基于正交法的超声电火花钻削微小孔最佳加工参数研究

采用正交法研究了用于制造微小孔的高速电火花钻孔机的最优工艺参数。使用的工件材质为钛合金,铜电极直径为2.0 mm。选择要优化的参数是:截至脉冲、最大电流和标准电压。采用正交阵列L9分析了以上参数对材料去除率(MRR)和孔径的影响。获得了孔加工工艺的最佳放电加工参数,并通过实验进行了验证。

超声电火花加工温度场仿真研究

近年来,电火花加工被广泛应用于深径比较大的微小孔的加工,但存在微小孔内金属碎屑排出困难、放电状态不一致等难题,严重制约了微小孔的高效加工。而在电火花加工中结合超声振动,能够有效提高电火花加工微小孔的效率。由于电火花加工微小孔过程中,无法对蚀除过程进行宏观上的观测,因此本文展开超声电火花加工温度场仿真,研究附加超声振动后,电参数对温度场的影响规律,仿真结果对电火花加工的电参数设置提供理论依据。

微细孔超声加工关键技术

为提高微细孔超声加工的微细程度和精度,研究微细孔超声加工的关键技术,包括高精度的机床本体、超声加工单元、微细工具的制备技术、微细工具几何参数的选择等。对微细工具的动态压杆稳定性进行分析,结果表明微细工具的压杆稳定性不仅与静压力有关,还与超声振幅有关。导出判别动态压杆稳定性的Mathieu方程,并经简化给出工具临界压力和临界长度的计算判据,解决因工具长度、静压力(压应力)大小和超声振幅选择不当而导致的加工中出现工具轴弯曲、折断、破坏孔的形状精度的问题。对工件振动方式的微细孔超声加工进行的试验表明,微细工具的磨损率随着进给速度和超声振幅的增大而增加。在所研制的微细超声加工系统上可加工出直径13μm的微细孔。

高频窄脉冲电流微细电解加工

微细电解加工是微细加工领域很有发展前景的微细加工技术之一。适合于微细电解加工的装置被研制出来, 它包括机床进给机构、线电极电火花磨削在线制作微细电极装置、短路检测模块、脉冲电源及其他一些辅助装置, 其中,高频窄脉冲电源是微细电解加工最重要的核心技术之一。根据微细电解加工的特点,设计了微细电解加工 MOSFET脉冲电源,该微能脉冲电源能很好地满足微细电解加工的要求。运用该微细电解加工装置进行加工试验, 在低的加工电压和低的钝化电解液浓度条件下,利用高速旋转的微细电极加工微小孔和像小铣刀一样进行微细电解铣削加工微结构,得到了满意的工艺效果,因而进一步说明电解加工在微细加工领域很有发展潜力。

微小孔加工技术综述

越来越多的产品向着微型化、精密化的方向发展。这促使微细孔加工技术也得到了飞速发展。本文介绍了微小孔常用的加工方法、分析了各种加工技术的优缺点,并对今后的微小孔加工技术发展做了展望。

超声振动辅助电火花微孔加工研究进展

超声振动辅助电火花(UVE)微孔加工作为一种特种复合加工技术,是提高难加工材料微孔加工性能的有效途径之一。在UVE微孔加工中,根据超声振动作用形式不同,可分为电极振动、工件振动和工作液振动3种微孔加工方式。电极振动的UVE微孔加工中,超声频率一般为20~40kHz,超声振幅为5μm左右,材料去除率可提高40%~60%,可加工深径比最大接近30的微孔。工件振动的UVE微孔加工中,超声频率大多小于30kHz,超声振幅小于10μm,材料去除率可提高40%左右,微孔锥度降低30%左右。工作液振动的UVE微孔加工中,超声频率一般大于40kHz,超声振幅大于5μm,材料去除率最大可提高33倍,孔壁粗糙度可达Ra0.2μm。对3种类型的UVE微孔加工的研究成果进行了总结与分析,探讨了3种类型的UVE微孔加工机理以及存在的问题,对比了3种振动类型的UVE微孔加工特点以及适用范围,并对UVE微孔加工发展趋势进行了展望。

