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CN104842029A - 一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置 - Google Patents

一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置 Download PDF

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张昆
陈济轮
朱波
刘宪力
陈靖
荣天爱
马宁
沈岩
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    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
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Abstract

本发明属于航天或航空特种加工工艺领域，具体涉及一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置。本发明一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，适用于工件的超声辅助振动微细深小孔电火花加工，在电火花加工过程中将工件固定在超声工作台上，把超声发生装置的高频电能转变为机械能，带动工件做超声振动，辅助微细电火花加工；具体包括(1)超声发生装置；(2)压电陶瓷换能器；(3)变幅杆；(4)工装。在超声辅助振动适配参数组合状态下，加工效率提高1倍以上，电极损耗减少30％。

Description

一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置
技术领域
本发明属于航天或航空特种加工工艺领域，具体涉及一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置。
背景技术
微细电火花加工微细深孔时，工件上的蚀除物不易排出而聚积在孔的底部，容易产生二次放电、拉弧和短路等非正常放电现象，导致材料的蚀除速度急剧下降，甚至无法加工。为了提高微细电火花的加工能力和适用范围，改善加工状态，提高生产率，人们提出了超声波振动辅助微细电火花加工的方法。
超声波振动辅助微细电火花加工可分为工件振动的超声波振动辅助微细电火花加工和工具振动的超声波振动辅助微细电火花加工两种，但无论是工件振动还是工具振动，其加工原理是相同的。在超声波振动辅助微细电火花加工中，工件表面上所获得的超声能量很小，超声振动不直接参与加工过程，因此，其单次脉冲放电的物理过程与电火花加工基本相同。
附加的超声振动，可以使电极端面频繁进入合适的放电间隙，提高火花击穿的概率；同时超声的空化作用和泵吸作用，可以增大被加工材料的去除量，加速工作液循环，改善间隙放电条件，从而提高被加工孔的深径比、加工稳定性和加工效率，且在振幅得到良好控制的情况下，可以获得更高的加工精度。
鉴于上述优势，有必要研制一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，以提高微细孔加工深径比。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，利用该装置进行工件的超声辅助振动微细深小孔电火花加工，以提高微小 孔的深径比、加工稳定性和加工效率。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，适用于工件的超声辅助振动微细深小孔电火花加工，在电火花加工过程中将工件固定在超声工作台上，把超声发生装置的高频电能转变为机械能，带动工件做超声振动，辅助微细电火花加工；具体包括如下部件：
(1)超声发生装置 
通过超声发生装置将工频交流电转变为具有功率输出的超声频电振荡，输出功率和频率在设定范围内连续可调；超声发生器超声频率为28kHz和45kHz，45kHz为主频率，28kHz为谐振频率；超声功率50W，功率可调，输出功率调整范围为40％～100％的功率输出；
(2)压电陶瓷换能器
压电陶瓷换能器是筒状结构，利用压电效应将超声发生装置提供的超声频电振荡转换成机械振动；
(3)变幅杆
在换能器中轴向设置3个变幅杆，3个变幅杆沿压电陶瓷换能器圆周方向均匀分布并且距离压电陶瓷换能器的轴线位置相同，每个变幅杆的结构是上底直径小于下底直径的上细下粗的圆台结构，通过变幅杆将超声振幅扩大；
(4)工装
工件通过工装连接在工件附加超声振动装置，超声发生装置的机械振动经变幅杆放大后传给工件；工装为与压电陶瓷换能器的直径相同的筒状结构，通过焊接直接与变幅杆联接，工装圆心与压电陶瓷换能器的圆心重合。
进一步的，如上所述的一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置， 压电陶瓷换能器的直径为40mm；每个变幅杆是上底直径为2mm，下底直径为4mm，长度为30mm的上细下粗的圆台结构；工装是直径为40mm的圆柱体。
进一步的，如上所述的一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，超声发生装置为双频超声波发生器。
进一步的，如上所述的一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，超声发生装置的功率为50W。
进一步的，如上所述的一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，工装通过焊接固定在超声振幅杆的顶端。
进一步的，如上所述的一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，应用该工件附加超声振动装置时，微细电火花加工参数是：脉宽为100～200μs、脉间为100～200μs、脉宽:脉间＝1:1；平均电流、电压不变，加工过程中电源能量不变；单个脉冲能量和放电间隙随着脉宽的增大而增大；峰值电流为0.9～1.65A，开路电压为150～200V，伺服参考电压为55～70V。
进一步的，如上所述的一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，加工的工件是深径比为1:16的限流片，材料为1Cr18Ni9，加工参数为：超声发生装置超声频率为45kHz，超声输出功率为50％x50W＝25W，脉宽为100μs，脉间为100μs，峰值电流1.05A(14x0.075A＝1.05A)，开路电压为150V，伺服参考电压为70V。
采用上述技术方案中的有益效果在于：
(1)形成超声辅助振动装置1套，利用该装置完成了工件振动的超声波振动辅助微细电火花加工；
(2)在超声辅助振动适配参数组合状态下，加工深径比≥15；
(3)在超声辅助振动适配参数组合状态下，加工效率提高1倍以上；
(4)在超声辅助振动适配参数组合状态下，电极损耗减少30％。
附图说明
图1是本发明摩擦焊接接头结构示意图及形成的嵌接结构形式；
图2是变幅杆分布状况示意图。
图中：1超声发生装置,2压电陶瓷换能器,3变幅杆,4工装,5工件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，适用于工件的超声辅助振动微细深小孔电火花加工，在电火花加工过程中将工件固定在超声工作台上，把超声发生装置的高频电能转变为机械能，带动工件做超声振动，辅助微细电火花加工；具体包括如下部件：
(1)超声发生装置 
通过超声发生装置将工频交流电转变为具有功率输出的超声频电振荡，输出功率和频率在设定范围内连续可调；超声发生器超声频率为28kHz和45kHz，45kHz为主频率，28kHz为谐振频率；超声功率50W，功率可调，输出功率调整范围为40％～100％的功率输出；
(2)压电陶瓷换能器
压电陶瓷换能器是筒状结构，利用压电效应将超声发生装置提供的超声频电振荡转换成机械振动；
(3)变幅杆
在换能器中轴向设置3个变幅杆，3个变幅杆沿压电陶瓷换能器圆周方向均匀分布并且距离压电陶瓷换能器的轴线位置相同，每个变幅杆的结构是上底直径小于下底直径的上细下粗的圆台结构，通过变幅杆将超声振幅扩大；
(4)工装
工件通过工装连接在工件附加超声振动装置，超声发生装置的机械振动经变幅杆放大后传给工件；工装为与压电陶瓷换能器的直径相同的筒状结构，通过焊接直接与变幅杆联接，工装圆心与压电陶瓷换能器的圆心重合。
在本实施例中，压电陶瓷换能器的直径为40mm；每个变幅杆是上底直径为2mm，下底直径为4mm，长度为30mm的上细下粗的圆台结构；工装是直径为40mm的圆柱体。超声发生装置为双频超声波发生器，超声发生装置的功率为50W。工装通过焊接固定在超声振幅杆的顶端。
进一步的，如上所述的一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，应用该工件附加超声振动装置时，微细电火花加工参数是：脉宽为100～200μs、脉间为100～200μs、脉宽:脉间＝1:1；平均电流、电压不变，加工过程中电源能量不变；单个脉冲能量和放电间隙随着脉宽的增大而增大；峰值电流为0.9～1.65A，开路电压为150～200V，伺服参考电压为55～70V。
使用本发明这种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置加工的工件可以是深径比为1:16的限流片，材料为1Cr18Ni9，加工参数为：超声发生装置超声频率为45kHz，超声输出功率为50％x50W＝25W，脉宽为100μs，脉间为100μs，峰值电流1.05A(14x0.075A＝1.05A)，开路电压为150V，伺服参考电压为70V。

