皮带的松紧，使之经常处在正常工作状态。超声发生器部分的输出功率及工作频率连续可调工作频率为.连续可调。利用构造的超声电解复合微细加工系统可以进行单超声加工超声直流电解以及超声脉冲电流电解复合微细加工试验。.变幅杆设计与制作变幅杆的作用是把机械震动的质点位移或速度放大，或者将超声能量集中到叫嚣的面积上，即聚能作用。变幅杆可制成锥形的指数形的阶梯形的。本试验采用指数型变幅杆。设计频率为，变幅杆所用材料为调质号钢，纵波在杆中的传播速度，宽端直径，窄端直径为阴极设计的工作长度，大端直径小端直径。计算指数型变幅杆的主要参数面积系数，.半波谐振长度.检查是否满足限制条件。，因此，可知工作频率满足限制条件质点位移节点位移节点为从宽端算起的距离，此点变幅杆振幅为零。对于指数形变幅杆轴向直径变化查表可得变幅杆长.轴向的直径变化按计算，。根据上面所求出的参量，计算出变幅杆外形的加工尺寸，确定指数型变幅杆轴向直径的变化情况，如图.所示。.表.变幅杆直径变化.指数型变幅杆横截面直径尺寸变化示意图图.指数形变幅杆设计图图.锥形变幅杆设计图根据尺寸计算，对指数型变幅杆进行整体设计，如图.所示。.电极工具头设计常用的工具头总体形状有圆柱形阶梯形锥形三种。通常，阴极总体长度不超过波长的十分之，径向尺寸不超过换能器小端的几何尺寸。除间隙区的电解加工产物，改善及加强电解作用，使加工过程连续进行下去。同时，又由于采用高频脉冲电流，电解作用间歇进行，更有利于改善及稳定电解加工的间隙状态，提高电解去除的定域性，进而提高加工精度及表面质量。钝化膜破坏后的表面又迅速由于电解作用而产生新的钝化膜，阻止进步电解，这样可避免通常大电流密度电解时产生的杂散腐蚀作用。这种特性对器件的高深度比沟槽加工非常重要。可见，在整个加工过程中，工件表面始终处于钝化活化钝化不断交替变化作用下，逐渐有选择地去除，从而达到表面微精光整加工的目的。如果在此基础上，将超声电源的交变电信号通过调制电路产生电解电源的斩波信号，从而使电解直流电压成为与工具阴极超声振动振幅保持相位有序的脉冲电压，实现超声振动与脉冲电流同步协调的振动电解微细加工。即当阴极振动与微器件接近区间加电解脉冲幅值，开始电解作用，振动远离区间为电解脉冲间隔，进行加工产物的排除与电解液的循环更新，这种方式更有利于加工过程的改善和加工产物排除，更容易实现“静液”方式的微细电解加工，有利于提高微细加工精度和加工效率，加工过程稳定性会更好。.复合加工技术优势仅用振动微电流电解复合作用虽然对硬脆金属材料加工能取得良好效果，但对于半导体如硅片加工效果甚微，对非导电材料更难以进行振动微电流电解复合加工，这时采用辅助阳极及合适的电参数，利用超声冲击空化效应及加工区阴极的析氢气体在加工区产生微火花放电条件实际试验中当电压达到以上即可有微火花出现对于半导体及陶瓷等绝缘材料借助阴极析氢作用，在附加阳极与阴极间形成气泡，加工区产生微火花放电电解及超声的多重复合加工。理论上火花放电对阴极有定的损耗作用，但微火花放电是在电解液中进行，可以通过控制电参数及辅助阳极位置有效减小，而绝缘材料加工效率及精度得到有效提高。.构建实验系统采用图.所示的微细加工试验系统。用组合电加工方式制作的微细工具阴极通过植物油耦合与变幅杆连接，以减少能量损失，变幅杆在换能器带动下作超声频振动，换能器将超声发生器提供的超声频交流电信号转化为超声频机械振动。换能器采用磁致伸缩式镍材振子，机械强度高性能稳定，利用其磁致伸缩效应将电能转变成超声频机械振动，调节激振电容，将振动频率调至系统共振点，可得到最大振幅。因为能量密度,即因此振幅大小可由调节电源功率得到，超声振动经变幅杆放大，传到工具头阴极端面实现超声作用。