（优秀毕业全套设计）硬质合金超声复合电加工设计及试验㊣精品文档值得下载

（优秀毕业全套设计）硬质合金超声复合电加工设计及试验

的不良影响将变得很小，杂散腐蚀现象可以完全避免，从而获得所需的形状和尺寸。．超声电解复合微细加工中，超声作用需去除的是电解钝化膜，磨料粒度可以更微细，可使用级微粉甚至无磨料加工，从而可最大限度地减小超声加工工具损耗，大幅度提高微细加工精度，减小粗糙度。另外低浓度钝化性电解液，不具污染性，且在超声频振动微电流电解作用时采用“静态”供液即可，无需常规电解加工的电解液循环系统，便于实现低成本及清洁绿色制造。图.效率曲线.超声电解复合微细加工方式的材料去除是以钝化膜层为单位亚级，电解钝化与超声作用消除交替进行，机理上可保证加工过程中钝化膜产生和去除的协调配合，解决电解微细加工过程难以持续的问题，使其实用成为可能。因此超声电解复合微细加工工艺在机理上能够保持两种特种加工方法的优点，可提高加工精度，具有独特的优越性。超声电解加工在确保加工精度的同时,大副提高了加工速度,有效提高加工精度.然而,但是该项技术仍不成熟,仍然存在些缺陷等待解决如电流密度较大时加工杂散腐蚀现象从外电源漏散电流而引起的金属腐蚀。当杂散电流在金属构件的表面区域离开金属电子导体相而进入介质离子导体相时，对于金属构件的这区域来说，是阳极电流，故加速金属的阳极溶解，造成由杂散电流而引起的“腐蚀”破坏。严重，采取超高频脉冲电源混气加工或复合电解液等措施，虽可得到定程度改善，但还需要进步探索。综上所述,超声电解复合微细加工可保持电解加工高效率阴极损耗小的优点，同时超声振动脉冲电流又可以改善电解加工过程，具有复合技术优势，能够满足微细加工的要求，具有进步研究和应用的前景。.本章小结本章分析了超声电解以及超声电解复合加工的原理和特点，探讨超声电解加工可行性与技术优势，为试验系统构建建立了基础。第三章超声电解复合加工实验构建微细加工材料需要的去除量微小，加工精度要求很高，为了避免大电流密度的杂散腐蚀作用，电解作用须在低电位微电流密度下进行，即处于效率曲线的钝化区，并且不能采用活性大但杂散腐蚀严重的电解液，这样，用单电解方式加工时，材料开始虽可以电解，但随着加工过程的继续，工件阳极超电位升高，加工进入钝化区，工件表面产生低电流密度难以破坏的钝化膜，阻止电解作用的持续进行，这就使单电解方式在微细加工中的应用受到限制。至于超声加工技术，比较适合于加工硬脆材料，特别是陶瓷材料，表面粗糙度较低，尺寸精度较高，并且不存在残余应力，不改变组织结构但缺点是超声加工工具有损耗，加工效率较低，且在材料面积韧性较大时，效率显著降低，应用受到限制。可见，单独使用电解或超声波加工方法加工硬脆材料都不是最好的方法。初步研究分析证明，将超声频振动加工工艺和脉冲电流电解加工工艺有机复合，扬长避短，可发展成为各种材料微器件加工的种全新工艺。.复合加工机理换能器.变幅杆.电解液和磨料.工件.直流电源.工具.超声发生器图.超声电解复合加工原理图超声电解复合微细加工是加工硬脆材料的新工艺，是将超声频振动加工脉冲电流及电解加工技术等多种工艺有机复合在起的种加工方法。加工原理如图.，换能器将超声波发生器输出的高频电信号转变为机械振动能，通过变幅连接件使工具端面作小振幅超声高频振动，工具头和工件分别接脉冲电解电源的负极和正极，加工区充满磨料电解液组成的复合工作液，在超声和脉冲电解双重作用下加工部位逐步蚀除，最终形成与工具头端面形状相关的加工件。超声电解复合微细加工采用磨料定浓度钝化性电解液组成的复合工作液，加工开始后，由于微电流电解作用在工件表面产生厚度极薄强度远低于基体材料的钝化膜，引入超声频振动脉冲电流后，高频振动冲击波及“负压空化”作用能完全消除这层电解钝化膜，有效及时地排除间隙区的电解加工产物，改善及加强电解作用，使加工过程连续进行下去。