（定稿）硬质合金超声复合电加工设计及试验（全套下载）

在连通器压力油的作用下，安装在工作台上的微器件与工具阴极间保持定的微压力，大小可由砝码微细精确调节。

阴极与工件之间的间隙随高频振动作周期性变化，随着加工深度增加，工作台在压力油的作用下自动向上位移，微器件加工深度由向测微仪给出。

在电解电源线路中串入分流器或电涡流传感器，可将复合加工中的电解电流信号通过数字存储示波器及机进行记录，以便分析调节加工参数。

图.超声电解实验系统超声发生器是具有自动频率跟踪的正反馈放大器，利用电子管工作的不稳定性产生原始工作信号，通过选频回路，选出有用信号，由激励器电子管激励放大，其信号频率为换能器的工作频率，电子管组成推挽功率放大器，调谐指示器可调节指示输入功率磁化电源提供换能器直流电流，消除超声振动倍频现象。

图.超声发生器工作原理超声装置由超声发生器及超声频振动头两大部分组成，包括振动头机座液压升降机构旋转工作台等部分组成，超声振动头主要包括换能器和升降机构。

超声换能器是超声装置的核心部分，它采用性能稳定可靠的镍材磁致伸缩式结构。

端用钎焊的方法使之与传振杆联接，另端装有吸声罩，用以提高换能器的单面发射效率，传振杆和变幅杆按照换能器的标称工作频率设计，故不应任意改变其几何形状尺寸。

传振杆中间法兰盘法兰盘只是个统称，通常是指在个类似盘状的金属体色的周边开上几个固定用的孔用于连接其它东西。

它的作用是连接及传动。

使换能器固定在振动头上，变幅杆与传振杆之间由螺纹联接，为了保证超声波传输有良好的声耦合，连接处的加工精度要求较高。

振动头的内腔有冷却水套冷却换能器，可保证其正常工作时不会因温度过高而烧坏换能器绕组。

振动头的升降机构包括振动头立柱和调节螺母，锁紧螺钉。

超声装置采用螺纹立柱来导向和升降，且用锁紧装置定位。

液压升降可旋转工作台由液压系统传动链纵横进给机构三个部分组成。

液压系统由两个液压耦件组成，采用间隙式密封，故反应灵敏，此耦件制造时要求精度高，所以油缸体和柱塞采用研配，无互换性，以保证此偶件合理的配合间隙，以防压力油泄流。

该项技术仍不成熟，仍然存在些缺陷等待解决如电流密度较大时加工杂散腐蚀现象从外电源漏散电流而引起的金属腐蚀。

当杂散电流在金属构件的表面区域离开金属电子导体相而进入介质离子导体相时，对于金属构件的这区域来说，是阳极电流，故加速金属的阳极溶解，造成由杂散电流而引起的“腐蚀”破坏。

严重，采取超高频脉冲电源混气加工或复合电解液等措施，虽可得到定程度改善，但还需要进步探索。

综上所述，超声电解复合微细加工可保持电解加工高效率阴极损耗小的优点，同时超声振动脉冲电流又可以改善电解加工过程，具有复合技术优势，能够满足微细加工的要求，具有进步研究和应用的前景。

.本章小结本章分析了超声电解以及超声电解复合加工的原理和特点，探讨超声电解加工可行性与技术优势，为试验系统构建建立了基础。

第三章超声电解复合加工实验构建微细加工材料需要的去除量微小，加工精度要求很高，为了避免大电流密度的杂散腐蚀作用，电解作用须在低电位微电流密度下进行，即处于效率曲线的钝化区，并且不能采用活性大但杂散腐蚀严重的电解液，这样，用单电解方式加工时，材料开始虽可以电解，但随着加工过程的继续，工件阳极超电位升高，加工进入钝化区，工件表面产生低电流密度难以破坏的钝化膜，阻止电解作用的持续进行，这就使单电解方式在微细加工中的应用受到限制。

