超聲輔助氣中電火花銑削加工技術(shù)

摘 要：本文闡述了超聲輔助氣中電火花銑削加工技術(shù)，作為一種新穎的電火花銑削加工工藝，具有提高加工效率、簡(jiǎn)易補(bǔ)償電極且安全、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。在數(shù)控系統(tǒng)控制下，用逐層掃描式的加工方式，對(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行柔性加工，縮短加工周期、降低加工成本、提升工件柔性等特點(diǎn)，擁有廣闊發(fā)展前景的電火花加工工藝。超聲輔助氣電火花銑削加工工藝的開發(fā)，深化了氣中電火花加工技術(shù)的研究，為其實(shí)用化研究指明了方向。

關(guān)鍵詞：電火花加工;銑削;超聲振動(dòng);氣體介質(zhì)

超聲輔助氣中電火花銑削加工工藝，是在20世紀(jì)90年代逐步發(fā)展起來的電火花成型加工工藝。它的工藝方式為，采用標(biāo)準(zhǔn)形狀電極，在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，按照一定軌跡作成型運(yùn)動(dòng)，通過電極與工件之間的不同相對(duì)位置的火花放電，加工出所需工件形狀。與傳統(tǒng)的電火花成型加工工藝相比，采用超聲輔助氣中電火花銑削加工工藝，具有減少成型電極的設(shè)計(jì)與制作、壓縮產(chǎn)品生產(chǎn)周期、模具制造成本減少以及提高加工效率和工件柔性等一系列優(yōu)點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外電加工學(xué)者，主要針對(duì)常規(guī)型電火花銑削加工工藝、微細(xì)電火花銑削加工工藝和新型介質(zhì)電火花銑削加工工藝擁有深層次的研究。

1 超聲輔助氣中電火花銑削加工工藝原理

在超聲輔助氣中電火花加工過程中，由于放點(diǎn)間隙，氣中比液中小，雖然僅有十幾或幾微米，卻極易導(dǎo)致拉弧甚至短路現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)加工效率的提升影響頗高。

根據(jù)超聲輔助氣中電火花加工工藝的基本原理，通過超聲振動(dòng)作用在工件或工具電極上，提高氣中電火花加工性能。超聲輔助實(shí)驗(yàn)其結(jié)果表明，在對(duì)工件或工具電極施加超聲振動(dòng)后，氣中電火花加工過程中的拉弧甚至短路現(xiàn)象出現(xiàn)率大大降低，加工效率大幅度提升。

2 超聲輔助氣中電火花銑削加工工藝的特點(diǎn)

電火花銑削加工主要包括：大加工深度銑削工藝、精加工廓形銑削工藝以及分層銑削工藝。因此，當(dāng)采用大加工深度銑削加工工藝時(shí)，主要加工面是電極側(cè)面，缺點(diǎn)是電極側(cè)面與工件之間氣流很小，導(dǎo)致在電極間隙內(nèi)電蝕產(chǎn)物不易排出;當(dāng)對(duì)復(fù)雜廓形工件采用精細(xì)加工過程中，位于供給極間的氣流極易外泄，造成加工件穩(wěn)定性下降;而當(dāng)采用較小的加工深度進(jìn)行分層銑削加工時(shí)，才能保證氣流均勻地通過供給放電間隙，提升氣中電火花銑削加工狀態(tài)的穩(wěn)定性能。

通過以上特點(diǎn)，超聲輔助氣中電火花銑削加工技術(shù)特點(diǎn)總結(jié)如下：

（1）采用綠色安全性高的壓縮氣體介質(zhì)作為工作介質(zhì);

（2）電火花介質(zhì)其工作介質(zhì)通過空心管狀電極，并提供沖液功能;

（3）分層掃描銑削運(yùn)動(dòng)，由工件的X、Y軸向的伺服平動(dòng)和Z軸向的間進(jìn)給來實(shí)現(xiàn);

（4）工具電極通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，分散放電點(diǎn)分布，避免火花集中，保證電機(jī)端部均勻磨損;

