第8期 朱永伟等:超声电解复合微细加工装置与试验研究 采用共振稳定性好的 图8(a)、图8(b)为用微细线切割方法制作的 指数变幅杆,材料选用调 微凸起阴极;图8(c)为利用微细线切割方法制作的 质45钢,具有一定刚度及 阵列母电极,再通过“套料+平动”微细放电加工可 耐抛磨性能,根据声波传 制作图8(d)所示圆柱状微凸起阴极。微凸起阴极 播的半波谐振长度确定变 (a)反拷母电极 可在摩擦副表面加工出“微凹坑”,可贮存润滑液及 幅杆与工具阴极结构尺方形阴极反拷块内型面纳表面微细夹杂物,从而改善零件表面的摩擦学 寸,设计制作指数变幅杆 性能。 及微细阴极端部如图5。 极与变幅杆连 3试验及分析 接后,用微细组合电加工 3.1单一超声加工和复合加工比较 进行阴极端部加工,可有 脉冲电源电压幅值为2V频率为5000Hz,占 效保证加工与安装精度。 空比3:7,磨料400目碳化硅(SC),静压力0.50N 如图6所示,先用微 平动半径R放电间隙δ 磨料悬浮液浓度为10%,电解液为5%的NaNO3水 细电火花加工制作出各种 (b)平动放电 溶液,超声振幅±0.03mm。在硬质合金YT15上电 形状的反拷母电极,再利 解复合超声振动加工直径0.250mm微孔,尺寸精 用平动微细电火花放电原 度可达±0.02mm,圆度可达±0.003mm161。 可制作出各种相同截 从图9(a)可以看出,对硬质合金YT15材料 面、不同尺寸的微细阴极。 ooo 直流(或脉冲)电解复合超声振动加工速度均比单 7为平板电极二轴 纯超声加工高,因脉冲电解电流有效值较直流小,加 联动进给放电加工微轴 工效率相对较低,但效率仍高于单一超声加工;超声 阴极,加工后微轴直径:d (c)微细阴极照片 脉冲电解复合加工阴极损耗量最小,单一超声加工 2(H-8),此方法理论图6微细电火花平动+工具损耗量最大,原因是电解作用生成强度远低于 上可制作任意微小直径 反拷制作阴极端部基体材料的钝化膜,更易于被超声作用去除,同时脉 微轴,但受加工条件制约 冲电流间歇性进行电解作用,改善了电解加工过程, 主轴转向加工前直径D加工后直径d 能及时更新电解液与排除产物,减小了加工区沉积 的磨料及加工产物对阴极进行的持续抛磨,从而减 小了阴极损耗,如图9(b)所示。 铜板电极 0.14 电极损耗 ■单一超声加工 (a)联动进给放电制作微轴阴极 (b)阴极照片 ■超声+直流电压2V 图7联动进给放电方法制作微细轴阴极 口超声+脉冲电压2V (a)加工速度比较 0.14 (a)菱形微凸起阴极照片 b)方锥形微凸起照片 ■单一超声加工 008 ■超声+直流电压2V 超声+脉冲电压2 (b)阴极磨损量比较 (c)阵列孔母电极照片 (d)阵列微细轴阴极照片 图8组合放电加工微凸起阴极 图9超声加工和复合加工速度与阴极磨损量比较第 8期 朱 永 伟 等 ：超 声 电 解 复 合 微细 加 工 装 置 与 试 验 研 究 989 采用共 振稳定 性 好 的 指数 变幅杆 ，材 料选 用 调 质 45钢 ，具 有一定 刚 度及 耐抛 磨 性 能 ，根 据 声 波 传 播 的半波谐 振长 度确定 变 幅杆 与 工 具 阴 极 结 构 尺 寸 ，设 计 制 作 指 数 变 幅 杆 及微细 阴极端部如 图 5。 微细阴极 与变幅 杆连 接后 ，用 微 细 组 合 电加 工 进行 阴极 端 部 加 工 ，可 有 效保证加工 与安装精度 。 如 图 6所 示 ，先 用 微 细电火花加工 制作 出各种 形 状 的 反拷 母 电极 ，再 利 用平动微细 电火花放 电原 理 ，可 制作 出各 种 相 同 截 面、不同尺 寸的微 细阴极 。 图 7为平板 电极 二轴 联 动 进 给 放 电 加 工 微 轴 阴极 ，加工 后微 轴 直 径 ：d = 2(H 一 )，此 方 法 理 论 上 可 制 作 任 意 微 小 直 径 微 轴 ，但受加 工条件制 约 。 (a)反拷母 电极 方形阴极 反拷块内型面 (c)微细阴极照片 图 6 微 细 电 火 花 平 动 + 反拷制作阴极端部 (a)联 动进给放电制作徽轴 阴极 (b)阴极照 片 图 7 联 动进 给放 电方法制作微细轴阴极 (a)菱形微凸起 阴极照片 (b)方锥形微凸起照片 一 (c)阵列孔母 电极照片 (d)阵列微细轴 阴极照片 图 8 组 合 放 电 加 工 微 凸起 阴极 图 8(a)、图 8(b)为用 微 细 线 切割 方 法 制作 的 微 凸起 阴极 ；图 8(c)为利 用微 细线切 割方 法制作 的 阵列母 电极 ，再 通过 “套料 +平 动 ”微细 放 电加工 可 制作 图 8(d)所 示 圆柱状 微 凸起 阴 极 。微 凸起 阴极 可在摩 擦副表 面加 工 出“微 凹坑 ”，可贮 存 润滑 液及 容纳表 面微 细夹杂 物 ，从 而 改 善零 件 表 面 的摩擦 学 性能 。 3 试验 及分 析 3．1 单一超声加工和复合加工 比较 脉 冲 电源 电 压 幅值 为 2V、频 率 为 5000Hz，占 空 比 3：7，磨料 400目碳 化硅 (SiC)，静 压力 0．50N， 磨料悬 浮液浓 度 为 10％ ，电解 液 为 5％ 的 NaNO，水 溶 液 ，超声振 幅 ±0．03mm。在硬 质合 金 YT15上 电 解复合 超声振 动加 工直径 f2j0．250mm微孔 ，尺 寸精 度 可达 ±0．02mm，圆度可 达 ±0．003mm 。 从图 9(a)可 以看 出，对硬质合金 YT15材料 ， 直流(或脉 冲)电解复合超声振动加工速度均比单 纯 超声加 工高 ，因脉 冲电解 电流有 效值较直 流小 ，加 工效率相对较低 ，但效率仍高于单一超声加工；超声 脉 冲 电解 复合加 工 阴极 损 耗 量 最小 ，单 一 超声 加工 工 具损耗 量最大 ，原 因 是 电解 作 用 生成 强度 远 低于 基 体材料 的钝化 膜 ，更 易于被 超声 作用去 除 ，同时脉 冲电流 间歇性进 行 电解 作用 ，改善 了 电解加 工过程 ， 能 及时更 新 电解 液 与排 除 产 物 ，减 小 了加 工 区沉积 的磨料及 加工产 物对 阴极 进 行 的持 续 抛 磨 ，从 而减 小 了 阴极 损耗 ，如 图 9(b)所示 。 基 基一 隧 雩 督 ． 量 基 一 H 目 基 基一 咖j 雩 量 基 H 晏 晕 窭 一单一超声加工 一超声 +直流 电压 2V 口超声 十脉冲 电压 2V 一单一超声加工 一超声 +直流电压 2V 口超声 +脉冲电压 2V (b)阴极磨损量 比较 图 9 超声加工和复合加工速度与阴极磨损量比较 一 I 维普资讯 http://www.cqvip.com