超聲電火花復(fù)合加工

1、超聲電火花復(fù)合加工 “電火花加工”又稱為“放電加工”或“電腐燭加工”,是在一定的介質(zhì)中,利用工具電極與工件電極之間脈沖性火花放電時的電腐燭現(xiàn)象去除多余材料,獲得滿足一定的形狀、尺寸和表面粗糙度要求的制品的非接觸式加工方法。電火花加工產(chǎn)生優(yōu)勢局限性發(fā)展趨勢電燈開關(guān)在斷開與閉合時出現(xiàn)的“放電”現(xiàn)象難加工材料、成型質(zhì)量好加工復(fù)雜型面、自動化生產(chǎn)導(dǎo)電材料、最小腳步半徑加工速度慢、加工精度受限微細(xì)化、智能化、精密化高速高效化、綠色化3超聲加工產(chǎn)生優(yōu)勢局限性發(fā)展趨勢美國物理學(xué)家玻璃雕刻加工非導(dǎo)電及硬脆材料加工精度高、加工復(fù)雜型面機床簡單、易操作超聲裝置的設(shè)計比較復(fù)雜加工速度慢超聲復(fù)合加工微細(xì)超聲加工技術(shù)4

2、超聲電火花復(fù)合加工研究現(xiàn)狀國外發(fā)展現(xiàn)狀印度：對電火花加工過程中碎屑的運動規(guī)律進行了系統(tǒng)研究法國：對超聲振動對電火花加工環(huán)境的影響進行了系統(tǒng)的研究英國：率先申請了超聲電火花復(fù)合打孔的專利日本：研究了超聲的引入對普通電火花加工速度的影響國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀北京電加工研究所：超聲電火花復(fù)合加工對超硬工具材料進行拋光研究哈爾濱工業(yè)大學(xué)：超聲電火花磨料復(fù)合加工方法，通過改變電源容量西北工業(yè)大學(xué)：對鈦合金難加工材料進行了超聲電火花復(fù)合加工研究山東大學(xué)：對超聲振動輔助電火花銑削間隙流場進行了分析和驗證5電火花加工技術(shù)的基本理論研究 放電加工技術(shù)的材料去除機理、工具電極損耗機理和加工表面形成機理極其復(fù)雜，涉及熱傳導(dǎo)、

3、能量轉(zhuǎn)換和分配、溶化、氣化、電離、氣泡的形成和爆炸、等離子通道的形成和擴展、材料的拋出等現(xiàn)象。 目前放電加工技術(shù)的基本理論研究已經(jīng)取得了一定進展。然而，放電加工過程中的物理現(xiàn)象具有瞬變、復(fù)雜等特性，其觀測受到當(dāng)前技術(shù)水平的制約。例如,在放電加工過程中，能量轉(zhuǎn)換于電能、動能、光能、熱能、聲能等能量形式之間，難以對這一復(fù)雜瞬變過程進行有效的觀察和記錄。這些來自于觀測技術(shù)領(lǐng)域的困難,制約了電火花加工技術(shù)的材料去除機理、工具電極損耗機理以及加工表面形成機理的全面系統(tǒng)揭示。電火花加工機理電火花加工過程放電通道的形成極間能量的轉(zhuǎn)換蝕除產(chǎn)物的拋出消電離的進行雪崩電離形成放電通道，時間短，溫度高電能動能熱能工

4、件表面瞬時熱源，材料熔化、汽化拋出實現(xiàn)放電點的轉(zhuǎn)移形成介質(zhì)電絕緣性2.2超聲電火花加工機理超聲電火花加工過程放電通道放電間隙電蝕產(chǎn)物消電離加劇雪崩電離，磁壓縮效應(yīng)和聲壓效應(yīng)，放電通道在電場與磁場不斷地變化中慢慢趨于穩(wěn)定空化泡潰滅釋放的能量有利于工件材料的去除泵吸、渦流：冷卻工作液、加快工作液循環(huán)、改善加工環(huán)境放電點的轉(zhuǎn)移，加大了放電間隙，減少了拉弧放電的產(chǎn)生。主要研究內(nèi)容：研究超聲加工與電火花加工的匹配問題，實現(xiàn)二者的有機結(jié)合 本項目擬研究超聲加工與電火花加工的匹配問題，簡化間隙檢測控制系統(tǒng)，重點解決控制系統(tǒng)延時問題，優(yōu)化超聲加工與電火花加工的配合，實現(xiàn)二者的有機結(jié)合。超聲電火花復(fù)合加工裝置