工件由粘接剂或双面胶固定于绝缘工作台上，电解电源引线正负极分别与微器件及阴极连接，微器件复合加工的工作液是采用带有悬浮磨料的钝化性电解液，首先由电解加工在工件待加工表面形成钝化膜，阻止金属继续溶解，继而利用磨粒在超声振动作用下的机械撞击和抛磨，来去除工件表面对应于工具阴极部分的钝化膜，该处裸露的金属层恢复活化，继续溶解，又形成新的钝化膜层。上述过程周而复始，反复进行，在能够控制加工输入微能量变化的前提下，期望能有效地改善电解的定域性，提高总体加工精度。超声空化作用还能改善极间状态，加强产物排除。.变幅杆.电极.电解液.工件.电源图.超声电解复合加工示意图超声电解复合加工过程中,工件接直流电源正极，工具接阴极，其加工的原理是，阳极的工件因电解作用，加工表面产生致密的电解产物，从而减小了电解作用，甚至形成钝化膜，阻止电解加工进步进行。此时，加工液中的磨粒因超声波的作用而作高频的抛磨作用，破坏加工区域的电解产物，并在超声振动及空化作用下由工作液带走，此时，工件表面金属再次显露出来，电解作用继续进行，两过程交替进行,如此循环,从而完成加工过程。加工特点相对于单的超声微细加工及电解微细加工，超声电解复合微细加工的技术优势主要有以下几个方面．高频振动冲击波及“负压空化”作用能有效及时地去除加工料去除量以钝化膜层为单位或亚级，机理上可保证加工过程中钝化膜产生和去除的协调配合，解决电解微细加工过程难以持续的问题，使其实用成为可能。．电解微细加工采用钝化性电解液，如浓度的，电解钝化膜能控制在局部进行有选择地电解蚀除，提高电解加工的定域性当电解液浓度降低时，效率曲线如图.所示将会右移，切断间隙将减小，即只有在很小间隙时，钝化膜才能被破坏，这时的电场流场变化对加工精度的不良影响将变得很小，杂散腐蚀现象可以完全避免，从而获得所需的形状和尺寸。．超声电解复合微细加工中，超声作用需去除的是电解钝化膜，磨料粒度可以更微细，可使用级微粉甚至无磨料加工，从而可最大限度地减小超声加工工具损耗，大幅度提高微细加工精度，减小粗糙度。另外低浓度钝化性电解液，不具污染性，且在超声频振动微电流电解作用时采用“静态”供液即可，无需常规电解加工的电解液循环系统，便于实现低成本及清洁绿色制造。图.效率曲线.超声电解复合微细加工方式的材料去除是以钝化膜层为单位亚级，电解钝化与超声作用消除交替进行，机理上可保证加工过程中钝化膜产生和去除的协调配合，解决电解微细加工过程难以持续的问题，使其实用成为可能。因此超声电解复合微细加工工艺在机理上能够保持两种特种加工方法的优点，可提高加工精度，具有独特的优越性。超声电解加工在确保加工精度的同时,大副提高了加工速度,有效提高加工精度.然而,但是在理论上，对于导电的硬脆金属材料如淬火钢硬质合金等，也能进行加工，但加工效率较低。.由于工具的运动轨迹通常为直线，工具可用相对较软的材料制造且可以制成较复杂的形状，可以加工具有异型截面的形状具有阶梯的通孔盲孔等不需要使工具和工件作比较复杂的相对运动，在般情况下，超声加工机床的结构比较简单，操作维修都很方便。.由于去除加工材料是靠粒度极微小的磨料瞬时局部的撞击作用以及超声空化作用，所以工件表面的宏观切削力很小，切削应力切削热很小即使产生很小的切削热也会被磨料悬浮液及时带走，不会引起变形及烧伤，因而零件的表面粗糙度较好，般可达.，加工精度达到，而且可以加工薄壁窄缝低刚度的零件。超声加工的局限性超声加工面积较大时，超声加工效率有明显的降低其次超声加工很难加工韧性较大金属材料工具钢硬质合金等超声加工圆柱形孔深度般以工具直径的倍为限，对于深径比较大的深小孔加工很困难超声加工工具在磨料的抛磨下有损耗，同时，磨粒使工具与工件之间存在间隙，因此，精加工时要考虑工具损耗及磨粒直径大小对加工精度的影响，工具设计中应给予合理补偿。.电解加工原理及特点加工原理直流电源工具阴极工件阳极电解液泵电解液图图.