Claims (7)

1.一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，适用于工件的超声辅助振动微细深小孔电火花加工，其特征在于：在电火花加工过程中将工件固定在超声工作台上，把超声发生装置的高频电能转变为机械能，带动工件做超声振动，辅助微细电火花加工；具体包括如下部件：
(1)超声发生装置
通过超声发生装置将工频交流电转变为具有功率输出的超声频电振荡，输出功率和频率在设定范围内连续可调；超声发生器超声频率为28kHz和45kHz，45kHz为主频率，28kHz为谐振频率；超声功率50W，功率可调，输出功率调整范围为40％～100％的功率输出；
(2)压电陶瓷换能器
压电陶瓷换能器是筒状结构，利用压电效应将超声发生装置提供的超声频电振荡转换成机械振动；
(3)变幅杆
在换能器中轴向设置3个变幅杆，3个变幅杆沿压电陶瓷换能器圆周方向均匀分布并且距离压电陶瓷换能器的轴线位置相同，每个变幅杆的结构是上底直径小于下底直径的上细下粗的圆台结构，通过变幅杆将超声振幅扩大；
(4)工装
工件通过工装连接在工件附加超声振动装置，超声发生装置的机械振动经变幅杆放大后传给工件；工装为与压电陶瓷换能器的直径相同的筒状结构，通过焊接直接与变幅杆联接，工装圆心与压电陶瓷换能器的圆心重合。
2.如权利要求1所述的一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，其特征在于：压电陶瓷换能器的直径为40mm；每个变幅杆是上底直径为2mm，下底直径为4mm，长度为30mm的上细下粗的圆台结构；工装是直径为40mm 的圆柱体。
3.如权利要求2所述的一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，其特征在于：超声发生装置为双频超声波发生器。
4.如权利要求3所述的一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，其特征在于：超声发生装置的功率为50W。
5.如权利要求1所述的一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，其特征在于：工装通过焊接固定在超声振幅杆的顶端。
6.如权利要求1所述的一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，其特征在于：应用该工件附加超声振动装置时，微细电火花加工参数是：脉宽为100～200μs、脉间为100～200μs、脉宽:脉间＝1:1；平均电流、电压不变，加工过程中电源能量不变；单个脉冲能量和放电间隙随着脉宽的增大而增大；峰值电流为0.9～1.65A，开路电压为150～200V，伺服参考电压为55～70V。
7.如权利要求1所述的一种用于超声电火花加工的工件附加超声振动装置，其特征在于：加工的工件是深径比为1:16的限流片，材料为1Cr18Ni9，加工参数为：超声发生装置超声频率为45kHz，超声输出功率为50％x50W＝25W，脉宽为100μs，脉间为100μs，峰值电流1.05A(14x0.075A＝1.05A)，开路电压为150V，伺服参考电压为70V。
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