CN100351030C - 激波压力扰动辅助电火花加工高深宽比微细结构的装置 - Google Patents
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Abstract
一种激波压力扰动辅助电火花加工高深宽比微细结构的装置与方法，属微细电火花加工领域，其装置包括激波发生器(12)，激波发生器电源(16)，装有电极夹头(14)的工具电极(13)，所述激波发生器，由环状聚焦超声换能器(1)，密封垫(2)，导向器绝缘套(3)，微细电极导向器(4)，端盖(5)及进电座(6)所组成；其方法，采用脉冲超声波聚焦方法，产生高能聚焦超声波，在加工区的固液表面形成具有瞬时高压效应的压力激波，对加工区产生定向瞬时压力脉冲压力扰动，促进电火花加工蚀除物的排除。该发明结构简单，使用方便，可产生具有瞬时高温高压效应的压力激波，不但促进微细电火花加工蚀除产物的排除，而且不影响加工区工艺系统的稳定性，有利于提高加工效率和加工精度。
Description
一、技术领域
本发明所指的激波压力扰动辅助电火花加工高深宽比微细结构的装置与方法，属于脉冲超声波聚焦的微细电火花加工技术领域。
二、背景技术
为了提高电火花加工的稳定性，人们曾采取各种措施，如采用强迫冲液、附加超声振动等方法来加速加工区蚀除产物的分散，避免其聚集与沉淀，以此促进蚀除产物的排除，从而提高电火花加工的稳定性。
通过文献检索，“工件激振式复合电火花微细孔加工”(《航空精密制造技术》，1997，vol.33(5))在借鉴附加超声振动的思想上，提出一种工件微幅振动改善加工区排屑条件的方法，该方法较工具电极超声振动方法而言，可提高加工精度和放电效率。
通过专利检索，深圳大学申报的发明专利“振动搅拌式电火花机床工作台”(专利申请号：200310112042.6)，将超声波清洗技术应用于电火花机床工作台，利用超声波在工作液中产生的空化气泡破灭时形成的强大的冲击波，促使开口容器内的工作液流速加快，快速流动的工作液冲击波直接作用于工作台上的被加工工件表面，加快了附着在工件表面的碎屑、积碳清除。
在微细电火花加工中，由于单个脉冲能量低，放电间隙小，加工区工作液流动非常困难，蚀除产物容易聚集，从而使放电很不稳定，这种现象在加工高深宽比微细结构时尤为突出。显然，采用工件或工具电极振动以及加工区振动搅拌的方法，仍然难以保证微细电火花加工的加工精度和效率。因此有必要研究一种新的方法来解决这一技术瓶颈。
三、发明内容
本发明旨在针对现有技术的现状，研制一种在微细电火花加工中，能促进加工区蚀除物的排除，确保放电稳定，提高加工精度和加工效率的方法。本发明的激波压力扰动辅助电火花加工高深宽比微细结构的加工区振动搅拌方法，采用脉冲超声波聚焦方法，产生高能聚焦超声波，在加工区的固液表面由于声阻抗的巨大差异，形成具有瞬时高压效应的压力激波，对加工区产生定向瞬时压力扰动。采用上述方法，不但可以促进电火花加工蚀除产物的排除，而且不影响加工区工艺系统的稳定性，有利于提高加工效率和加工精度，可广泛应用于电火花加工高深宽比微细结构及其他微细加工技术领域。
实现上述目标的激波压力扰动辅助电火花加工高深宽比微细结构装置，包括与激波发生器电源相连的激波发生器，通过激波发生器与工件相连的装有电极夹头的工具电极。其中激波发生器包括环状聚焦超声换能器，端盖通过密封环与环状聚焦超声换能器相连，导向器绝缘套穿过端盖中心孔置于环状聚焦超声超声换能器的中心孔内，微细电极导向器置于导向器绝缘套中心孔内。
