專利名稱：激波壓力擾動輔助電火花加工高深寬比微細(xì)結(jié)構(gòu)的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所指的激波壓力擾動輔助電火花加工高深寬比微細(xì)結(jié)構(gòu)的裝置與方法，基于脈沖超聲波聚焦的微細(xì)電火花加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了提高電火花加工的穩(wěn)定性，人們曾采取各種措施，如采用強迫沖液、附加超聲振動等方法來加速加工區(qū)蝕除產(chǎn)物的分散，避免其聚集與沉淀，以此促進蝕除產(chǎn)物的排除，從而提高電火花加工的穩(wěn)定性。
通過文獻檢索，“工件激振式復(fù)合電火花微細(xì)孔加工”(《航空精密制造技術(shù)》，1997，vol.33(5))在借鑒附加超聲振動的思想上，提出一種工件微幅振動改善加工區(qū)排屑條件的方法，該方法較工具電極超聲振動方法而言，可提高加工精度和放電效率。
通過專利檢索，深圳大學(xué)申報的發(fā)明專利“振動攪拌式電火花機床工作臺”(專利申請?zhí)?00310112042.6)，將超聲波清洗技術(shù)應(yīng)用于電火花機床工作臺，利用超聲波在工作液中產(chǎn)生的空化氣泡破滅時形成的強大的沖擊波，促使開口容器內(nèi)的工作液流速加快，快速流動的工作液沖擊波直接作用于工作臺上的被加工工件表面，加快了附著在工件表面的碎屑、積碳清除。
在微細(xì)電火花加工中，由于單個脈沖能量低，放電間隙小，加工區(qū)工作液流動非常困難，蝕除產(chǎn)物容易聚集，從而使放電很不穩(wěn)定，這種現(xiàn)象在加工高深寬比微細(xì)結(jié)構(gòu)時尤為突出。顯然，采用工件或工具電極振動以及加工區(qū)振動攪拌的方法，仍然難以保證微細(xì)電火花加工的加工精度和效率。因此有必要研究一種新的方法來解決這一技術(shù)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，研制一種在微細(xì)電火花加工中，能促進加工區(qū)蝕除物的排除，確保放電穩(wěn)定，提高加工精度和加工效率的方法。本發(fā)明的激波壓力擾動輔助電火花加工高深寬比微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工區(qū)振動攪拌方法，采用脈沖超聲波聚焦方法，產(chǎn)生高能聚焦超聲波，在加工區(qū)的固液表面由于聲阻抗的巨大差異，形成具有瞬時高壓效應(yīng)的壓力激波，對加工區(qū)產(chǎn)生定向瞬時壓力擾動。采用上述方法，不但可以促進電火花加工蝕除產(chǎn)物的排除，而且不影響加工區(qū)工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有利于提高加工效率和加工精度，可廣泛應(yīng)用于電火花加工高深寬比微細(xì)結(jié)構(gòu)及其他微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域。
實現(xiàn)上述目標(biāo)的激波壓力擾動輔助電火花加工高深寬比微細(xì)結(jié)構(gòu)裝置，包括與激波發(fā)生器電源相連的激波發(fā)生器，通過激波發(fā)生器與工件相連的裝有電極夾頭的工具電極。其中激波發(fā)生器包括環(huán)狀聚焦超聲換能器，端蓋通過密封環(huán)與環(huán)狀聚焦超聲換能器相連，導(dǎo)向器絕緣套穿過端蓋中心孔置于環(huán)狀聚焦超聲超聲換能器的中心孔內(nèi)，微細(xì)電極導(dǎo)向器置于導(dǎo)向器絕緣套中心孔內(nèi)。
環(huán)狀聚焦超聲換能器的組成是，正面具有凹球面的聲透鏡正表面安裝在絕緣環(huán)上，壓電陶瓷薄片通過壓電陶瓷絕緣套安裝在聲透鏡背面內(nèi)腔平面上。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，能加速電火花加工區(qū)蝕除物的排除，確保放電穩(wěn)定，提高了加工精度和加工效率，且裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本低廉。
四

圖1激波壓力擾動輔助電火花加工高深寬比微細(xì)結(jié)構(gòu)的裝置圖2激波發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意中標(biāo)號名稱1.環(huán)狀聚焦超聲換能器，2.密封環(huán)，3.導(dǎo)向器絕緣套，4.微細(xì)電極導(dǎo)向器，5.端蓋，6.進電座。
圖3環(huán)狀聚焦換能器示意中標(biāo)號名稱7.壓電陶瓷絕緣套，8.壓電陶瓷薄片，9.鋁質(zhì)聲透鏡，10.絕緣環(huán)。
圖4微細(xì)電極導(dǎo)向器示意中名稱標(biāo)號11.工件，12.激波發(fā)生器，13.工具電極，14.電極夾頭，15.激波發(fā)生器定位夾具，16.激波發(fā)生器電源五具體實施方式
由圖1可知，本發(fā)明的裝置包括固定在激波發(fā)生器定位夾具15上的激波發(fā)生器12，激波發(fā)生器電源16與激波發(fā)生器12相連，通過激波發(fā)生器12與工件11相連的，其上端裝有電極夾頭14的工具電極13。
