超聲振動(dòng)輔助微細(xì)電解電火花線切割加工裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于復(fù)合微細(xì)加工領(lǐng)域，涉及一種面向非導(dǎo)電材料加工的超聲振動(dòng)輔助微細(xì)電解電火花線切割加工裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微型化已成為航空航天、生物工程和精密儀器等眾多領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，機(jī)械零件正朝著“小”的方向發(fā)展。同時(shí)，石英、玻璃和陶瓷等非導(dǎo)電材料具有耐磨、耐高溫、耐腐蝕和良好的耐熱沖擊等性能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、微流體系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)及航空航天等領(lǐng)域，但由于材料本身的特性使其精密、微細(xì)加工問題成為了限制制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步的瓶頸難題。隨著MEMS的發(fā)展，微加速度計(jì)、微流量栗、微管道、微探針這樣的應(yīng)用越來越廣泛，高深寬比微結(jié)構(gòu)件在其中發(fā)揮著越來越重要的作用。非導(dǎo)電硬脆材料高深寬比微結(jié)構(gòu)件的加工已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。
[0003]目前，非導(dǎo)電材料高深寬比微結(jié)構(gòu)的加工方法主要有激光刻蝕、等離子體法、輔助電極電火花線切割、電解電火花輔助砂漿線切割和電解電火花線切割等方法。激光刻蝕、等離子體法等方法都存在加工精度低、表面粗糙度高、成本高等問題，此外還要求工件的厚度不能太大，即深寬比低。輔助電極電火花線切割方法將絕緣陶瓷表面覆蓋一層導(dǎo)電材料作為輔助電極，利用金屬電極絲和輔助電極之間在煤油中發(fā)生擊穿放電產(chǎn)生的熱量來去除絕緣陶瓷的一種加工方法，該方法中涂覆輔助電極非常麻煩，雖然減少了裂紋的產(chǎn)生，但難以保證穩(wěn)定加工，在高深寬比工件的加工中排肩困難，易短路，加工效率低。電解電火花輔助砂漿線切割方法是在傳統(tǒng)砂漿線切割加工的基礎(chǔ)上，利用陰極微弧電沉積技術(shù)，在加工過程中實(shí)時(shí)對(duì)工具絲表面進(jìn)行氧化鋁陶瓷膜涂層，隨著電極絲的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，噴嘴噴出帶研磨顆粒的切削液，在電極絲的帶動(dòng)下，研磨顆粒進(jìn)入電極絲和工件相互接觸的區(qū)域，對(duì)工件進(jìn)行磨削，該方法往往只能簡單的切割工件，也存在排肩困難、易短路的問題。電解電火花線切割方法是電極絲與輔助電極反應(yīng)生成氣泡膜，然后通過火花放電擊穿氣泡膜產(chǎn)生的高溫去除非導(dǎo)電工件材料，該方法排肩困難，加工穩(wěn)定性差，加工精度不高，加工效率低。
[0004]公開號(hào)為“CN103920949A”的中國專利，記載了一種電解液循環(huán)式慢走絲電解電火花線切割加工裝置，該專利技術(shù)簡述為:一種電解液循環(huán)式慢走絲電解電火花線切割加工裝置，主要應(yīng)用于非導(dǎo)電硬脆材料的電解電火花線切割加工，放電加工運(yùn)絲過程采用慢走絲方式，更容易使氣泡富集于電極絲上，形成完整的氣體薄膜，提高放電效率，同時(shí)避免電解液對(duì)行絲裝置的腐蝕和提高加工精度。這種方法雖然能夠加工非導(dǎo)電硬脆材料，但是其加工效果并不好，尤其是在加工深高寬比結(jié)構(gòu)時(shí)，容易造成電火花蝕除產(chǎn)物的堆積，排肩困難，加工效率和精度受到限制。
[0005]公開號(hào)為“CN103203506A”的中國專利，公開了一種非導(dǎo)電材料的砂漿線切割加工裝置及方法，在該切割加工裝置中給電極絲和輔助電極通直流或者脈沖電壓，使電極絲和輔助電極通過電解液形成回路浸入電解液中的電極絲發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)和電解電火花放電，并在電極絲表面形成一層硬質(zhì)保護(hù)膜在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和導(dǎo)輪的導(dǎo)向作用下，滾筒帶動(dòng)電極絲做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)噴嘴噴出帶研磨顆粒的切削液，在電極絲的帶動(dòng)下，研磨顆粒進(jìn)入電極絲和工件相互接觸的區(qū)域，對(duì)工件進(jìn)行磨削。這種方法無法對(duì)深高寬比的結(jié)構(gòu)進(jìn)行高精度加工，因?yàn)槟ゼ珉y以排出，還可能引起機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力；用這種方法加工的表面存有微裂紋，在磨削之后由于應(yīng)力的作用會(huì)使裂紋生長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種非導(dǎo)電材料的超聲振動(dòng)輔助微細(xì)電解電火花線切割加工裝置。
