專利名稱：超聲振動噴汽式電火花復合加工工藝及專用設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種特種加工技術，尤其涉及一種超聲振動噴汽式電火花 復合加工技術及其專用設備。
技術背景傳統(tǒng)電火花加工的加工介質(zhì)是液體，通常用的是煤油。在煤油中加工時會產(chǎn)生大量分解物，主要有C晶、C2H4、 CnHn 、 C0、 C02等氣體和碳粒，這 些氣體會影響操作人員的身體健康，還有火災隱患。加工介質(zhì)是氣體的稱 為氣中加工，是一種新型加工方法，環(huán)境污染小，但是氣中加工短路率遠 高于液中加工，雖然氧氣中電火花銑削加工能達到較高的單脈沖蝕除量， 甚至可以與銑削相比較，然而供氧氣壓力高達2MPa，花費高。同時由于放電 過程中產(chǎn)生的熔融金屬在飛濺過程中有一部分會粘結在工件表面從而影響 加工質(zhì)量。霧中電火花加工雖然加工速度比氣中加工較快，但是電極損耗 大。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明新型針對現(xiàn)有技術所存在的缺點，提供了一種放電效率高、加 工速度快、粘結現(xiàn)象少、電極損耗極低、污染小的柔性加工方法。同油中 電火花加工相比，該加工技術電極損耗遠低于油中加工，污染大大降低， 而且加工柔性高；同氣中電火花加工相比，加工速度更快,表面質(zhì)量更佳； 同霧中電火花加工相比，霧中電火花加工電極損耗大，該方法電極損耗小。本發(fā)明是通過如下技術措施實現(xiàn)的工作介質(zhì)為水蒸汽，水蒸汽壓力 可以設定，其可設定范圍為0 lMPa;工具電極作縱向超聲振動，工具電極振幅可設定范圍為1 20um，即 可以設定為l至20ixm之間的任意具體數(shù)值，包括1和20兩個端值；振動 頻率可設定范圍為20 40KHz。上述的水蒸汽由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生，通過水蒸汽傳輸管路與工具電極的內(nèi)腔相通，并由工具電極的自由端噴出。上述的工具電極通過超聲振動頭與電火花加工機床的主軸聯(lián)接，超聲 振動頭包括壓電陶瓷換能器和變幅桿。本發(fā)明還涉及實現(xiàn)上述工藝的專用設備，它包括電火花加工機床，電 火花加工機床主軸上安裝有超聲振動頭，超聲振動頭與工具電極聯(lián)接，超 聲振動頭包括與電火花加工機床主軸聯(lián)接的壓電陶瓷換能器，與壓電陶瓷 換能器固定聯(lián)接的變幅桿，變幅桿與工具電極固定聯(lián)接，工具電極和工件 分別與脈沖電源聯(lián)接，所述的超聲振動頭與超聲發(fā)生器聯(lián)接，電火花加工 機床主軸的工具電極的內(nèi)腔連通有水蒸汽傳輸管路，水蒸汽傳輸管路另一 端與蒸汽發(fā)生器連通，水蒸汽由工具電極的自由端噴出。上述的蒸汽發(fā)生器設置有壓力設定裝置。本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，由于加工介質(zhì)為水 蒸汽，水蒸汽的介電常數(shù)比空氣的大，因此放電間隙比氣中加工放電間隙 大，從而短路率會有所減少。當水在蒸汽發(fā)生器中加熱時，液體分子通過 液面進入上面空間，成為蒸汽分子，由于蒸汽分子處于紊亂的熱運動之中， 它們相互碰撞，并和容器壁以及液面發(fā)生碰撞，在和液面碰撞時，有的分 子則被液體分子所吸引，而重新返回液體中成為液體分子。開始時進入空 間的分子數(shù)目多于返回液體中分子的數(shù)目，隨著加熱、蒸發(fā)的繼續(xù)進行， 空間蒸汽密度不斷增大，在同一時間內(nèi)，如逸出與返回水中的分子數(shù)量相 同，達到動平衡，水和水蒸汽便處于飽和狀態(tài)，分別稱為飽和水和飽和水 蒸汽，相應的壓力和溫度分別稱為飽和壓力和飽和溫度。飽和溫度越高， 飽和壓力也越高。當蒸汽壓力達到設定壓力后，停止加熱，得到加工所需 的水蒸汽，實際加工中難以得到理想干燥的水蒸汽，其成分為水分子，與 水與空氣混合得到的霧介質(zhì)大小、成分不同，介電常數(shù)也不同。同時，本 發(fā)明引入了超聲振動技術，降低了短路率，改善了放電間隙狀況，強化了電 火花加工過程，加工速度大幅度提高?？傊?，該技術是一種放電效率高、 加工速度快、粘結現(xiàn)象少、電極損耗極低的加工方法。本發(fā)明中實現(xiàn)上述工藝的設備，其結構簡單，在現(xiàn)有的電火花加工機床基礎上進行改造，其設計合理，制造成本低。


