CN110681933A

CN110681933A - 金属基复合材料的旋转式超声电解复合加工装置

Info

Publication number: CN110681933A
Application number: CN201911077681.0A
Authority: CN
Inventors: 白小云; 张鑫祺; 轧刚; 董志国; 王家祥
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2020-01-14

Abstract

本发明具体为一种金属基复合材料的旋转式超声电解复合加工装置，解决了金属基复合材料的加工精度低和表面粗糙度高的问题。包括三轴滚珠丝杠滑台，机座固定架上固定有伺服电机，伺服电机通过带传动连接到外套筒内设有内套筒和高速滑环，内套筒内设有换能器，换能器下连接有变幅杆，变幅杆下端设有电解工具，电解工具伸入反应容器，反应容器底部放置待加工零件，反应容器通过管路连出到电解液泵，待加工零件与电解工具之间通过电源电路连接到直流电源，换能器通过高速滑环以及相应的换能电路连出到超声波发生器。本发明经济效益优良，不仅有利于生产率的提高，还有广阔的应用前景。

Description

金属基复合材料的旋转式超声电解复合加工装置

技术领域

本发明涉及超声电解复合加工装置，具体为一种金属基复合材料的旋转式超声电解复合加工装置。

背景技术

随着科技的进步，机械工程中对产品加工的要求日益严格，机械产品的加工精度和表面质量成为了衡量一个国家制造业整体水平的重要标注之一。金属基复合材料因其高强度、耐高温、耐磨等一系列优良性能，广泛应用于工业生产。由于金属基复合材料中含有高强度高硬度的颗粒、晶须、短纤维等增强材料，使传统加工方法加工难度高。由于电解加工在加工过程中无切削力和切削热的作用，所以不产生由此引起的变形和残余应力、加工硬化、毛刺、飞边等，可以达到较低的表面粗糙度和较高的加工精度。另外电解加工成本较低，加工效率高。加入超声振动可以改变电解蚀除的条件，通过对振幅参数的优化，可以减小电极的极化，而且超声电解复合加工后的表面质量明显好于单一的脉冲电流电解加工。

发明内容

本发明为了解决金属基复合材料的加工精度低和表面粗糙度高等问题，提供了一种金属基复合材料的旋转式超声电解复合加工装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：金属基复合材料的旋转式超声电解复合加工装置，包括底座，底座上水平固定有x轴滚珠丝杠滑台，x轴滚珠丝杠滑台的滑台上固定有与x轴滚珠丝杠滑台垂直的y轴滚珠丝杠滑台，y轴滚珠丝杠滑台的滑台上固定有反应容器，底座上竖直固定有支撑架，支撑架上设有z轴滚珠丝杠滑台，z轴滚珠丝杠滑台的滑台上固定有连接台，连接台上方固定有机座固定架，机座固定架上固定有伺服电机，伺服电机轴顶端设有大带轮，连接台右方固定有外套筒，外套筒顶端设有上外套筒端盖，外套筒底端设有下外套筒端盖，外套筒内设有内套筒，内套筒顶部设有法兰，法兰上方设有高速滑环，高速滑环上方通过滑环螺钉固定在外套筒端盖上，高速滑环中间设转轴，转轴伸出外套筒端盖由轴承支撑，转轴顶端设有小带轮，小带轮和大带轮上绕设有同步带，内套筒内设有换能器，换能器下连接有变幅杆，换能器与变幅杆之间通过双头螺柱连接固定，变幅杆下方设有法兰轴承座，法兰轴承座上方与内套筒连接固定，法兰轴承座下方由轴承支撑，轴承由下轴承端盖支撑在下外套筒端盖上，变幅杆下端设有电解工具，电解工具伸入反应容器，反应容器底部放置待加工零件，反应容器通过管路连出到电解液泵，待加工零件与电解工具之间通过电源电路连接到直流电源，换能器通过高速滑环以及相应的换能电路连出到超声波发生器。

x轴滚珠丝杠滑台、y轴滚珠丝杠滑台、z轴滚珠丝杠滑台用于提供三个方向上的直线进给，伺服电机通过带传动驱动高速滑环、内套筒、换能器、变幅杆旋转，同时换能器将超声波发生器产生的工频交流电能转化为一定功率输出的超声频电振荡再经过变幅杆使其前段振幅放大，以驱动电解工具的端面作超声振动。加工时，工件接直流电源的正极（阳极），工具接直流电源的负极（阴极），工具电极向工件缓慢进给，使两级之间保持较小的间隙，在反应过程中，超声振动不仅能把金属基复合材料中的高强度高硬度的颗粒、晶须、短纤维等增强材料震碎，而且还能将电解反应过程中在工件加工处表面的钝化膜消除，提高电解去除的定域性。电解液泵通过不断的更换电解液使得反应池中的电解产物不断过滤从而防止工具上生成杂质，直至工件表面形成与工具表面基本相似的形状为止。

高速滑环是实现两个相对转动机构的图像、数据信号及动力传递的精密输电装置，高速滑环通过滑环螺钉固定在外套筒端盖上，内与换能器连接，外与超声波发生器连接。防止换能器的线路在旋转过程中缠绕，实现精密输电。

