期 朱永伟等:超声电解复合微细加工装置与试验研究 3.4微凹坑加工 电解电流波形(对应电流传感器输出电压信号),由 图13为边长0.3mm方锥形阴极在YG8硬质图可以看出,电解作用与脉冲加电电压同步,在每个 合金表面加工微凹坑显徵照片。图13(a)为超声加加电脉冲区间,电流信号出现高频谐波,其频率对应 工,图13(b)~图13(d)分别为电压1V2V4V,于极间间隙的超声频变化。 频率5000Hz,占空比4:6的电解复合加工,采用碳 复合加工试验中,当电解液中磨料浓度过低 化硼(B4C)W10磨粉,静压力1.60N,加工时间粒度很细(特别是当电解电压超过5V)时,会出现 3 mine 明显短路放电火花,频繁出现的微火花作用会使工 件及阴极烧蚀,降低加工精度。选择较大超声振幅 粒度较大磨料或减小电解电压幅值,可有效避免 结论 (1)电解与超声频振动有机结合,超声振动冲 击与“空化”作用可有效去除电解钝化,排除产物并 及时更新电解液,改善加工间隙状况,充分发挥电解 a)单一超声加工 b)1V电解复合 “离子”去除材料机理优势,提高去除定域性能,在 ■具有较高加工速度同时有效提高微细加工精度表 面质量,实现“静液”电解微精加工 (2)采用2V~3V电解电压具有较佳的精度 与表面质量,电解电压大于5V时,易出现短路火花 烧蚀。 500m (3)采用更微细的超声磨料,或者控制电解加 电与超声振动相位同步,实现无磨料的电解复合徵 c)2V电解复合 (d)4V电解复合 细加工,将更有利于加工精度、表面质量的提高。 图13硬质合金上加工方锥形微凹坑 [参考文献] 由图13,电解复合加工深度(效率)明显高于单 超声加工,电压增加,加工效率增高,同时由于微王振龙等微细加工技术M].北京:国防工业出版社,200 细电解加工间隙有所增大,凹坑平面尺寸也有所扩 [2]李小海,王振龙,赵万生微细电化学加工研究新进展[门]电 大其中2V电压电解复合加工精度及表面质量y]王建业徐家文电解加工原理与应用[M】,北京;国防工业出 最佳。 版社,200 AUTO CHANKEL2 [4] Bhattacharyya B, Munda J, Malapati M. Advancement in electro- 」输入耦合 chemical micro- machining [J]. International Journal of Ma. 带宽限制 [5]朱永伟,吴冰杰,云乃彰.制作微器件的超声电解复合微细加 档位调节 工基础研究[J.电加工与模具,206,(2) A翻 [6]朱永伟,王占和,赵晒电解复合超声频振动微细加工装置与 试验研究[A]中国机械工程学会论文集[C],长沙,2007 [7] Zhu Y W, Xu Y M, Yun N Z. The test study of ultrasonic com- bined electrochemical micro-machining[ A]. 15International CHI-200V CH2-500 mV M 100 mposium on Electromachining( ISEM XV)[C], Pittshurgh UsA,2007:493-498 图14加工方锥形微凹坑电压与电流波形 [8]Zhao W S, Wang Z L, Di S C, et al. Ultrasonic and electric dis- charge machining to deep and small hole on titanium alloy [J] Journal of Materials Processing Technology, 2002, 120: 101 数字存储示波器在分析加工过程状况、优选加 工参数中具有重要作用。图14为在加工方锥形微 凹坑时,双通道数字存储示波器采集的电解电压与第 8期 朱永伟等 ：超声电解复合微细加工装 置与试验研究 991 3．4 微 凹坑加工 图 13为边 长 0．3mm 方锥 形 阴极 在 YG8硬质 合金 表面加工微 凹坑 显微照 片 。图 13(a)为超 声加 工 ，图 13(b)～图 13(d)分 别 为 电压 1V、2V、4V， 频 率 5000Hz，占空 比 4：6的电解 复 合 加工 ，采 用碳 化 硼 (B。