[0007]本實(shí)用新型是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的:
[0008]超聲振動(dòng)輔助微細(xì)電解電火花線切割加工裝置，包括機(jī)床床身、電解-電火花線切割裝置、超聲振動(dòng)單元和工作臺(tái)；機(jī)床床身上設(shè)有貯絲筒、主動(dòng)輪、張緊裝置、導(dǎo)輪支架；電解-電火花線切割裝置包括固定工件的夾持裝置、工件、主軸、走絲裝置、電極絲、盛有電解液的工作液箱、輔助電極、電解-電火花電源；輔助電極接電解-電火花電源的正極，電極絲通過外部送絲裝置接負(fù)極；走絲裝置和工作液箱均固定在工作臺(tái)上，走絲裝置由貯絲筒、固定導(dǎo)輪、張緊裝置、V型固定導(dǎo)輪、主動(dòng)輪組成；超聲振動(dòng)單元包括超聲波電源、超聲波換能器和變幅桿；電極絲的其中一段通過走絲裝置浸沒在所述的電解液中，并且通過走絲裝置上V型固定導(dǎo)輪的支撐和導(dǎo)向作用水平設(shè)置在電解液中，通過張緊裝置拉緊。
[0009]上述超聲振動(dòng)輔助微細(xì)電解電火花線切割加工裝置，其特征是:超聲振動(dòng)單元與工件是螺紋固定連接，且保證工件加工部分浸沒在電解液中及超聲振動(dòng)沿電極絲軸向。
[0010]本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本實(shí)用新型由于在對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)，主軸帶動(dòng)工件以恒定的速度向電極絲作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，工件沿電極絲的軸向超聲振動(dòng)，電極絲在主動(dòng)輪的帶動(dòng)和V型固定導(dǎo)輪的導(dǎo)向作用下做直線運(yùn)動(dòng)，接電源負(fù)極的電極絲和接電源正極的輔助電極通過電解液形成回路，浸入電解液中的電極絲表面附近發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成氣泡，電極絲與工件表面的電解液放電擊穿氣膜，產(chǎn)生的瞬間高溫和沖擊作用去除工件材料，主軸帶動(dòng)工件繼續(xù)以恒定的速度作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，直到完成對(duì)工件的復(fù)雜切割加工，本實(shí)用新型在相對(duì)狹小空間內(nèi)更容易形成完整的氣體薄膜，增大參與切割的電極絲的最大長度，從而明顯增大所能加工工件的厚度。2、本實(shí)用新型由于工件沿電極絲軸向進(jìn)行超聲振動(dòng)，加快了電解液的更新和排肩作用，能保證加工精度和加工穩(wěn)定性，提高了加工效率。3、本實(shí)用新型的方法和裝置可實(shí)現(xiàn)非導(dǎo)電硬脆材料高深寬比微結(jié)構(gòu)件的加工，并且具有良好的加工效果。4、本實(shí)用新型的方法和裝置簡單易行，在保證精度和效率的同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。綜上所述，本實(shí)用新型可以廣泛應(yīng)用于各種非導(dǎo)電材料的微細(xì)加工中。
【附圖說明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中:1 一控制計(jì)算機(jī)、2—數(shù)字存儲(chǔ)示波器、3—超聲波電源、4一夾持裝置、5—變幅桿、6—超聲波換能器、7—主軸(Y、Z軸)、8—V型固定導(dǎo)輪、9一固定導(dǎo)輪、10—張緊裝置、
11一主動(dòng)輪、12—工作液箱、13—電解液、14 一電極絲、15—工件、16—輔助電極、17—液面、18—電解-電火花電源、19一貯絲筒。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型的三個(gè)最佳實(shí)施例。
[0014]實(shí)施例一:
[0015]如圖1所示，本實(shí)用新型超聲振動(dòng)輔助微細(xì)電解電火花線切割加工方法及裝置，主要包括電解-電火花線切割裝置、超聲振動(dòng)單元和工作臺(tái)。在控制計(jì)算機(jī)1的控制下，超聲波電源3發(fā)出超聲信號(hào)，通過超聲波換能器6將電信號(hào)變?yōu)闄C(jī)械振動(dòng)信號(hào)，由變幅桿5放大并通過夾持裝置4傳遞給工件15，使工件15沿電極絲14的軸向振動(dòng)；變幅桿5與夾持裝置4、夾持裝置4與工件15之間均采用螺紋固定連接；主軸7帶動(dòng)工件15作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(包括Y、z兩個(gè)方向的進(jìn)給)，進(jìn)給速度由控制計(jì)算機(jī)1控制；主動(dòng)輪11帶動(dòng)電極絲14從ft:絲筒19里出來通過張緊裝置10、固定導(dǎo)輪9、再由V型固定導(dǎo)輪8的導(dǎo)向做直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)固定導(dǎo)輪9、張緊裝置10，完成走絲運(yùn)動(dòng)；電極絲14的松緊程度由張緊裝置10進(jìn)行調(diào)節(jié)；主動(dòng)輪11、貯絲筒19、張緊裝置10、固定導(dǎo)輪9、V型固定導(dǎo)輪8、工作液箱12均采用螺栓連接固定在工作臺(tái)上；電解-電火花電源18采用直流高頻脈沖電源，電極絲14采用鎢絲，輔助電極16為石墨電極，電解液13采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氫氧化鉀溶液；電極絲14接電源負(fù)極，輔助電極16接電源正極，電極絲14與輔助電極16在電解液13中發(fā)生電解反應(yīng)，使電極絲14周圍析出氫氣，進(jìn)而形成氣膜使電極絲14與電解液13絕緣，通過電極絲14與非導(dǎo)電工件15表面的電解液13發(fā)生電火花放電擊穿氣泡膜，利用瞬時(shí)的高溫和沖擊作用蝕除工件材料。
[0016]實(shí)施例二:
[0017]如圖1所示，電解-電火花電源18采用直流脈沖電源，電解液13采用氫氧化鈉溶液，其他如實(shí)例一。
[0018]實(shí)施例三:
[0019]如圖1所示，電極絲14采用鋼絲，變幅桿5與夾持裝置4、夾持裝置4與工件15之間均采用粘接固定連接，其他如實(shí)例一。
[0020]本實(shí)用新型面向非導(dǎo)電硬脆材料的微細(xì)加工，并且對(duì)高深寬比微結(jié)構(gòu)件的加工效果良好，利用超聲振動(dòng)輔助電解-電火花加工，由于工件沿電極絲方向進(jìn)行超聲振動(dòng)，加快了電解液的更新和排肩作用，能保證加工精度和加工穩(wěn)定性，提高了加工效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.超聲振動(dòng)輔助微細(xì)電解電火花線切割加工裝置，包括機(jī)床床身、電解-電火花線切割裝置、超聲振動(dòng)單元和工作臺(tái)；機(jī)床床身上設(shè)有貯絲筒(19)、主動(dòng)輪(11)、張緊裝置(10)、導(dǎo)輪支架；其特征是:電解-電火花線切割裝置包括固定工件的夾持裝置(4)、工件(15)、主軸(7)、走絲裝置、電極絲(14)、盛有電解液(13)的工作液箱(12)、輔助電極(16)、電解-電火花電源(18);輔助電極(16)接電解-電火花電源(18)的正極，電極絲(14)通過外部送絲裝置接負(fù)極；走絲裝置和工作液箱(12)均固定在工作臺(tái)上，走絲裝置由貯絲筒(19)、固定導(dǎo)輪(9)、張緊裝置(10)、V型固定導(dǎo)輪(8)、主動(dòng)輪(11)組成；超聲振動(dòng)單元包括超聲波電源⑶、超聲波換能器(6)和變幅桿(5);電極絲(14)的其中一段通過走絲裝置浸沒在所述的電解液(13)中，并且通過走絲裝置上V型固定導(dǎo)輪(8)的支撐和導(dǎo)向作用水平設(shè)置在電解液(13)中，通過張緊裝置(10)拉緊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述超聲振動(dòng)輔助微細(xì)電解電火花線切割加工裝置，其特征是:超聲振動(dòng)單元與工件(15)是螺紋固定連接，且保證工件(15)加工部分浸沒在電解液(13)中及超聲振動(dòng)沿電極絲(14)軸向。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于復(fù)合微細(xì)加工領(lǐng)域，是一種面向非導(dǎo)電硬脆材料加工的超聲振動(dòng)輔助微細(xì)電解電火花線切割加工裝置。本實(shí)用新型加工裝置包括機(jī)床床身、電解-電火花線切割裝置、超聲振動(dòng)單元和工作臺(tái)；機(jī)床床身上設(shè)有貯絲筒、主動(dòng)輪、張緊裝置、導(dǎo)輪支架；電解-電火花線切割裝置包括固定工件的夾持裝置、工件、主軸、走絲裝置、電極絲、盛有電解液的工作液箱、輔助電極、電解-電火花電源；輔助電極接電解-電火花電源的正極，電極絲通過外部送絲裝置接負(fù)極。本實(shí)用新型簡單易行，在保證精度和效率的同時(shí)降低了生產(chǎn)成本，可以廣泛應(yīng)用于各種非導(dǎo)電硬脆材料的微細(xì)加工中。
【IPC分類】B23H7/36, B23H7/10, B23H7/02, B23H7/38, B23H5/02
【公開號(hào)】CN205129104
【申請?zhí)枴緾N201520828201
【發(fā)明人】劉勇, 張建華, 王明宇
【申請人】山東大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年10月23日