基于特种加工的微小孔加工技术

介绍了基于特种加工的微小孔常用加工方法,指出了这些方法的特点、发展现状和研究方向。

超声加工技术的现状及其发展趋势

结合近年来超声加工技术的发展状况,综述了超声加工在深小孔、难加工材料、超声复合加工和微细超声加工等方面的现状,并描述了超声加工技术的发展前景。

大深径比微小深孔超声电火花加工工艺研究

针对难加工材料的大深径比微小深孔加工这一工艺难题,设计并制造了基于工件振动的超声电火花复合加工装置。该装置包括一个已优化的压电振子和一台普通电火花机床。为提高加工效率,对压电振子进行了优化分析,使压电振子具有合适的纵振模态、固有频率和较大的振幅,压电振子中陶瓷片具有合理地安装位置。选择模具钢作为加工材料进行大深径比微小深孔的加工实验,比较研究了超声电火花复合加工装置和普通电火花机床加工大深径比微小深孔的加工效率。实验表明,超声电火花复合加工装置的加工效率更高。研究了超声激励电压、脉冲电流、脉冲宽度以及脉冲间隙等参数对大深径比微小深孔加工效率的影响,得出各参数较优的设置值。根据实验结果可以看出,超声电火花复合加工装置可以有效地加工出直径为0.5mm、深径比为60的微小深孔,适用于难加工材料的大深径比微小深孔加工。

非金属硬脆材料的先进孔加工技术研究进展

现有的非金属硬脆材料的孔加工方法存在一些技术难题:如激光加工的锥度控制和堆积物处理,电火花加工时材料的导电性和电极的制备以及加工效率和质量问题。归纳了上述问题的解决办法,总结了国内外先进孔加工技术的研究现状和最新进展,并提出了新研制的高效低成本的引弧微爆轰击加工技术。

微细群孔电解加工试验研究

基于微细电解加工理论,采用微细圆柱群电极进行了微细群孔电解加工工艺试验,研究了加工电压、脉冲宽度、电解液浓度、成分等因素对群孔加工精度的影响。结果表明,减小加工电压和脉冲宽度,采用低浓度钝化性电解液可以显著提高群孔电解加工精度。研究结果对实现微细群孔结构高精度和高效率加工具有指导意义。

微细深孔超声轴向振动钻削装置的设计

超声振动钻削属于脉冲式的断续切削 ,在深孔加工方面具有普通孔加工技术无法比拟的工艺效果。文章介绍了作者基于高频振动切削原理设计的一台超声轴向振动钻削装置的结构 ,并将该装置用于立式加工中心上对铝、铜等材料进行了切削加工实验。实验结果表明 ,超声振动加工可提高微细深孔的加工精度和表面质量 。

气浮负载匹配的超声微细孔加工影响因素研究

为探究加载力、超声功率百分比等因素对硬脆材料的旋转超声微细孔加工质量与效率的影响,采用正交试验设计法设计试验方案,以铁氧体和石英玻璃为工件材料,运用超声加工系统和具有加载力控制功能的气浮负载匹配系统进行旋转超声微细孔加工试验。分析并比较加载力、超声功率百分比、游离磨料等参数对不同材料加工后的微细孔直径和孔深的影响规律。试验结果表明,加载力过大会导致加工效率较低;加工过程中能量输入以声能为主;超声的影响区域略大于刀具本体;过大地游离磨料颗粒不易进入加工区域,过小颗粒无法携带足够能量,所以游离磨料直径过大或过小都会导致加工质量和效率都较低。