同时，又由于采用高频脉冲电流，电解作用间歇进行，更有利于改善及稳定电解加工的间隙状态，提高电解去除的定域性，进而提高加工精度及表面质量。钝化膜破坏后的表面又迅速由于电解作用而产生新的钝化膜，阻止进步电解，这样可避免通常大电流密度电解时产生的杂散腐蚀作用。这种特性对器件的高深度比沟槽加工非常重要。可见，在整个加工过程中，工件表面始终处于钝化活化钝化不断交替变化作用下，逐渐有选择地去除，从而达到表面微精光整加工的目的。如果在此基础上，将超声电源的交变电信号通过调制电路产生电解电源的斩波信号，从而使电解直流电压成为与工具阴极超声振动振幅保持相位有序的脉冲电压，实现超声振动与脉冲电流同步协调的振动电解微细加工。即当阴极振动与微器件接近区间加电解脉冲幅值，开始电解作用，振动远离区间为电解脉冲间隔，进行加工产物的排除与电解液的循环更新，这种方式更有利于加工过程的改善和加工产物排除，更容易实现“静液”方式的微细电解加工，有利于提高微细加工精度和加工效率，加工过程稳定性会更好。.复合加工技术优势仅用振动微电流电解复合作用虽然对硬脆金属材料加工能取得良好效果，但对于半导体如硅片加工效果甚微，对非导电材料更难以进行振动微电流电解复合加工，这时采用辅助阳极及合适的电参数，利用超声冲击空化效应及加工区阴极的析氢气体在加工区产生微火花放电条件实际试验中当电压达到以上即可有微火花出现对于半导体及陶瓷等绝缘材料借助阴极析氢作用，在附加阳极与阴极间形成气泡，加工区产生微火花放电电解及超声的多重复合加工。理论上火花放电对阴极有定的损耗作用，但微火花放电是在电解液中进行，可以通过控制电参数及辅助阳极位置有效减小，而绝缘材料加工效率及精度得到有效提高。.构建实验系统采用图.所示的微细加工试验系统。用组合电加工方式制作的微细工具阴极通过植物油耦合与变幅杆连接，以减少能量损失，变幅杆在换能器带动下作超声频振动，换能器将超声发生器提供的超声频交流电信号转化为超声频机械振动。换能器采用磁致伸缩式镍材振子，机械强度高性能稳定，利用其磁致伸缩效应将电能转变成超声频机械振动，调节激振电容，将振动频率调至系统共振点，可得到最大振幅。因为能量密度,即因此振幅大小可由调节电源功率得到，超声振动经变幅杆放大，传到工具头阴极端面实现超声作用。工件由粘接剂或双面胶固定于绝缘工作台上，电解电源引线正负极分别与微器件及阴极连接，微器件加工采用含微细磨粒的钝化性电解液，因材料去除总量微小，加工产物可由超声振动“空化”效应及时带出加工区，采用“静态”方式提供电解液即可。在连通器压力油的作用下，安装在工作台上的微器件与工具阴极间保持定的微压力，大小可由砝码微细精确调节。阴极与工件之间的间隙随高频振动作周期性变化，随着加工深度增加，工作台在压力油的作用下自动向上位移，微器件加工深度由向测微仪给出。在电解电源线路中串入分流器或电涡流传感器，可将复合加工中的电解电流信号通过数字存储示波器及机进行记录，以便分析调节加工参数。图.超声电解实验系统超声发生器是具有自动频率跟踪的正反馈放大器，利用电子管工作的不稳定性产生原始工作信号，通过选频回路，选出有用信号，由激励器电子管激励放大，其信号频率为换能器的工作频率，电子管组成推挽功率放大器，调谐指示器可调节指示输入功率磁化电源提供换能器直流电流，消除超声振动倍频现象。图.超声发生器工作原理超声装置由超声发生器及超声频振动头两大部分组成，包括振动头机座液压升降机构旋转工作台等部分组成，超声振动头主要包括换能器和升降机构。超声换能器是超声装置的核心部分，它采用性能稳定可靠的镍材磁致伸缩式结构。端用钎焊的方法使之与传振杆联接，另端装有吸声罩，用以提高换能器的单面发射效率，传振杆和变幅杆按照换能器的标称工作频率设计，故不应任意改变其几何形状尺寸。传振杆中间法兰盘法兰盘只是个统称，通常是指在个类似盘状的金属体色的周边开上几个固定用的孔用于连接其它东西。