一种电场-超声场复合加工电极结构 |
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| 申请号 | CN202311778942.8 | 申请日 | 2023-12-22 | 公开(公告)号 | CN117718552A | 公开(公告)日 | 2024-03-19 |
| 申请人 | 南京航空航天大学; | 发明人 | 缪国栋; 宋满新; 房晓龙; 胡孝昀; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 电场 ‑超声场复合加工 电极 结构，涉及电加工技术领域，包括 电解 液槽、超声发生模 块 、驱动模块及电源模块；电解液槽内用于盛装电解液，且电解液槽内放置有 工件 ；超声发生模块与电极本体连接，并能够 对电极 本体施加超声振动；驱动模块与超声发生模块连接，并能够驱动电极本体旋转或进给；电源模块的正极和负极分别与工件和电极本体电连接。本发明提供的电场‑超声场复合加工电极结构，提升了加工效率和加工后的表面 质量 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电场‑超声场复合加工电极结构，其特征在于：包括： |
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| 说明书全文 | 一种电场‑超声场复合加工电极结构技术领域[0001] 本发明涉及电加工技术领域，尤其是涉及一种电场‑超声场复合加工电极结构。 背景技术[0002] 颗粒增强金属基复合材料具有低热膨胀系数、高热导率、高比刚度、低密度、良好的尺寸稳定性以及耐磨、耐疲劳等优异的力学性能和物理性能，广泛的应用于航空航天光学系统、空间探测系统、惯性导航系统、高功率电子封装等领域。 [0003] 电加工方法包括电火花加工和电解加工等，广泛的应用于难加工材料以及复合结构的加工中；其中电解加工是在具有一定电导率的工作液中，将待加工材料作为阳极，加工电极作为阴极，在外加电源的作用下，通过阳极材料的溶液而实现材料去除的一种非接触式加工方法，其不限于待加工材料的硬度，且加工过程电极无损耗，加工后表面无重铸层等一系列优点，但是加工金属基复合材料时，由于增强相不具有导电性，无法通过电解反应去除；而放电加工是基于极间放电产生的热能对工件材料进行去除的一种电加工技术，随着极间电圧的增大，极间介质会被击穿从而产生火花放电，放电产生的高温会将待加工材料气化、融化、抛出，目前已广泛应用在金属基复合材料的加工中，然而加工时会由于极间间隙较小，导致产物无法及时排出，降低加工效率，影响表面加工质量。 发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种电场‑超声场复合加工电极结构，以解决上述现有技术存在的问题，，提升了加工效率和加工后的表面质量。 [0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案： [0006] 本发明提供一种电场‑超声场复合加工电极结构，包括电解液槽、超声发生模块、驱动模块及电源模块；所述电解液槽内用于盛装电解液，且所述电解液槽内放置有工件；超声发生模块与电极本体连接，并能够对所述电极本体施加超声振动；驱动模块与所述超声发生模块连接，并能够驱动所述电极本体旋转或进给；所述电源模块的正极和负极分别与所述工件和所述电极本体电连接。 [0007] 优选地，所述超声发生模块包括超声波发生器、超声换能器和超声变幅杆，所述超声波发生器与所述超声换能器电连接，所述超声变幅杆两端与所述超声换能器和所述电极本体连接，所述超声换能器还与所述驱动模块连接；所述超声波发生器用于发出电信号至所述超声换能器，所述超声换能器用于超声振动并带动所述超声变幅杆和所述电极本体同步振动；所述驱动模块能够驱动所述超声换能器、所述超声变幅杆和所述电极本体旋转或进给。 [0008] 优选地，所述超声变幅杆两端与所述超声换能器和所述电极本体均能够拆卸连接。 [0009] 优选地，所述超声变幅杆为锥形变幅杆。 [0010] 优选地，所述超声换能器为压电陶瓷换能器。 [0011] 优选地，所述超声换能器通过端盖连接于所述驱动模块。 [0012] 优选地，所述驱动模块包括主轴和驱动件，所述主轴一端与所述超声发生模块连接，另一端与所述驱动件连接，所述驱动件用于驱动所述主轴旋转或进给并能够驱动所述电极本体同步运动。 [0013] 优选地，所述电源模块包括脉冲电源，所述脉冲电源的正极和负极分别与所述工件和所述电极本体电连接。 [0014] 优选地，所述电源模块还包括与所述脉冲电源电连接的示波器。 [0015] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果： [0016] 本发明提供的电场‑超声场复合加工电极结构，电极本体能够在超声发生模块的作用下发生超声振动对工件进行超声加工，电极本体能够在驱动模块的驱动下旋转或进给，且电极本体还能在电源模块的作用下对工件进行电解加工和电火花放电加工；利用电极本体的超声振动使加工区域工作液循环，利用超声振动特有的“空化作用”和“泵吸作用”来强化电解、电火花作用并提高工作液的循环速率，有利于火花放电的稳定进行，可及时排出加工区域加工产物，避免产物堆积；通过调整电极本体的转速和进给速度，能够实现工件的高效、精密加工，适用于加工金属基复合材料等难加工材料；将超声加工、电解加工、电火花放电加工有机结合，有效的提高金属基复合材料的加工效率和加工后的表面质量。