CN101264535A - 超声振动喷汽式电火花复合加工工艺及专用设备 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种超声振动喷汽式电火花复合加工工艺及专用设备，属于特种加工领域。其技术方案为：电火花超声振动复合加工工艺，其工作介质为水蒸汽，其提供了一种放电效率高、加工速度快、粘结现象少、电极损耗极低、污染小的柔性加工方法。同油中电火花加工相比，该加工技术电极损耗远低于油中加工，污染大大降低，而且加工柔性高；同气中电火花加工相比，加工速度更快，表面质量更佳；同雾中电火花加工相比，雾中电火花加工电极损耗大，该方法电极损耗小。

Description

超声振动喷汽式电火花复合加工工艺及专用设备
技术领域
本发明涉及一种特种加工技术，尤其涉及一种超声振动喷汽式电火花复合加工技术及其专用设备。
背景技术
传统电火花加工的加工介质是液体，通常用的是煤油。在煤油中加工时会产生大量分解物，主要有C2H2、C2H4、CnHn、CO、CO2等气体和碳粒，这些气体会影响操作人员的身体健康，还有火灾隐患。加工介质是气体的称为气中加工，是一种新型加工方法，环境污染小，但是气中加工短路率远高于液中加工，虽然氧气中电火花铣削加工能达到较高的单脉冲蚀除量，甚至可以与铣削相比较，然而供氧气压力高达2MPa，花费高。同时由于放电过程中产生的熔融金属在飞溅过程中有一部分会粘结在工件表面从而影响加工质量。雾中电火花加工虽然加工速度比气中加工较快，但是电极损耗大。
发明内容
本发明新型针对现有技术所存在的缺点，提供了一种放电效率高、加工速度快、粘结现象少、电极损耗极低、污染小的柔性加工方法。同油中电火花加工相比，该加工技术电极损耗远低于油中加工，污染大大降低，而且加工柔性高；同气中电火花加工相比，加工速度更快，表面质量更佳；同雾中电火花加工相比，雾中电火花加工电极损耗大，该方法电极损耗小。
本发明是通过如下技术措施实现的：工作介质为水蒸汽，水蒸汽压力可以设定，其可设定范围为0～1MPa；
工具电极作纵向超声振动，工具电极振幅可设定范围为1～20μm，即可以设定为1至20μm之间的任意具体数值，包括1和20两个端值；振动频率可设定范围为20～40KHz。
上述的水蒸汽由蒸汽发生器产生，通过水蒸汽传输管路与工具电极的内腔相通，并由工具电极的自由端喷出。
上述的工具电极通过超声振动头与电火花加工机床的主轴联接，超声振动头包括压电陶瓷换能器和变幅杆。
本发明还涉及实现上述工艺的专用设备，它包括电火花加工机床，电火花加工机床主轴上安装有超声振动头，超声振动头与工具电极联接，超声振动头包括与电火花加工机床主轴联接的压电陶瓷换能器，与压电陶瓷换能器固定联接的变幅杆，变幅杆与工具电极固定联接，工具电极和工件分别与脉冲电源联接，所述的超声振动头与超声发生器联接，电火花加工机床主轴的工具电极的内腔连通有水蒸汽传输管路，水蒸汽传输管路另一端与蒸汽发生器连通，水蒸汽由工具电极的自由端喷出。
上述的蒸汽发生器设置有压力设定装置。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于加工介质为水蒸汽，水蒸汽的介电常数比空气的大，因此放电间隙比气中加工放电间隙大，从而短路率会有所减少。当水在蒸汽发生器中加热时，液体分子通过液面进入上面空间，成为蒸汽分子，由于蒸汽分子处于紊乱的热运动之中，它们相互碰撞，并和容器壁以及液面发生碰撞，在和液面碰撞时，有的分子则被液体分子所吸引，而重新返回液体中成为液体分子。开始时进入空间的分子数目多于返回液体中分子的数目，随着加热、蒸发的继续进行，空间蒸汽密度不断增大，在同一时间内，如逸出与返回水中的分子数量相同，达到动平衡，水和水蒸汽便处于饱和状态，分别称为饱和水和饱和水蒸汽，相应的压力和温度分别称为饱和压力和饱和温度。饱和温度越高，饱和压力也越高。当蒸汽压力达到设定压力后，停止加热，得到加工所需的水蒸汽，实际加工中难以得到理想干燥的水蒸汽，其成分为水分子，与水与空气混合得到的雾介质大小、成分不同，介电常数也不同。同时，本发明引入了超声振动技术，降低了短路率，改善了放电间隙状况，强化了电火花加工过程，加工速度大幅度提高。总之，该技术是一种放电效率高、加工速度快、粘结现象少、电极损耗极低的加工方法。
本发明中实现上述工艺的设备，其结构简单，在现有的电火花加工机床基础上进行改造，其设计合理，制造成本低。
附图说明
图1为本发明超声振动喷汽式电火花复合加工机床的结构示意图。
图2为超声振动喷汽式电火花复合加工原理图。
图中，1、蒸汽发生器；2、电火花加工机床；3、压电陶瓷换能器；4、变幅杆；5、工具电极；6、工件；7、脉冲电源；8、超声波发生器，9、水蒸汽传输管路，10、水蒸气，11、碎屑。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
实施方式一
一种超声振动喷汽式电火花复合加工工艺，工作介质为水蒸汽，水蒸汽压力为0.25MPa；工具电极作纵向超声振动，工具电极振幅为5μm，振动频率为20kHz。水蒸汽由蒸汽发生器产生，通过水蒸汽传输管路与工具电极的内腔相通，并由工具电极的自由端喷出。工具电极通过超声振动头与电火花加工机床的主轴联接，超声振动头包括压电陶瓷换能器和变幅杆。采用该加工工艺，当工件材料为不锈钢，工具电极材料为紫铜，工具电极联接脉冲电源负极时，其加工速度快，电极损耗小。实验证明，当脉冲宽度为100μs，脉冲间隔为56μs，电流为32A，工具电极接负极时，电极损耗0.84％，改变脉冲宽度，使其分别为5.6μs，10μs，24μs，56μs，100μs，180μs，320μs，560μs，1000μs时，电极损耗均在1％以内，由此可见本发明具有实质性特点和显著的进步。
实施方式二
一种超声振动喷汽式电火花复合加工工艺，工作介质为水蒸汽，水蒸汽压力)为0.4MPa，水蒸汽由蒸汽发生器产生，通过水蒸汽传输管路与工具电极的内腔相通，并由工具电极的自由端喷出。工具电极通过超声振动头与电火花加工机床的主轴联接，超声振动头包括压电陶瓷换能器和变幅杆。采用该加工工艺，当工件材料为不锈钢，工具电极材料为紫铜，工具电极联接脉冲电源负极。工具电极作纵向超声振动，工具电极振动频率为40KHz，振幅分别取5μm，10μm，15μm，在相同电参数下其加工速度呈增高的趋势，电极损耗没有变化。由此可见本发明具有实质性特点和显著的进步。
实施方式三
一种超声振动喷汽式电火花复合加工工艺，工作介质为水蒸汽，水蒸汽压力0.25MPa；工具电极作纵向超声振动，工具电极振幅范围为10μm，振动频率为40KHz。水蒸汽由蒸汽发生器产生，通过水蒸汽传输管路与工具电极的内腔相通，并由工具电极的自由端喷出。工具电极通过超声振动头与电火花加工机床的主轴联接，超声振动头包括压电陶瓷换能器和变幅杆。工件材料为不锈钢，工具电极材料为紫铜。工具电极联接脉冲电源负极时，与同等参数下气中电火花加工相比，采用超声振动喷汽式电火花复合加工技术时加工速度7.5mm3/min，而气中电火花加工速度3.3mm3/min，油中电火花加工速度为0.6mm3/min。工具电极联接正极时，油中加工最快，为10.3mm3/min，但其电极损耗达35.1％，超声振动喷汽式电火花复合加工次之，为5.4mm3/min，气中最慢，为2.5mm3/min。从显微镜下观察，油中加工工件表面有微裂纹，放电凹坑深，超声振动喷汽式电火花复合加工技术加工的工件表面凹坑大而浅，与油中加工的工件相比表面粗糙度小，无微裂纹。
实施方式四
一种超声振动喷汽式电火花复合加工工艺，工作介质为水蒸汽，工具电极作纵向超声振动，工具电极振幅范围为10μm，振动频率为30KHz。水蒸汽由蒸汽发生器产生，通过水蒸汽传输管路与工具电极的内腔相通，并由工具电极的自由端喷出。工具电极通过超声振动头与电火花加工机床的主轴联接，超声振动头包括压电陶瓷换能器和变幅杆。工件材料为不锈钢，工具电极材料为紫铜。工具电极联接脉冲电源负极，水蒸汽压力分别取0.15MPa，0.25Mpa，0.3Mpa，0.4Mpa，0.5MPa，同等电参数下加工速度呈增高的趋势。
实施方式五
一种实现上述工艺的专用设备：它包括电火花加工机床2，电火花加工机床2主轴上安装有超声振动头，超声振动头与工具电极5联接，超声振动头包括与电火花加工机床主轴联接的压电陶瓷换能器3，与压电陶瓷换能器3固定联接的变幅杆4，变幅杆4与工具电极5固定联接，工具电极5和工件6分别与脉冲电源7联接，所述的超声振动头与超声发生器8联接。电火花加工机床2主轴上工具电极5的内腔连通有水蒸汽传输管路9，水蒸汽传输管路9另一端与蒸汽发生器1连通，水蒸汽由工具电极5的自由端喷出，蒸汽发生器1设置有压力设定装置。本发明未经描述的技术特征可以通过现有技术实现。