5、超聲加工與電火花加工的復(fù)合加工方法能有效地改善放電加工的穩(wěn)定性,且加工效率或工件表面質(zhì)量高于單獨的超聲加工或電火花加工。復(fù)合加工的關(guān)鍵問題在于如何有機地結(jié)合超聲加工與電火花加工,使加工效率最高,加工效果最好。 一般分為：超聲電火花的簡單疊加復(fù)合加工控制電脈沖的超聲-放電復(fù)合加工超聲頻間隙脈沖-放電加工超聲-間隙脈沖放電復(fù)合加工超聲電火花線切割等超聲電火花復(fù)合加工裝置方案一：超聲+普通直流電源方案二：超聲+主軸電極方案三：超聲+工件電火花加工原理圖功率超聲電火花復(fù)合加工間隙流場研究 本項目擬從流場理論出發(fā), 采用固液兩相流理論對超聲電火花線切割復(fù)合加工間隙流場進行理論研究。功率超聲電火花線切割復(fù)

6、合加工間隙流場動力學(xué)模型超聲振動對間隙流場的作用超聲空化效應(yīng)對間隙流場的作用利用Fluent軟件進行功率超聲線切割復(fù)合加工間隙流場仿真分析功率超聲電火花復(fù)合加工間隙電磁場研究陽極（+）陰極（-）陽極熔融坑陰極熔融坑被壓縮加工液超聲波振動 前沿加工液介質(zhì)等離子體+eeeeeeeee超聲振動超聲放電間隙示意圖功率超聲電火花復(fù)合加工間隙電磁場研究 本項目擬從工程電磁場理論出發(fā)，對功率超聲電火花復(fù)合加工間隙電場進行深入研究。超聲放電通道形成機理超聲對放電通道位置和形狀的影響超聲放電通道的擴散效應(yīng)建立超聲放電通道的位形半徑公式等離子的集體振蕩頻率與放電參數(shù)（電壓、電流、間隙等）關(guān)系功率超聲電火花復(fù)合加工

7、聲場研究 由于功率超聲振動的空化效應(yīng)通常發(fā)生在密閉、狹窄的空間，很難用肉眼直接觀察。因此本項目擬進行如下研究：建立工件電極-工作液-電極絲的液固耦合聲場數(shù)學(xué)模型；借助有限元分析軟件，對超聲聲場進行詳細(xì)分析，重點研究工件與電極絲在液體中的聲壓分布，進行2D、3D的聲場諧響應(yīng)分析，與功率超聲聲振系統(tǒng)諧響應(yīng)分析進行對比研究；對超聲空化特性進行分析，研究其對超聲電火花的影響情況；研究超聲頻率和振幅對工作液超聲空化的影響情況。功率超聲電火花復(fù)合加工溫度場研究 工件表面是由無數(shù)個放電小凹坑組成的，加工表面的粗糙度以及加工后表面的應(yīng)力狀態(tài)，與加工過程中凹坑的大小都有關(guān)系。放電點周圍溫度場的分布是形成放電凹坑

8、的關(guān)鍵。本項目擬建立超聲中走絲線切割的溫度場模型，進行有限元仿真研究。能量分配模型 在功率超聲線切割復(fù)合加工中，除極間介質(zhì)擊穿釋放的熱能、動能、磁能、光能、聲能以及電磁波輻射等外，還受到輔助超聲作用。利用有限元軟件進行溫度場仿真超聲電火花復(fù)合加工試驗研究工件材料：鈦合金、硬質(zhì)合金、鎂合金、不銹鋼、稀土 對工件材料進行小參數(shù)電火花加工和超聲電火花復(fù)合加工的對比實驗, 具體為：電極損耗對比試驗分析電參數(shù)對加工表面粗糙度的影響規(guī)律 分析超聲參數(shù)對加工表面粗糙度、去除率等的影響規(guī)律 利用掃描電鏡, 觀察超聲電火花復(fù)合加工工件的表面形貌與電火花加工工件表面形貌的區(qū)別、重熔層的厚度差異程度, 觀察了零件的表面裂紋 最后利用X 射線衍射方法觀察鈦合金加工表