附图说明 [0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0018] 图1为实施例一提供的电场‑超声场复合加工电极结构的示意图； [0019] 图2为实施例一提供的工件加工状态示意图。 [0020] 图标：1‑电场‑超声场复合加工电极结构；10‑电解液槽；20‑超声发生模块；21‑超声波发生器；22‑超声换能器；23‑超声变幅杆；24‑端盖；30‑电极本体；40‑驱动模块；41‑主轴；50‑电源模块；51‑脉冲电源；52‑示波器；2‑工件；3‑气泡；4‑电火花产物；5‑电解产物。 具体实施方式[0021] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0022] 本发明的目的是提供一种电场‑超声场复合加工电极结构，以解决上述现有技术存在的问题，，提升了加工效率和加工后的表面质量。 [0023] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0024] 实施例一 [0025] 本实施例提供一种电场‑超声场复合加工电极结构1，请参见图1和图2，包括电解液槽10、超声发生模块20、驱动模块40及电源模块50，电解液槽10内用于盛装电解液，且电解液槽10内放置有工件2；超声发生模块20，与电极本体30连接，并能够对电极本体30施加超声振动；驱动模块40与超声发生模块20连接，并能够驱动电极本体30旋转以及沿靠近或远离工件2方向进给；电源模块50的正极和负极分别与工件2和电极本体30电连接。 [0026] 电极本体30能够在超声发生模块20的作用下发生超声振动对工件2进行超声加工，电极本体30能够在驱动模块40的驱动下旋转或进给，且电极本体30还能在电源模块50的作用下对工件2进行电解加工和电火花放电加工；利用电极本体30的超声振动使加工区域工作液循环，利用超声振动特有的“空化作用”和“泵吸作用”来强化电解、电火花作用并提高工作液的循环速率，有利于火花放电的稳定进行，可及时排出加工区域加工产物，避免产物堆积；通过调整电极本体30的转速和进给速度，能够实现工件2的高效、精密加工，适用于加工金属基复合材料等难加工材料；将超声加工、电解加工、电火花放电加工有机结合，有效的提高金属基复合材料的加工效率和加工后的表面质量；图2中，当对工件2进行槽加工时，驱动模块40驱动电极本体30径向进给，在加工过程中产生气泡3、电火花产物4以及电解产物5；进行孔加工时，驱动模块40驱动电极本体30轴向进给。 [0027] 本实施例的可选方案中，较为优选地，超声发生模块20包括超声波发生器21、超声换能器22和超声变幅杆23，超声波发生器21与超声换能器22电连接，超声变幅杆23两端与超声换能器22和电极本体30连接，超声换能器22还与驱动模块40连接；超声波发生器21用于发出电信号至超声换能器22，超声换能器22用于超声振动并带动超声变幅杆23和电极本体30同步振动；驱动模块40能够驱动超声换能器22、超声变幅杆23和电极本体30旋转以及沿靠近或远离工件2方向进给。 [0028] 其中，超声波发生器21能够将电能转化为与超声换能器22相匹配的高频交流电信号，超声换能器22将电能转换为超声振动，并带动超声变幅杆23和电极本体30同步振动。 [0030] 本实施例的可选方案中，较为优选地，超声变幅杆23为锥形变幅杆，其中振动幅值为0.01‑0.15mm。 [0031] 本实施例的可选方案中，较为优选地，超声换能器22为高转换率的压电陶瓷换能器。 [0032] 本实施例的可选方案中，较为优选地，超声换能器22通过端盖24连接于驱动模块40；其中端盖24与超声换能器22固定连接。 [0033] 本实施例的可选方案中，较为优选地，驱动模块40包括主轴41和驱动件，主轴41一端与超声发生模块20连接，另一端与驱动件连接，驱动件用于驱动主轴41旋转或进给并能够驱动电极本体30同步运动；具体地，主轴41与端盖24可螺纹连接。 [0034] 进一步地，主轴41的转速为0rpm‑30000rpm，可根据实际加工情形具体调整；其中主轴41设置为气动旋转主轴，型号：EM25N‑5000，具有旋转功能，可以带动电极本体30旋转；驱动件设置为供气设备和机床，供气设备满足主轴41旋转所需动力，然后主轴41转动连接于常规的机床轴上，使用机床带动主轴41进行线进给运动；此外驱动件还可设置为其他的常规的驱动机构，能够驱动主轴41旋转和进给即可。 [0035] 本实施例的可选方案中，较为优选地，电源模块50包括脉冲电源51，脉冲电源51的正极和负极分别与工件2和电极本体30电连接；能够满足对工件2的电解加工和电火花放电加工。 [0036] 本实施例的可选方案中，较为优选地，电源模块50还包括与脉冲电源51电连接的示波器52，便于观测电源信号。 [0037] 进一步地，电极本体30的材质包括但不限于钨铜合金、石墨、不锈钢；铜钨合金包括以下组分，钨的质量百分比为60％～80％；铜的重量百分比为20％～40％；电极本体30整体形状不限于圆柱、螺旋等，电极本体30直径为2mm～6mm；电极本体30的长度为30mm～60mm；电极本体30的具体尺寸和材质可根据实际需求进行确定。 [0038] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 |
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