[发明专利]一种超声振动辅助断续式电火花加工方法

说明书

本发明涉及一种超声振动辅助断续式电火花加工方法，属于电加工领域。本发明提出了工具电极复合运动与脉冲电源施加方式耦合的加工方法，利用工具电极的低频振动与超声振动的复合运动，在超声振动阶段施加脉冲电源，及时排出加工区域加工产物，避免产物堆积；非超声振动阶段不施加脉冲电源，同时利用工具电极低频振动，强迫加工区域工作液循环，有利于保证火花放电的稳定进行。此外，本发明还充分利用加工过程中工件表面脱落的增强相颗粒，利用工具电极低频振动和超声振动复合引起的强烈的液压冲击，带动增强相颗粒实现对工件表面的微抛磨，有利于提高表面质量。

技术领域

本发明涉及一种脉动态超声振动辅助电火花加工方法，属于超声电火花复合加工领域。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料是以碳化物、氮化物、石墨等颗粒增强相，以金属或合金为基体的复合材料统称。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，在航空航天领域应用前景广泛。中国火星车“祝融号”车身承载结构、机械运动机构、探测器结构等几十种零部件采用了多种不同碳化硅含量的SiC_p/Al；嫦娥五号月球采样机构关键部件也采用了SiC_p/Al。颗粒增强金属基复合材料的力学性能主要与增强相颗粒的体积分数有关，通常认为颗粒含量越高，材料的耐磨性、尺寸稳定性等性能越优异；但是中高体积分数颗粒增强相使得机械切削加工刀具磨损严重、表面加工质量差、加工效率低甚至无法加工，限制了颗粒增强金属基复合材料在航空航天领域的推广和应用。

电火花加工技术是基于工具电极和工件之间火花放电时产生的电腐蚀现象来蚀除工件材料，具有加工效率高、加工不存在宏观切削力等特点。只有当极间间隙减小到数十微米时，工具电极和工件之间才会产生火花放电，因此加工区域内极易积聚大量加工产物；同时，由于金属基复合材料含有大量不导电的增强相颗粒，加工过程中很难通过气化或熔化的方式蚀除，极易在加工间隙内集聚，影响工作液介电性能，影响了电火花加工效率和表面质量。研究人员采用削边或开槽电极改善加工区域内产物输运条件，进行颗粒增强金属基复合材料加工，但实际效果并不理想。

超声加工时，工具端面做超声频振动，借助工具和工件之间液体中的游离磨料对被加工表面进行机械撞击和抛磨作用，实现工件材料的去除，具有宏观切削力小，表面质量好等优点，通常用于硬脆材料的加工。相较于硬脆材料，颗粒增强金属基复合材料中的金属基体容易发生塑性变形，因此加工过程中磨料极易嵌入金属基体，减弱了磨料的机械撞击和抛磨作用，加工颗粒增强金属基材料时很难获得良好的加工效果；同时，由于增强相颗粒被金属基体完全或部分包裹，超声作用下磨粒只能加工增强相颗粒外露部分，很难获得较高的加工效率。

因此，面向航空航天领域迅速发展的颗粒增强金属基体材料制造需求，亟需兼顾加工效率和表面质量的创新加工方法。

发明内容

本发明提供一种超声振动辅助断续式电火花加工方法，以解决现有技术存在的问题，能够有效提高颗粒增强金属基复合材料的加工效率和表面质量。