至于超声加工技术，比较适合于加工硬脆材料，特别是陶瓷材料，表面粗糙度较低，尺寸精度较高，并且不存在残余应力，不改变组织结构但缺点是超声加工工具有损耗，加工效率较低，且在材料面积韧性较大时，效率显著降低，应用受到限制。

可见，单独使用电解或超声波加工方法加工硬脆材料都不是最好的方法。

初步研究分析证明，将超声频振动加工工艺和脉冲电流电解加工工艺有机复合，扬长避短，可发展成为各种材料微器件加工的种全新工艺。

.复合加工机理换能器.变幅杆.电解液和磨料.工件.直流电源.工具.超声发生器图.超声电解复合加工原理图超声电解复合微细加工是加工硬脆材料的新工艺，是将超声频振动加工脉冲电流及电解加工技术等多种工艺有机复合在起的种加工方法。

加工原理如图.，换能器将超声波发生器输出的高频电信号转变为机械振动能，通过变幅连接件使工具端面作小振幅超声高频振动，工具头和工件分别接脉冲电解电源的负极和正极，加工区充满磨料电解液组成的复合工作液，在超声和脉冲电解双重作用下加工部位逐步蚀除，最终形成与工具头端面形状相关的加工件。

超声电解复合微细加工采用磨料定浓度钝化性电解液组成的复合工作液，加工开始后，由于微电流电解作用在工件表面产生厚度极薄强度远低于基体材料的钝化膜，引入超声频振动脉冲电流后，高频振动冲击波及“负压空化”作用能完全消除这层电解钝化膜，有效及时地加工质量好。

可获得定的加工精度和较低的表面粗糙度。

可用于加工薄壁和易变形零件。

电解加工工具和工件不接触，不存在切削力，不产生残余应力变形毛刺。

工具阴极无损耗。

在电解加工过程中工具阴极上仅仅析出氢气，而不发生溶解反应，所以没有损耗。

易与机械加工及其他特种加工方法相结合形成复合加工，如电解磨削电解抛光超声电解等。

另外，电解加工也具有定的局限性，主要表现为不容易达到较高的加工精度和加工稳定性。

这方面是由于阴极的设计制造和修正都比较困难，阴极本身还存在制造精度问题另方面是影响电解加工间隙稳定性的参数很多，控制比较困难。

电解加工的附属设备较多，占地面积较大，机床需要有足够的刚度和防腐蚀性能，造价较高，因此单件小批量生产时的成本比较高。

电解加工产物需要进行妥善处理，否则将污染环境。

综上所述，电解加工工艺具有表面无变质层无残余应力表面粗糙度小加工成本较低加工效率高等优点，这些特点是其它特种加工方式所不全具备的。

因此电解加工在机理上存在能实现精密加工，甚至是级加工的可能性，因此发掘其机理优势，将其应用于器件微细加工，是很有研究前景的课题。

与传统电解加工相比，电解加工除拥有上述特点外还有自身的工艺特点，如电解液的浓度低加工电压低阴阳极间的间隙小加工零件尺寸小精度要求高等。

为了克服以上缺陷，复合加工应运而生，显示了其性能优越性和加工稳定性。

超声电解复合加工随着经济的发展，现有的特种加工方法已经不能满足社会发展的要求，复合加工应运而生，在很好的解决常规特种加工方法缺陷的同时很好的确保了其优越性和高效性，同时也扩大了材料加工范围，大大提高了特种加工技术加工效率和加工精度.复合加工应用多种形式能量的综合作用来实现对工件材料的去除和加工，其中包括传统加工和特种加工的复合特种加工与特种加工的复合，实现不同加工技术的优势互补，扬长避短，大大提高了加工效率和加工精度。

图.复合加工实验设备加工原理超声电解复合加工的基本构思就是，将超声加工和电解加工两种工艺结合在起。

第二章超声加工和电解加工.超声加工的原理及特点超声加工的基本原理超声加工是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的种特种加工方法，超声加工的基本原理如图所示。