圖1為本發(fā)明超聲振動噴汽式電火花復合加工機床的結構示意圖。圖2為超聲振動噴汽式電火花復合加工原理圖。圖中，1、蒸汽發(fā)生器；2、電火花加工機床；3、壓電陶瓷換能器；4、變幅桿；5、工具電極；6、工件；7、脈沖電源；8、超聲波發(fā)生器，9、水蒸汽傳輸管路，10、水蒸氣，11、碎屑。
具體實施方式
為能清楚說明本方案的技術特點，下面通過具體實施方式
，并結合其 附圖，對本方案進行闡述。 實施方式一一種超聲振動噴汽式電火花復合加工工藝，工作介質(zhì)為水蒸汽，水蒸汽壓力為0.25MPa;工具電極作縱向超聲振動，工具電極振幅為5um，振 動頻率為20kHz。水蒸汽由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生，通過水蒸汽傳輸管路與工具電 極的內(nèi)腔相通，并由工具電極的自由端噴出。工具電極通過超聲振動頭與 電火花加工機床的主軸聯(lián)接，超聲振動頭包括壓電陶瓷換能器和變幅桿。 采用該加工工藝，當工件材料為不銹鋼，工具電極材料為紫銅，工具電極 聯(lián)接脈沖電源負極時，其加工速度快，電極損耗小。實驗證明，當脈沖寬 度為100ps，脈沖間隔為56ps，電流為32A，工具電極接負極時，電極損耗 0.84%，改變脈沖寬度，使其分別為5.6ps, 10ns， 24(is， 56ps， lOOfxs, 180ps， 320叫560叫1000ixs時，電極損耗均在1%以內(nèi)，由此可見本發(fā)明具有實質(zhì) 性特點和顯著的進步。 實施方式二一種超聲振動噴汽式電火花復合加工工藝，工作介質(zhì)為水蒸汽，水蒸 汽壓力)為0.4MPa，水蒸汽由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生，通過水蒸汽傳輸管路與工具電極的內(nèi)腔相通，并由工具電極的自由端噴出。工具電極通過超聲振動頭 與電火花加工機床的主軸聯(lián)接，超聲振動頭包括壓電陶瓷換能器和變幅桿。采用該加工工藝，當工件材料為不銹鋼，工具電極材料為紫銅，工具電極聯(lián)接脈沖電源負極。工具電極作縱向超聲振動，工具電極振動頻率為40KHz, 振幅分別取5pm， l(Him， 15,，在相同電參數(shù)下其加工速度呈增高的趨勢， 電極損耗沒有變化。由此可見本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著的進步。 實施方式三一種超聲振動噴汽式電火花復合加工工藝，工作介質(zhì)為水蒸汽，水蒸 汽壓力0.25MPa;工具電極作縱向超聲振動，工具電極振幅范圍為10um， 振動頻率為40KHz。水蒸汽由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生，通過水蒸汽傳輸管路與工具 電極的內(nèi)腔相通，并由工具電極的自由端噴出。工具電極通過超聲振動頭 與電火花加工機床的主軸聯(lián)接，超聲振動頭包括壓電陶瓷換能器和變幅桿。 工件材料為不銹鋼，工具電極材料為紫銅。工具電極聯(lián)接脈沖電源負極時， 與同等參數(shù)下氣中電火花加工相比，采用超聲振動噴汽式電火花復合加工 技術時加工速度7.5 mm3/min，而氣中電火花加工速度3.3 mm3/min，油中 電火花加工速度為0.6mmVmin。工具電極聯(lián)接正極時，油中加工最快，為 10.3mm3/min，但其電極損耗達35.1%,超聲振動噴汽式電火花復合加工次 之，為5.4mmVmin，氣中最慢，為2.5 mmVmin。從顯微鏡下觀察，油中加 工工件表面有微裂紋，放電凹坑深，超聲振動噴汽式電火花復合加工技術 加工的工件表面凹坑大而淺，與油中加工的工件相比表面粗糙度小，無微 裂紋。