（5）超聲振動(dòng)作用于工具電極上，通過改變電火花間隙狀態(tài)，脈沖利用率得以提高，進(jìn)而加工效率及加工質(zhì)量得到改善。

3 超聲輔助氣中電火花銑削加工規(guī)律

超聲振動(dòng)輔助電火花銑削加工工藝中，超聲振動(dòng)的影響、加工時(shí)率和工件表面質(zhì)量等都可以通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步探索。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，通過超聲振動(dòng)，可以通過系統(tǒng)延時(shí)降低對(duì)加工造成的影響，減少或避免電弧放電，使加工效率和加工表面質(zhì)量得到提升。通過微細(xì)小孔超聲振動(dòng)電火花加工技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，得出加工條件合適是超聲復(fù)合微細(xì)電火花加工技術(shù)優(yōu)于常規(guī)微細(xì)電火花加工工藝這一結(jié)論。在工作液中添加20g/L的SiC顆粒并在電極軸向附加超聲振動(dòng)，來進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn)，得出超聲振動(dòng)可以降低工件表面的表面粗糙度值、減薄重熔層厚度、表面殘余應(yīng)力降低并使表面顯微硬度得以提升。

超聲振動(dòng)極間流場(chǎng)極為復(fù)雜，難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察，只能通過計(jì)算機(jī)仿真手段研究其規(guī)律。通過研究超聲振動(dòng)輔助電火花加工技術(shù)的流場(chǎng)，表明超聲振動(dòng)促進(jìn)了電介質(zhì)的循環(huán)，縮小了短路和電弧放電的現(xiàn)象，提升了加工時(shí)效及穩(wěn)定性，從而提升工件材料去除率，進(jìn)而能夠減小火花放電的凹坑深度，使得工件加工表明的熔融金屬更均勻，降低工件加工表面粗糙度。

通過研究超聲振動(dòng)作用下，極間流場(chǎng)和蝕除顆粒分布場(chǎng)，有利于揭示超聲振動(dòng)對(duì)極間流場(chǎng)與蝕除顆粒分布的改善作用。

4 超聲輔助氣中電火花加工工藝的發(fā)展進(jìn)程

超聲輔助電火花加工技術(shù)，用簡(jiǎn)易電極代替成型電極，實(shí)現(xiàn)加工的柔性化，提高電火花加工效率。在傳統(tǒng)的電火花加工工藝中，針對(duì)加工復(fù)雜型面工件，成型電極制備工作是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，生產(chǎn)周期及加工成本都需要考慮，在加工規(guī)準(zhǔn)改變時(shí)，則需要更換電極，無疑對(duì)增加輔助時(shí)間，增加制造成本。而超聲輔助電火花加工技術(shù)通過簡(jiǎn)易電極代替成型電極，提升了整體加工速率，改善了工藝的加工效果。

截止目前，數(shù)控技術(shù)、智能技術(shù)等都有很大發(fā)展，可以將這些技術(shù)引入到超聲振動(dòng)電火花加工工藝中來，進(jìn)而提升電火花加工工藝的時(shí)效性?，F(xiàn)今，電火花加工機(jī)床，通過對(duì)加工過程的智能控制、自適應(yīng)控制，加入智能數(shù)控技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)的放電加工及調(diào)節(jié)伺服系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)調(diào)節(jié)，進(jìn)而改善加工工藝，使加工效率和表面質(zhì)量得到進(jìn)一步提高。但是機(jī)床工作放電過程中，由于工藝本身的復(fù)雜性、不可控性，電火花加工工件在機(jī)床改善機(jī)理方向，目前尚未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，通過對(duì)機(jī)床加工參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)加工過程動(dòng)態(tài)研究，提升加工工藝，從而達(dá)到加工速率的提升，從而促進(jìn)對(duì)電火花加工工藝機(jī)理的研究的步伐。

伴隨著世界經(jīng)濟(jì)大環(huán)境的發(fā)展與能源問題緊張的日益突出，制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)有向小批量、多品種方向發(fā)展，產(chǎn)品的制造精度的要求也越來越高，這些都將對(duì)制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)做出影響。同樣，電火花加工工藝也隨著當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展同樣面臨新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。因此，超聲輔助電火花加工工藝，隨著先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展，吸取其成果，不斷地改善，提高其工作效率、工件表面精度、創(chuàng)新技術(shù)、綠色環(huán)保等方向發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：崔同磊（1993-），男，山東昌樂人，碩士研究生，研究方向：特種加工。