基于MINITAB的旋转超声电解复合加工微小深孔试验研究

为解决电解加工微小深孔中电解液难以进入加工区及电解产物难以排除的问题,搭建了内喷式旋转超声电解复合加工试验装置,并基于MINITAB开展了微小深孔侧面间隙的试验研究。试验结果表明,加工电压、阴极裸露长度、进给速度和阴极转速对侧面间隙影响显著,且前两者对侧面间隙产生负效应,后两者对侧面间隙产生正效应,加工电压*进给速度、加工电压*阴极转速、加工电压*阴极裸露长度、进给速度*阴极转速对侧面间隙的交互作用显著,并得到了侧面间隙的数学回归模型,试验值与回归模型的相对误差为8.18%。在此基础上对模型进行优化,进行了响应曲面试验,并通过试验进行验证。优化结果表明,试验值与优化模型值相对误差为4.96%。通过控制阴极伸出长度能有效地减小加工孔的锥度,理论上可以将孔的锥度减小至零。所加工的微小深孔直径为4.007mm,深为67.5mm,加工电流稳定。

基于阻抗控制的硬脆材料阵列微小孔超声加工研究

阐述了基于阻抗的超声加工控制策略,构建了实验平台,并以玻璃、氧化锆等硬脆性材料为对象开展阵列微小孔超声加工研究。实验结果表明:等效阻抗可用来间接反映加工状态,不同材料的等效阻抗阈值的初值不同,且随着孔深的增加,等效阻抗阈值也需适时调整,才能保证加工的稳定。

微小深孔加工综述

微小深孔加工一直是制造业所关注的问题之一。传统加工方法中最为有效的是机械钻削加工,但随着材料科学的发展,微小深孔钻削过程中出现了瓶颈,如刀具难以冷却、排屑困难等问题,致使微小深孔加工的深径比小,加工质量差,在钻削过程中常出现断刀的现象,而对于一些难加工材料,采用传统刀具加工效率低或者根本无法加工。针对传统加工方法所存在的不足,开发了各类特种加工方法,如电火花加工、电解加工、超声加工、激光加工以及电子束加工等,对其加工原理、加工特点以及所存在的不足进行了综述,在此基础上,分析了各类复合加工技术的特点,在加工技术上取长补短,弥补各自所存在的不足。复合加工技术将在未来制造业中得到广泛应用。

微细深孔超声轴向振动钻削装置的设计

基于高频振动切削原理 ,设计了一种振频 2 0± 1KHz、振幅 2 5 μm的新型超声轴向振动钻削装置 ,该装置由数字锁相环频率自动跟踪式晶体管型超声波发生器、轴向半波长圆柱型压电陶瓷换能器、半波谐振圆锥型变幅杆以及工具系统组成 ,可在软质材料上实现微细深孔的精密。

工具摇动对超声波加工微孔深径比的影响

微细超声加工深孔时会出现加工速度太小或加工力过大的现象,导致深孔加工无法继续。为此,采用辅助工具摇动的方法进行微细超声微孔加工实验,成功加工出直径约为92μm、深径比大于10的微孔,且加工效率明显提高。同时研究了工具摇动对加工效果的影响。

微细电火花加工关键技术研究

围绕微细电火花加工的实现，对微细电火花加工的关键技术进行了研究。开发出由蠕动式微进给机构、微小能量放电电源、微小电极线放电磨削机构、精密旋转主轴头、加工状态检测与控制系统等构成的微细电火花加工装置。探讨了微细电火花加工微小轴、高深宽比微小孔、非圆截面形状和三维结构成型、以及半导体硅材料等的工艺方法。实验加工出的微小轴和孔的最小直径分别小于２５μｍ和５０μｍ，最大深宽比分别超过２０和１０。

旋转超声电解复合加工微小深孔的稳定性研究

为提高管电极旋转超声电解复合加工微小深孔的稳定性,基于ANSYS CFX,建立了气液两相流气穴模型,分析了阴极高频振动条件下不同端面间隙的流场、电场分布,仿真结果表明,大间隙有利于气泡和电解产物的排出,有利于提高加工的稳定性,但不利于孔中心的小凸台的去除。通过辅助阴极能有效减小孔中心小凸台,提高加工的稳定性。