實施方式四一種超聲振動噴汽式電火花復合加工工藝，工作介質(zhì)為水蒸汽，工具 電極作縱向超聲振動，工具電極振幅范圍為10ym，振動頻率為30KHz。水 蒸汽由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生，通過水蒸汽傳輸管路與工具電極的內(nèi)腔相通，并 由工具電極的自由端噴出。工具電極通過超聲振動頭與電火花加工機床的 主軸聯(lián)接，超聲振動頭包括壓電陶瓷換能器和變幅桿。工件材料為不銹鋼， 工具電極材料為紫銅。工具電極聯(lián)接脈沖電源負極，水蒸汽壓力分別取 0.15MPa，0.25Mpa,0.3Mpa，0.4Mpa， 0.5MPa，同等電參數(shù)下加工速度呈增高 的趨勢。實施方式五一種實現(xiàn)上述工藝的專用設備它包括電火花加工機床2，電火花加工機床2主軸上安裝有超聲振動頭，超聲振動頭與工具電極5聯(lián)接，超聲振 動頭包括與電火花加工機床主軸聯(lián)接的壓電陶瓷換能器3，與壓電陶瓷換能 器3固定聯(lián)接的變幅桿4，變幅桿4與工具電極5固定聯(lián)接，工具電極5和 工件6分別與脈沖電源7聯(lián)接，所述的超聲振動頭與超聲發(fā)生器8聯(lián)接。 電火花加工機床2主軸上工具電極5的內(nèi)腔連通有水蒸汽傳輸管路9，水蒸 汽傳輸管路9另一端與蒸汽發(fā)生器1連通，水蒸汽由工具電極5的自由端 噴出，蒸汽發(fā)生器1設置有壓力設定裝置。本發(fā)明未經(jīng)描述的技術特征可 以通過現(xiàn)有技術實現(xiàn)。
權利要求
1、一種超聲振動噴汽式電火花復合加工工藝，其特征是工作介質(zhì)為水蒸汽，水蒸汽壓力可以設定，其設定范圍為0～1MPa；工具電極作縱向超聲振動，工具電極振幅范圍為1～20μm，振動頻率為20～40KHz。
2、 根據(jù)權利要求l所述的超聲振動噴汽式電火花復合加工工藝，其特 征是，所述的水蒸汽由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生，通過水蒸汽傳輸管路與工具電極 的內(nèi)腔相通，并由工具電極的自由端噴出。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的超聲振動噴汽式電火花復合加工工藝， 其特征是，所述的工具電極通過超聲振動頭與電火花加工機床的主軸聯(lián)接， 超聲振動頭包括壓電陶瓷換能器和變幅桿。
4、 一種實現(xiàn)權利要求l、 2、 3所述的工藝的專用設備，其特征是，它 包括電火花加工機床，電火花加工機床主軸上安裝有超聲振動頭，超聲振 動頭與工具電極聯(lián)接，超聲振動頭包括與電火花加工機床主軸聯(lián)接的壓電 陶瓷換能器，與壓電陶瓷換能器固定聯(lián)接的變幅桿，變幅桿與工具電極固 定聯(lián)接，工具電極和工件分別與脈沖電源聯(lián)接，所述的超聲振動頭與超聲 發(fā)生器聯(lián)接；電火花加工機床主軸的工具電極的內(nèi)腔連通有水蒸汽傳輸管 路，水蒸汽傳輸管路另一端與蒸汽發(fā)生器連通，水蒸汽由工具電極的自由 端噴出。
5、 根據(jù)權利要求4所述的專用設備，其特征是，所述的蒸汽發(fā)生器設 置有壓力設定裝置。
全文摘要
本發(fā)明為一種超聲振動噴汽式電火花復合加工工藝及專用設備，屬于特種加工領域。其技術方案為電火花超聲振動復合加工工藝，其工作介質(zhì)為水蒸汽，其提供了一種放電效率高、加工速度快、粘結現(xiàn)象少、電極損耗極低、污染小的柔性加工方法。同油中電火花加工相比，該加工技術電極損耗遠低于油中加工，污染大大降低，而且加工柔性高；同氣中電火花加工相比，加工速度更快，表面質(zhì)量更佳；同霧中電火花加工相比，霧中電火花加工電極損耗大，該方法電極損耗小。
文檔編號B23H1/04GK101264535SQ20081001395
公開日2008年9月17日 申請日期2008年1月22日 優(yōu)先權日2008年1月22日
發(fā)明者張勤河, 清 高 申請人:山東大學