激波發(fā)生器12如圖2所示，包括環(huán)狀聚焦超聲換能器1，裝有進電座6的端蓋5通過密封環(huán)2與環(huán)狀聚焦超聲換能器相連，導(dǎo)向器絕緣套3穿過端蓋5的中心孔置于環(huán)狀聚焦超聲換能器1的中心孔內(nèi)，微細(xì)電極導(dǎo)向器4安裝在導(dǎo)向器絕緣套3中心孔內(nèi)。
環(huán)狀聚焦超聲換能器如圖3所示，由圓環(huán)狀壓電陶瓷薄片8和鋁質(zhì)聲透鏡9組成，諧振頻率為(100～2000)KHz，鋁質(zhì)聲透鏡9正面為凹球面。由于存在聲折射效應(yīng)，實際聲聚焦距離要大于幾何聚焦半徑，因此，要求鋁質(zhì)聲透鏡9凹球面球半徑小于凹球面中心至加工區(qū)域距離(即幾何球心所處位置不超過加工區(qū)域)。采用特殊粘接工藝，將壓電陶瓷薄片8與鋁質(zhì)聲透鏡9的粘接固牢。為避免與被加工工件發(fā)生接觸，故在鋁質(zhì)聲透鏡9表面安裝絕緣環(huán)10。
微細(xì)電極導(dǎo)向器4根據(jù)實際電極形狀制作，以截面為C型的微細(xì)電極為例加以圖示說明。如圖4所示，微細(xì)電極導(dǎo)向器4采用硬質(zhì)耐磨材料，使用電火花線切割加工方法，根據(jù)微細(xì)電極形狀加工出導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，使微細(xì)電極與導(dǎo)向結(jié)構(gòu)小間隙配合，實際加工時能起到可靠導(dǎo)向作用。
為保證微細(xì)電極與環(huán)狀聚焦超聲換能器2可靠絕緣，采用優(yōu)質(zhì)耐熱抗腐蝕絕緣材料制作導(dǎo)向器絕緣套3，如圖5所示，它起到隔離微細(xì)電極導(dǎo)向器4與環(huán)狀聚焦換能器2的作用。
端蓋5如圖6所示，此端蓋為圓環(huán)形，有一中心通孔，在端蓋上裝有進電座6，端蓋圓周具有安裝孔。
權(quán)利要求
1.一種激波壓力擾動輔助電火花加工高深寬比微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工區(qū)振動攪拌方法，其特征在于，采用脈沖超聲波聚焦方法，產(chǎn)生高能聚焦超聲波，在加工區(qū)的固液表面形成具有瞬時高壓效應(yīng)激波，對加工區(qū)產(chǎn)生定向瞬時壓力擾動，促進電火花加工蝕除產(chǎn)物的排除。
2.一種激波壓力擾動輔助電火花加工高深寬比微細(xì)結(jié)構(gòu)的裝置，其特征在于，包括激波發(fā)生器電源(16)相連的激波發(fā)生器(12)，通過激波發(fā)生器(12)與工件(11)相連的裝有電極夾頭(14)的工具電極(13)，所述激波發(fā)生器(12)包括環(huán)狀聚焦超聲換能器(1)，端蓋(5)通過密封環(huán)(2)連于環(huán)狀聚焦超聲換能器(1)上端，微細(xì)電極導(dǎo)向器(4)安裝于導(dǎo)向器絕緣套(3)，中心孔內(nèi)，導(dǎo)向器絕緣套(3)穿過端蓋(5)中心孔裝于環(huán)狀聚焦超聲換能器(1)的中心孔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激波壓力擾動輔助電火花加工高深寬比微細(xì)結(jié)構(gòu)的裝置，其特征在于，環(huán)狀聚焦超聲換能器(1)通過壓電陶瓷絕緣套(7)將圓環(huán)狀壓電陶瓷薄片(8)安裝在鋁質(zhì)聲透鏡(9)背面內(nèi)腔上，聲透鏡(9)正面安裝在絕緣環(huán)(10)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激波壓力擾動輔助電火花加工高深寬比微細(xì)結(jié)構(gòu)的裝置，其特征在于，聲透鏡(9)正面為凹球面形式，凹球面球半徑小于球冠中心至加工區(qū)域距離(即幾何球心所處位置不超過加工區(qū)域)，聲透鏡(9)背面有一加工平面，用于粘接圓環(huán)狀壓電陶瓷薄片(8)。
全文摘要
一種激波壓力擾動輔助電火花加工高深寬比微細(xì)結(jié)構(gòu)的裝置與方法，屬微細(xì)電火花加工領(lǐng)域，其裝置包括激波發(fā)生器(12)，激波發(fā)生器電源(16)，裝有電極夾頭(14)的工具電極(13)，所述激波發(fā)生器，由環(huán)狀聚焦超聲換能器(1)，密封墊(2)，導(dǎo)向器絕緣套(3)，微細(xì)電極導(dǎo)向器(4)，端蓋(5)及進電座(6)所組成；其方法，采用脈沖超聲波聚焦方法，產(chǎn)生高能聚焦超聲波，在加工區(qū)的固液表面形成具有瞬時高壓效應(yīng)的壓力激波，對加工區(qū)產(chǎn)生定向瞬時壓力脈沖壓力擾動，促進電火花加工蝕除物的排除。該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可產(chǎn)生具有瞬時高溫高壓效應(yīng)的壓力激波，不但促進微細(xì)電火花加工蝕除產(chǎn)物的排除，而且不影響加工區(qū)工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有利于提高加工效率和加工精度。
文檔編號B23Q11/00GK1727103SQ200510041130
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者汪煒, 劉正勛, 蔣凱, 林天軍 申請人:南京航空航天大學(xué)