C)W10磨 粉 ，静 压 力 1．60 N，加 工 时 间 3 min。 (a)单一超声加工 (c)2V电解复合 (d)4V电解复合 图 13 硬质合金上加工方锥形微 凹坑 由图 13，电解复合加工深度(效率)明显高于单 一 超声加 工 ，电压 增 加 ，加 工效 率 增 高 ，同 时 由于 微 细 电解加 工间隙有 所 增 大 ，凹坑 平 面 尺 寸也 有 所 扩 大 ，其 中 2V 电 压 电 解 复 合 加 工 精 度 及 表 面 质量 最佳 。 2 IY AUTO CHANKEL2 ； I输入耦合 风嗣；： 丽虿 ；． ；蘸璃．I垄堂 CH 1．2．00V CH2．5O．0mV M 100Its 图 l4 加工方锥形微凹坑电压与电流波形 数字存储示波器在分析加工过程状况、优选加 工参数 中具有 重 要作 用 。 图 l4为 在 加工 方 锥 形微 凹坑时 ，双通道数字存储示波器采集的电解 电压与 电解 电流 波形 (对 应 电流传 感 器输 出电 压信号 )，由 图可 以看 出，电解 作用 与脉 冲加 电电压 同步 ，在每个 加电脉冲区间 ，电流信号出现高频谐波 ，其频率对应 于极 间 间隙的超 声频变 化 。 复合 加工 试 验 中 ，当 电解 液 中磨 料 浓 度 过低 、 粒度很 细 (特别 是 当 电解 电压 超 过 5V)时 ，会 出现 明显短路 放 电火花 ，频 繁 出 现 的微 火 花作用 会 使 工 件及 阴极烧蚀 ，降低 加工 精度 。选择较 大超声振 幅 、 粒度较 大磨料 或减小 电解 电压 幅值 ，可有效避免 。 4 结 论 (1)电解 与超 声 频 振 动有 机 结合 ，超 声 振动 冲 击与 “空化 ”作 用可 有效 去除 电解 钝化 ，排 除产 物并 及时更新电解液 ，改善加工间隙状况，充分发挥电解 “离子 ”去 除材料机 理 优 势 ，提 高 去 除定 域性 能 ，在 具有较高加工速度同时，有效提高微细加工精度、表 面 质量 ，实现“静 液”电解 微 精加工 。 (2)采用 2V～3V 电解 电压具 有 较佳 的精度 与表面质 量 ，电解 电压 大于 5V时 ，易 出现 短路火花 烧蚀 。 (3)采用更微细的超声磨料，或者控制电解加 电与超声振动相位同步，实现无磨料的电解复合微 细加工 。将更有 利于 加工精 度 、表 面质量 的提高 。 [参考 文献 ] [I] 王振龙等．微细加工技术 [M]．北京 ：国防工业 出版社 。2005 [2] 李小海 ，王振龙 。赵万生．微 细电化学加 工研究新进展 [J]．电 加 工 与 模 具 ，2004，(2)：l一4 【3] 王建业 ，徐家文．电解加工原理与应用 【M]．北京 ：国防工业 出 版社 ，2001 [4] BhattacharyyaB，MundaJ，MalapatiM．Advancementinelectro· chemicalmicro．machining[J]．InternationalJournalofMa· chineTools＆ M anufacture，2004，44：1577～1589 [5] 朱永伟 ，吴冰杰 ，云乃彰 ．制作微器 件的超声 电解 复合微细加 工基 础研究 [J]．电加工与模具 ，2006，(2)：56～59 [6】 朱永伟 ，王 占和 ．赵晒．电解 复合超 声频 振动微 细加工装置与 试验研究 [A]．中国机械工程学会论文集[C]，长沙，2007 [7] ZhuYW，XuYM，YunNZ．Theteststudyofultrasoniccorn· binedelectrochemicalmicro·machining[A]．15 International Symposium OnE|ectromaehining(ISEM XV)【C】，Piushurgh USA，2007：493～498 [8] ZhaoW S，WangZL，DiSC，ela／．Ultrasonicandelectricdis· chargemachiningtodeepandsmallholeontitanium alloy[J]． JournalofMaterialsProcessing Technology，2002，120：101 ～ lO6 维普资讯 http://www.cqvip.com