超声加工时，在工具和工件之间加入水或油等和磨料混合的悬浮液，并使工具以适当的压力轻轻压在工件上。

超声换能器产生高达以上的超声频率作纵向振动，由于弹性杆弹性杆使振幅产生定的放大变化，通常称其为变幅杆的作用，振幅被放大到左右，驱动工具端面作超声振动，迫使工作液中悬浮磨料的磨粒以很大的速度和加速度不断地撞击抛磨被加工工件表面，把被加工工件表面的材料粉碎成很细的微小颗粒，从工件上被打击下来。

虽然每次打击下来的材料很少，但每秒打击的次数高达次与超声频率有关以上，所以仍有定的加工速度。

工具工件磨料悬浮液变幅杆换能器超声波发生器图.超声加工原理图与此同时，工作液受工具端面超声振动作用而产生的高频交变的液压正负冲击波和“空化”作用，迫使工作液“钻”入被加工材料的微细缝隙处，从而更加剧了机械破坏作用。

所谓“空化”作用，是指当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工间隙内形成较大的负压和局部真空，使得工作液内瞬间形成很多微空腔，当工具端面以很大的加速度接近工件表面时，空泡又重新闭合，又引起较强的液压冲击波，上述作用迅速地反复地施加在工具与工件之间微小间隙内的工作液里，可以大大强化加工过程。

此外，正负交变的液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，带动磨料运动，使部分变钝了的磨粒及时得到更新。

由此可见，超声加工是磨粒在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用以及超声空化作用的综合结果，其中，磨粒的机械撞击作用是占主导地位的。

本质上，材料去除的能量是机械能。

由于超声加工基于局部撞击作用，所以当受到撞击作用时，越是硬脆的材料，其受破坏的程度越大，越容易进行超声加工。

相反，脆性和硬度不大的韧性材料，由于它对撞击能量的吸收缓冲作用而难以实施超声加工，或者说加工效果很不理想。

所以，这性质常利用在工具材料选择上，要求它既能撞击磨粒，又不至于使自身受到很大的破坏，般选择塑性较好的材料，通常采用钢或弹簧钢等材料作为工具材料较合适。

超声加工的基本特点.超声加工适合于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，例如玻璃陶瓷氧化铝氮化硅等石英锗硅石墨玛瑙宝石金刚石等材料。

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。

论文最后对该技术加工工艺进行了分析总结，提出现有工艺方案存在的问题及完善的措施，并对后续研究应用提出了设想和展望。

关键词超声加工，电解加工，超声电解复合加工，硬质合特种加工技术概述制造技术历史悠久，是人类生存与发展的基础及社会物质财富的主要来源，对人类的生产和物质文明起着极大的作用。

世纪年代，英国发明了蒸汽机，由于当时还不能制造高精度的气缸，而迟迟不能转化为生产力。

直至气缸镗床的出现，这发明才得以广泛应用，从而导致第次产业革命。

不言而喻，新产品的研究开发，科学技术和社会经济文化的发展，无不与制造技术息息相关。

然而，以后的近年，人们直是采用传统加工方法，并利用机械能和切削力来切除工件金属而达到制造要求的。

起加工实质是“以硬对软”。

本世纪年代，前苏联曾发明电火花加工。

人们初次脱离了传统加工的旧轨道，利用电能热能，在不产生切削力的情况下，以低于工件金属硬度的工具去移除工件上多余的部位，成功地获得了“以柔克刚”的技术效果。

自本世纪年代以来，特别是近二十年，由于材料科学高新技术的发展和激烈的市场竞争发展尖端国防及科学研究的急需，不仅新产品更新换代日益加快，而且产品要求具有很高的强度重量比和性能价格比，并正在朝着高速度高精度高可靠性耐腐蚀高温高压大功率尺寸大小两极分化的方向发展。

为此，各种新材料新结构形状复杂的精密机械零件大量涌现，对机械制造业提出了系列迫切需要解决的新问题。

例如，各种难切削材料的加工各种形状复杂尺寸或微小或特大精密零件的加工薄壁弹性元件等低刚度特殊零件的加工等。

对此，采用传统的加工方法十分困难，甚至无法加工。