜，達(dá)到去除工件材料的目的；工具電極的高速旋轉(zhuǎn)有效加快電解液的更新和加工產(chǎn)物的排除，工件的超聲頻振動(dòng)使得工具電極周圍氣泡均勻化，并且能優(yōu)化間隙電場，使加工過程更加穩(wěn)定，在顯著提高加工效率的同時(shí)，降低生產(chǎn)成本，有效提高加工精度和表面質(zhì)量。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明裝置示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明工件超聲振動(dòng)對氣泡分布的影響圖。
[0012]圖中:1 一主軸、2—工具電極、3—電解液、4一工件、5—振動(dòng)圓盤、6—變幅桿、7—超聲波換能器、8—進(jìn)給工作臺、9一超聲波電源、10—輔助電極、11一電解-電火花電源、12 一電流傳感器、13 一數(shù)字存儲(chǔ)不波器、14 一控制計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的三個(gè)最佳實(shí)施例。
[0014]實(shí)施例一:
[0015]—種面向非導(dǎo)電硬脆材料的微細(xì)高效加工裝置，包括電解-電火花加工單元、超聲振動(dòng)工作臺和進(jìn)給工作臺等。電解-電火花單元由主軸1、工具電極2、電解液3、工件4、進(jìn)給工作臺8、輔助電極10及電解-電火花電源11組成；其中工具電極2、輔助電極10和工件4浸沒在電解液3中；工具電極2接電源的負(fù)極，輔助電極10接電源正極；主軸1具有Z方向的位移，并且可以高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給工作臺8可以實(shí)現(xiàn)X和Y兩個(gè)方面的位移及轉(zhuǎn)動(dòng)。超聲振動(dòng)工作臺包括超聲波電源9、超聲波換能器7、變幅桿6和振動(dòng)圓盤5 ;其中工件4通過精密螺栓固定在振動(dòng)圓盤5上，振動(dòng)圓盤5與變幅桿6使用精密螺栓連接；超聲波電源9發(fā)出信號經(jīng)超聲波換能器7將電信號轉(zhuǎn)變成機(jī)械振動(dòng)，再經(jīng)變幅桿6放大，將超聲振動(dòng)傳遞給振動(dòng)圓盤5和工件4。電解-電火花加工單元及超聲振動(dòng)振動(dòng)工作臺的控制，加工過程中的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)整，超聲振動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)間等均由控制計(jì)算機(jī)14控制。對非導(dǎo)電硬脆材料加工時(shí)，非導(dǎo)電工件4沿主軸1方向做超聲振動(dòng)，電解-電火花電源11采用直流高頻脈沖電源，首先工具電極2與輔助電極10在電解液3中發(fā)生電解反應(yīng)，工具電極2采用鎢針，電解液3采用的是20%的氫氧化鉀溶液，工具電極2周圍析出氫氣，形成氫氣泡，工件4的超聲振動(dòng)使工具電極2周圍的氣泡分布均勻化，形成厚度一致的氣膜；由于氣膜的阻隔、絕緣，工具電極2與工件4表面的電解液之間形成放電通道擊穿氣泡膜，瞬時(shí)的高溫將工件材料以氣化、熔化等方式去除工件材料，螺旋形工具電極2的高速旋轉(zhuǎn)及工件4的超聲振動(dòng)帶動(dòng)電解液3的快速更新，進(jìn)而使排肩大大加快，減少阻塞，大大提高了加工效率和加工質(zhì)量。
[0016]圖2中反映，工件4的超聲振動(dòng)對于工具電極2周圍氣泡分布的影響。工件4不振動(dòng)時(shí)，氣泡分布散亂，不均勻，有些地方氣泡少，有的地方氣泡多，給加工帶來影響；工件4超聲振動(dòng)時(shí)，氣泡在工具電極2周圍分布均勻，形成氣膜，有利于后續(xù)的加工過程。
[0017]實(shí)施例二:
[0018]電解-電火花電源11采用直流脈沖電源，電解液3采用氫氧化鈉溶液，其他如實(shí)例一。
[0019]實(shí)施例三:
[0020]工具電極2采用鋼針，變幅桿6與振動(dòng)圓盤5、振動(dòng)圓盤5與工件4之間均采用粘接固定連接，其他如實(shí)例一。
[0021]本實(shí)用新型具有低電壓放電的高精度，還可獲得良好的表面質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)；工件的超聲振動(dòng)及螺旋電極的高速旋轉(zhuǎn)，大大提高了加工效率；尤其適合非導(dǎo)電硬脆材料的微細(xì)加工，有利于提高加工精度和表面質(zhì)量，可適應(yīng)大批量生產(chǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種面向非導(dǎo)電硬脆材料的微細(xì)高效加工裝置，包括機(jī)床床身、電解-電火花加工單元、超聲振動(dòng)工作臺和進(jìn)給工作臺(8);進(jìn)給工作臺安裝在機(jī)床床身上，超聲振動(dòng)臺固定連接在進(jìn)給工作臺(8)上，工件(4)固定在超聲振動(dòng)臺上；電解-電火花加工單元包括主軸(1)、工具電極(2)、輔助電極(10)、電解-電火花電源(11)，主軸(1)垂直于超聲振動(dòng)臺放置；超聲振動(dòng)工作臺包括超聲波電源(9)、超聲換能器(7)、變幅桿(6)及振動(dòng)圓盤(5);其特征是:進(jìn)給工作臺(8)具有X和Y兩個(gè)自由度，主軸(1)具有Z方向的移動(dòng)；超聲振動(dòng)工作臺與工件(4)固定連接，將超聲振動(dòng)傳遞給工件(4)，驅(qū)動(dòng)工件(4)沿主軸(1)軸向進(jìn)行超聲振動(dòng)。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于復(fù)合微細(xì)加工領(lǐng)域，公開了一種面向非導(dǎo)電硬脆材料的微細(xì)高效加工裝置。本實(shí)用新型包括機(jī)床床身、電解-電火花加工單元、超聲振動(dòng)工作臺和進(jìn)給工作臺；由于螺旋形工具電極的高速旋轉(zhuǎn)及工件的超聲振動(dòng)，間隙流場能高效更新電解液。本實(shí)用新型將超聲振動(dòng)、電解、電火花、高速鉆銑削等加工方法有機(jī)的結(jié)合在一起，完成非導(dǎo)電微結(jié)構(gòu)的加工；即將工件、工具電極和輔助電極浸入電解液中，輔助電極與工具電極發(fā)生電解反應(yīng)，接負(fù)極的工具電極表面析氫形成絕緣氣膜，超聲振動(dòng)的空化作用有利于工具電極表面氣膜的產(chǎn)生和均勻化，加工時(shí)，工具電極與工件表面的電解液發(fā)生火花放電擊穿氣泡膜，由此產(chǎn)生的高溫蝕除非導(dǎo)電工件材料。具有高效率、高精度及成本低等優(yōu)點(diǎn)，非常適合非導(dǎo)電硬脆材料的微細(xì)加工。
【IPC分類】B28D1/00, B23H5/02
【公開號】CN205129105
【申請?zhí)枴緾N201520829416
【發(fā)明人】劉勇, 張建華, 王明宇
【申請人】山東大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年10月23日