电解加工示意图电解加工是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理将工件加工成形的种特种加工方法。如图.所示，加工时，工件接直流电源般为的正极，工具接负极，两极之间保持较小的间隙般在.范围内。电解液从极间间隙中流过，使两极之间形成导电通路，并在电源电压下产生电流，从而形成电化学阳极溶解。随着工具相对工件不断进给，工件金属不断被电解，电解产物不断被电解液冲走，最终两极间各处的间隙趋于致，工件表面形成与工具工作面基本相似的形状。.加工开始.加工过程.加工终止图.加工示意图加工特点加工范围广。常用于加工硬质合金高温合金淬火钢不锈钢等难加工材料。生产率高，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。电解加工能以简单的直线进给运动次加工出复杂的型腔型面和型孔，而且加工速度可以和电流密度成比例地增加。据统计，电解加工的生产率约为电火花加工的至倍，在些情况下，甚至可以超过机械切削加工。于是，人们方面通过研究高效加工的刀具和刀具材料自动优化切削参数提高刀具可靠性和在线刀具监控系统开发新型切削液研制新型自动机床等各种途径，进步改善切削状态提高切削加工水平，并解决了些问题另方面，则冲破传统加工方法的束缚，不断地探索寻求心的加工方法，于是种本质上区别于传统加工的特种加工变应运而生。后来，由于新颖制造技术的进步发展，人们从广义上来定义特种加工，即将电磁声光化学等能量或其组合施加在工件的被加工部位上，从而实现材料被去除变形改变性能或被镀覆的非传统加工方法统称为特种加工,。它是种涉及多学科学科交叉融合的先进制造技术，具有才传统加工所无可比拟的特点。硬质合金的特性硬质合金是由硬度很高的难熔金属碳化物和等和金属粘结剂用粉末冶金的方法制成的材料，硬质合金中的碳化物都具有硬度高熔点高化学稳定性和热稳定性好等特点。采取普通的切削加工方法来加工硬质合金材料简直是无法想象的。有关资料表明，超声加工对于玻璃陶瓷等非金属脆性材料具有很高的加工精度和加工效率，加工表面的表面质量也很好，但用来加工硬质合金材料，其加工效率较低，加工工具局部损耗较大等缺陷。所以对于硬质合金材料基本不采用超声加工方法，通常仍以电解加工或电火花加工的方法进行零件或模具加工。电解加工适合于包括硬质合金的大多数金属材料的成形加工，可获得较高的加工速度，较好的表面粗糙度，但与超声加工所得到的表面粗糙度．相比要差些。显然，采用超声加工电解加工的方法来加工硬质合金具有各自的优点和缺点。将两种加工方法进行适当的结合，即采用超声电解复合加工的方法，既保证电解加工的高效性，得到很高的加工速度，又保持了超声加工的较好加工精度和表面粗糙度。.课题研究目的及内容.随着科学技术的发展，具有三维型面的难加工材料的应用越来越广泛，普通的机械加工难以满足要求，而超声波加工不仅能加工硬质合金淬火钢陶瓷半导体锗和硅片等硬脆材料，电解加工具有效率高电极无损耗，表面质量好等优点，特别适用于导电性难加工材料的三维型面加工。超声加工结合电化学加工，利用超声作用对电解加工过程的改善，可以提高超声加工的效率，减小电极损耗，提高电解加工的精度，具有技术复合综合技术优势。本课题本课题探讨硬质合金材料超声加工特性，并进行超声加工工具及工艺设计，进行超声参数试验及优化，为其实际应用建立工艺基础。硬质合金,超声,复合,加工,设计,试验,实验,毕业设计,全套,图纸摘要本文介绍了超声加工和电解加工的加工原理,分析了其存在的不足之处,对比显现出其两者复合加工的优势所在。介绍了超声电解加工的工作原理和实验构建,并对实验结果进行了的分析计算。对硬质合金进行了单超声加工试验及分析对硬质合金等进行了超声超声电解复合加工试验,两实验对比分析,从而论证了超声电解加工方法的可行性,优势性和必要性,为今后进步研究和实际应用奠定了理论和实验基础。