它的作用是连接及传动。使换能器固定在振动头上，变幅杆与传振杆之间由螺纹联接，为了保证超声波传输有良好的声耦合，连接处的加工精度要求较高。振动头的内腔有冷却水套冷却换能器，可保证其正常工作时不会因温度过高而烧坏换能器绕组。振动头的升降机构包括振动头立柱和调节螺母，锁紧螺钉。超声装置采用螺纹立柱来导向和升降，且用锁紧装置定位。液压升降可旋转工作台由液压系统传动链纵横进给机构三个部分组成。液压系统由两个液压耦件组成，采用间隙式密封，故反应灵敏，此耦件制造时要求精度高，所以油缸体和柱塞采用研配，无互换性，以保证此偶件合理的配合间隙，以防压力油泄流。在液压升降台中，工作台套与柱塞之间加了个轴承来保证柱塞仅能上下滑动而无旋转，以减少液压耦件的磨损。此外，在传动链中，采用了寿命长成本低的耐油型圈作为传动带。电机安装板和滑圈可绕立柱转动，以调整皮带的松紧，使之经常处在正常工作状态。超声发生器部分的输出功率及工作频率连续可调工作频率为.连续可调。利用构造的超声电解复合微细加工系统可以进行单超声加工超声直流电解以及超声脉冲电流电解复合微细加工试验。.变幅杆设计与制作变幅杆的作用是把机械震动的质点位移或速度放大，或者将超声能量集中到叫嚣的面积上，即聚能作用。变幅杆可制成锥形的指数形的阶梯形的。本试验采用指数型变幅杆。设计频率为，变幅杆所用材料为调质号钢，纵波在杆中的传播速度，宽端直径，窄端直径为阴极设计的工作长度，大端直径小端直径。计算指数型变幅杆的主要参数面积系数，.半波谐振长度.检查是否满足限制条件。，因此，可知工作频率满足限制条件质点位移节点位移节点为从宽端算起的距离，此点变幅杆振幅为零。对于指数形变幅杆轴向直径变化查表可得变幅杆长.轴向的直径变化按计算，。根据上面所求出的参量，计算出变幅杆外形的加工尺寸，确定指数型变幅杆轴向直径的变化情况，如图.所示。.表.变幅杆直径变化.指数型变幅杆横截面直径尺寸变化示意图图.指数形变幅杆设计图图.锥形变幅杆设计图根据尺寸计算，对指数型变幅杆进行整体设计，如图.所示。.电极工具头设计常用的工具头总体形状有圆柱形阶梯形锥形三种。通常，阴极总体长度不超过波长的十分之，径向尺寸不超过换能器小端的几何尺寸。本次设计的阴极尺寸均非常小，与换能器底部直径相差很大，因此本次设计的总体形状为锥形，即将工具阴极的作用长度设计成锥形，端部保留定长度为小阶梯轴。微细阴极工具头成形端面的形状和尺寸需根据不同的试件结构形状和尺寸要求来设计，理论上两者相差个“加工间隙”。为了保证加工精度，必须考虑磨料及工具磨损对最终精度的影响，对参与加工部位的尺寸进行估算修正才能得到工具阴极真正设计尺寸。超声电解复合微细加工材料去除量微小，零件精度表面质量要求很高，加工时，微小阴极与变幅杆作超声频振动，因此微细阴极制作要求有其特殊性为了保证加工的精度及效率，必须有制作精度高工作稳定可靠的微细阴极，传统机械加工难以实现此类微尺度阴极的加工，必须借助微细特种加工方式，本文中采用微细放电组合方式加工是在电解质溶液中进行，电解液中含有超声微细磨料，因此阴极材料须具有好的耐腐蚀性及高的硬度与耐磨性，最大限度减少阴极磨损。为保持加工过程连续，提高加工效率，阴极与工件间须保持微小恒定的工作压力同时由于微细阴极尺寸微小且作超声频振动，防止阴极弯曲折断，阴极必须具有定的强度与韧性为达到加工精度要求，必须保证阴极安装后对工作台面的垂直度及与变幅杆的同轴度，这要求阴极体初步加工后，与变幅杆用螺纹连接，再进行整体精加工，变幅杆与阴极的连接精度应足够高，同时结构设计上须考虑整体加工的定位装夹，相互之间的拆装定位及阴极电源引入。加工中的变幅杆与阴极接合面须用高粘度植物油耦合，以减小超声能量损失，提高加工效率。.微小轴工具阴极，设计如图，圆柱工具头图.圆柱工具头尺寸设计.方形工具头图.方形工具头尺寸设计图.指数形变幅杆及阴极体设计图工艺试验图.超声电解