本发明的有益效果如下：本发明通过将超声波振动和电解加工结构相结合，实现通过超声振动加工将把金属基复合材料中的高强度高硬度的颗粒、晶须、短纤维等增强材料震碎以及消除在电解反应过程形成的钝化膜，使得电解反应高效精准，从而提高加工精度，获得更高的表面质量。本发明可以用来加工不易加工的金属基复合材料以及薄壁、窄缝和薄片工件和要求加工精度高的零件，有广阔的应用前景，经济效益优良。超声振动可以改变电解蚀除的条件，通过对振幅参数的优化，可以减小电极的极化，且加工后的表面质量明显好于单一的脉冲电流电解加工。在小孔、窄缝加工中引入超声振动，则可以促使电解产物的排放，有利于生产率的提高。在电解加工中，一旦在工件表面形成钝化膜，加工速度就会下降，超声振动会使钝化膜遭到破坏，使电解加工能顺利进行，促进生产率的提高。本装置在实现磨削扩孔的加工之外，还可以加工零件棱边毛刺、飞边等，用途广泛。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明电解工具连接结构示意图。

图中：1-连接台，2-超声波发生器，3-直流电源，4-变幅杆，5-下轴承端盖，6-法兰轴承座，7-下外套筒端盖，8-双头螺柱，9-换能器，10-内套筒，11-外套筒，12-法兰，13-高速滑环，14-上外套筒端盖，15-轴承，16-上轴承端盖，17-小带轮，18-同步带，19-机座固定架，20-大带轮，21-伺服电机，22-z轴滚珠丝杠滑台，23-支撑架，24-底座，25-x轴滚珠丝杠滑台，26-y轴滚珠丝杠滑台，27-反应容器，28-待加工零件，29-电解液，30-电解工具，31-电解液泵。

具体实施方式

金属基复合材料的旋转式超声电解复合加工装置，包括底座24，底座24上水平固定有x轴滚珠丝杠滑台25，x轴滚珠丝杠滑台25的滑台上固定有与x轴滚珠丝杠滑台25垂直的y轴滚珠丝杠滑台26，y轴滚珠丝杠滑台26的滑台上固定有反应容器27，底座24上竖直固定有支撑架23，支撑架23上设有z轴滚珠丝杠滑台22，z轴滚珠丝杠滑台22的滑台上固定有连接台1，连接台1上方固定有机座固定架19，机座固定架19上固定有伺服电机21，伺服电机21轴顶端设有大带轮20，连接台1右方固定有外套筒11，外套筒11顶端设有上外套筒端盖14，外套筒11底端设有下外套筒端盖7，外套筒11内设有内套筒10，内套筒10顶部设有法兰12，法兰12上方设有高速滑环13，高速滑环13上方通过滑环螺钉固定在外套筒端盖14上，高速滑环13中间设转轴，转轴伸出外套筒端盖14由轴承15支撑，转轴顶端设有小带轮17，小带轮17和大带轮20上绕设有同步带18，内套筒10内设有换能器9，换能器9下连接有变幅杆4，换能器9与变幅杆4之间通过双头螺柱8连接固定，变幅杆4下方设有法兰轴承座6，法兰轴承座6上方与内套筒10连接固定，法兰轴承座6下方由轴承15支撑，轴承15由下轴承端盖5支撑在下外套筒端盖7上，变幅杆4下端设有电解工具30，电解工具30伸入反应容器27，反应容器27底部放置待加工零件28，反应容器27通过管路连出到电解液泵31，待加工零件28与电解工具30之间通过电源电路连接到直流电源，换能器9通过高速滑环13以及相应的换能电路连出到超声波发生器2。

具体实施过程中，支撑架由两个肋板和两个长板组成的L型板组成，小带轮17和大带轮20均利用平键固定。

Claims

1.一种金属基复合材料的旋转式超声电解复合加工装置，其特征在于：包括底座（24），底座（24）上水平固定有x轴滚珠丝杠滑台（25），x轴滚珠丝杠滑台（25）的滑台上固定有与x轴滚珠丝杠滑台（25）垂直的y轴滚珠丝杠滑台（26），y轴滚珠丝杠滑台（26）的滑台上固定有反应容器（27），底座（24）上竖直固定有支撑架（23），支撑架（23）上设有z轴滚珠丝杠滑台（22），z轴滚珠丝杠滑台（22）的滑台上固定有连接台（1），连接台（1）上方固定有机座固定架（19），机座固定架（19）上固定有伺服电机（21），伺服电机（21）轴顶端设有大带轮（20），连接台（1）右方固定有外套筒（11），外套筒（11）顶端设有上外套筒端盖（14），外套筒（11）底端设有下外套筒端盖（7），外套筒（11）内设有内套筒（10），内套筒（10）顶部设有法兰（12），法兰（12）上方设有高速滑环（13），高速滑环（13）上方通过滑环螺钉固定在外套筒端盖（14）上，高速滑环（13）中间设转轴，转轴伸出外套筒端盖（14）由轴承（15）支撑，转轴顶端设有小带轮（17），小带轮（17）和大带轮（20）上绕设有同步带（18），内套筒（10）内设有换能器（9），换能器（9）下连接有变幅杆（4），换能器（9）与变幅杆（4）之间通过双头螺柱（8）连接固定，变幅杆（4）下方设有法兰轴承座（6），法兰轴承座（6）上方与内套筒（10）连接固定，法兰轴承座（6）下方由轴承（15）支撑，轴承（15）由下轴承端盖（5）支撑在下外套筒端盖（7）上，变幅杆（4）下端设有电解工具（30），电解工具（30）伸入反应容器（27），反应容器（27）底部放置待加工零件（28），反应容器（27）通过管路连出到电解液泵（31），待加工零件（28）与电解工具（30）之间通过电源电路连接到直流电源，换能器（9）通过高速滑环（13）以及相应的换能电路连出到超声波发生器（2）。