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1、超声电火花复合加工的研究进展哈尔滨工业大学机电学院袁松梅赵万生刘维东哈尔滨工业大学威海分校栾英艳[摘要]概括了目前国内外超声电火花复合加工技术的最新进展,介绍了其结构和工作原理,并指出了其发展趋势。关键词:电火花加工超声加工复合加工AbstractBasedonvastconferences,thispapersummarizesthepresentultrasonicallyassistedEDM,intro2ducesitsconfigurationsandmechanismsandpointsoutthetrendsofmi
2、croEDM.Keywords:EDMultrasonicmachiningcompoundmachining了详细的研究3。其实验条件为:开路电压40V,放电间隙011mm,电极的超声振动频率22kHz,振幅3μm。结果显示,大部分碎屑呈现轻微椭圆度的球形,除有个别的中空结构外,其余均为实体结构。电源的脉冲特性明显影响到形成碎屑的尺寸,在超声的作用下碎屑颗粒的椭圆度减小,颗粒尺寸、铜电极的蚀除量和碎屑碰撞的剧烈程度均有明显的增加。同时,实验者指出放电间隙中附加超声辐射场对EDM将产生下面的影响:①空化作用加剧,增大了放电区中颗粒
3、碰撞的随机性和剧烈程度,使形成碎屑颗粒的尺寸变大;②放电区中颗粒的受力更复杂,增加了超声场辐射力的作用;③放电区中声流场交替地变化加速了电解液的循环和扰动效果。英国的RODNEYW.J.等人在1990年申请了电火花超声复合穿孔的专利4。该装置如图1所示。主要用于加工在导电基上有非导电层的零件,例如:在金属基上涂有压电陶瓷层的零件。整个加工过程分两个阶段进行:首先用超声振动将非导电层去除掉,当传感器感知金属层出现时,即刻改用电加工的方法进行加工或电火花与超声复合的方法进行加工。该装置在电火花加工(EDM)的基础上附加超声加工(USM
4、),有效地解决了具有导电层和非导电层零件的加工问题。罗马尼亚PolytechnicalInstituteofBucharest的ST.ENACHE等人对工具电极在振动力作用下的电火花加工进行了研究。建立了电极在外力振动情在电火花微小孔加工中,由于被加工孔的孔径细微(015mm以下),加工时放电间隙狭小(1μm左右),电蚀产物易聚积在孔的底部,排屑困难,稳定的放电间隙范围小且容易受其它工艺参数的影响,易造成频繁的短路和非正常的放电;同时,为达到较高的加工尺寸精度和表面精度,常采用减小单个脉冲放电能量的方法,减小材料的蚀除量,降低了加
5、工速度;另外,由于微孔加工工具电极细微,当深径比较大时,异常放电易烧毁工具电极,造成加工不能稳定进行,可加工范围变窄,使传统的电火花加工在微细加工中不能成为有效的加工方法1～2。目前常采用的提高电火花加工能力的方法,如人工排气法,强迫冲液或抽液法、加速工作液循环等方法,常因加工条件或加工要求的限制而无法实现。因此,为改善电火花加工性能,在微细加工中,采用超声电火花复合加工是非常有效的手段。在电极上附加超声振动,就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;同时由于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,
6、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、生产率和脉冲电源的利用率,并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。1超声电火花复合加工的研究现状111国外的研究现状1986年,印度Madras工业大学的V1S.R.MURTI和P.K.PHILIP使用扫描电子显微镜对火花间隙中超声辐射对电火花加工碎屑的影响进行·18·《航空精密制造技术》1998年第34卷第6期②间隙间很大的压力变化导致更有效的放电,这样就能从弧坑中去除更多融化的金属,使热影响层减小,热残余应力降低,微裂纹减小。日本的Yosh
7、ihitoIMAI等人研究了压电高频响应驱动器对电火花加工速度的影响,指出高频振动对使用工作液的精加工(10μmRmax),高光滑面(1μmRmax)和Φ240μm微孔的加工速度可提高115～215倍。112国内的研究现状在我国,中国纺织工业大学、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学、山东工业大学、北京电加工研究所、苏州电加工机床研究所等单位进行了超声电火花复合加工的研究。80年代初,中国纺织工业大学的贺庆华等人进行了超声在精微小孔电火花加工中的应用和超声回转微孔电火花加工的研究,采用超声频率18kHz～29kHz,振幅1μm～20μ
8、m,RC脉冲电源;Φ0101mm、Φ0113mm、Φ0117mm钨丝电极;去离子水工作液;1Cr18Ni9Ti不锈钢工件,用电源电压200V进行超声电火花复合加工微小孔实验,他们指出,采用超声RC非独立式脉冲电源比单纯采用的RC非独立式脉冲电源其最