环状聚焦超声换能器的组成是，正面具有凹球面的声透镜正表面安装在绝缘环上，压电陶瓷薄片通过压电陶瓷绝缘套安装在声透镜背面内腔平面上。
本发明与现有技术相比，能加速电火花加工区蚀除物的排除，确保放电稳定，提高了加工精度和加工效率，且装置结构简单，使用方便，成本低廉。
四、附图说明
图1激波压力扰动辅助电火花加工高深宽比微细结构的装置
图中名称标号：11.工件，12.激波发生器，13.工具电极，14.电极夹头，15.激波发生器定位夹具，16.激波发生器电源
图2激波发生器结构示意图
图中标号名称：1.环状聚焦超声换能器，2.密封环，3.导向器绝缘套，4.微细电极导向器，5.端盖，6.进电座。
图3环状聚焦换能器示意图
图中标号名称：7.压电陶瓷绝缘套，8.压电陶瓷薄片，9.铝质声透镜，10.绝缘环。
图4微细电极导向器示意图
五、具体实施方式
由图1可知，本发明的装置包括固定在激波发生器定位夹具15上的激波发生器12，激波发生器电源16与激波发生器12相连，通过激波发生器12与工件11相连的，其上端装有电极夹头14的工具电极13。
激波发生器12如图2所示，包括环状聚焦超声换能器1，装有进电座6的端盖5通过密封环2与环状聚焦超声换能器相连，导向器绝缘套3穿过端盖5的中心孔置于环状聚焦超声换能器1的中心孔内，微细电极导向器4安装在导向器绝缘套3中心孔内。
环状聚焦超声换能器如图3所示，由圆环状压电陶瓷薄片8和铝质声透镜9组成，谐振频率为(100～2000)KHz，铝质声透镜9正面为凹球面。由于存在声折射效应，实际声聚焦距离要大于几何聚焦半径，因此，要求铝质声透镜9凹球面球半径小于凹球面中心至加工区域距离(即几何球心所处位置不超过加工区域)。采用特殊粘接工艺，将压电陶瓷薄片8与铝质声透镜9的粘接固牢。为避免与被加工工件发生接触，故在铝质声透镜9表面安装绝缘环10。
微细电极导向器4根据实际电极形状制作，以截面为C型的微细电极为例加以图示说明。如图4所示，微细电极导向器4采用硬质耐磨材料，使用电火花线切割加工方法，根据微细电极形状加工出导向结构，使微细电极与导向结构小间隙配合，实际加工时能起到可靠导向作用。
为保证微细电极与环状聚焦超声换能器2可靠绝缘，采用优质耐热抗腐蚀绝缘材料制作导向器绝缘套3，它起到隔离微细电极导向器4与环状聚焦换能器2的作用。
端盖5为圆环形，有一中心通孔，在端盖上装有进电座6，端盖圆周具有安装孔。
Claims (1)
1、一种激波压力扰动辅助电火花加工高深宽比微细结构的装置，包括工件(11)、激波发生器(12)、工具电极(13)、电极夹头(14)、与激波发生器(12)相连接的激波发生器电源(16)，其中所述的激波发生器(12)固定在激波发生器定位夹具(15)上，工具电极(13)上端装有电极夹头(14)，工具电极(13)下端与工件(11)相连，其特征在于，所述激波发生器(12)与工件(11)不接触，该激波发生器(12)包括环状聚焦超声换能器(1)、密封环(2)、导向器绝缘套(3)、微细电极导向器(4)、端盖(5)、进电座(6)，所述的聚焦超声换能器(1)与工具电极(13)同轴安装，端盖(5)通过密封环(2)连于环状聚焦超声换能器(1)上端，微细电极导向器(4)安装于导向器绝缘套(3)的中心孔内，导向器绝缘套(3)穿过端盖(5)中心孔装于环状聚焦超声换能器(1)的中心孔内，进电座(6)装在端盖(5)上。
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