Claims (5)

1、一种超声振动喷汽式电火花复合加工工艺，其特征是：工作介质为水蒸汽，水蒸汽压力可以设定，其设定范围为0～1MPa；
工具电极作纵向超声振动，工具电极振幅范围为1～20μm，振动频率为20～40KHz。
2、根据权利要求1所述的超声振动喷汽式电火花复合加工工艺，其特征是，所述的水蒸汽由蒸汽发生器产生，通过水蒸汽传输管路与工具电极的内腔相通，并由工具电极的自由端喷出。
3、根据权利要求1或2所述的超声振动喷汽式电火花复合加工工艺，其特征是，所述的工具电极通过超声振动头与电火花加工机床的主轴联接，超声振动头包括压电陶瓷换能器和变幅杆。
4、一种实现权利要求1、2、3所述的工艺的专用设备，其特征是，它包括电火花加工机床，电火花加工机床主轴上安装有超声振动头，超声振动头与工具电极联接，超声振动头包括与电火花加工机床主轴联接的压电陶瓷换能器，与压电陶瓷换能器固定联接的变幅杆，变幅杆与工具电极固定联接，工具电极和工件分别与脉冲电源联接，所述的超声振动头与超声发生器联接；电火花加工机床主轴的工具电极的内腔连通有水蒸汽传输管路，水蒸汽传输管路另一端与蒸汽发生器连通，水蒸汽由工具电极的自由端喷出。
5、根据权利要求4所述的专用设备，其特征是，所述的蒸汽发生器设置有压力设定装置。
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