超聲磨削裝置設(shè)計(jì)

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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（英文翻譯） 題目：Ultrasonic vibration pulse electro-discharge machining of holes in engineering ceramics 院系：機(jī)械與動(dòng)力工程系 班級(jí)：08機(jī)制2班 姓名：寧 超 學(xué)號(hào)：0828070057 指導(dǎo)教師 ：閆艷燕 在工程陶瓷制品中的孔的超聲波振動(dòng)脈沖電子放電加工 賈治新 張建華 艾星 機(jī)械工程學(xué)系，山東科技大學(xué)，濟(jì)南250014；中華人民共和國，1994，4，27日收到 摘要 在本文中，超聲波振動(dòng)脈沖電子放電加工（UVPEDM）技術(shù)已經(jīng)在工程陶瓷制品中孔的制造中逐步顯示出來。描述UVPEDM的原理如下。在UVPEDM技術(shù)中的脈沖放電是由工具電極的超聲振動(dòng)產(chǎn)生的，而不是由傳統(tǒng)電子放電加工中的特殊脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的。工具電極的超聲振動(dòng)也能使一個(gè)使缺口平整，在獲得材料的高的移除率上這個(gè)技術(shù)也已經(jīng)北證實(shí)。 1.緒論 隨著機(jī)械行業(yè)朝著高精度高效率和高自動(dòng)化的快速發(fā)展，需要在高溫度和在苛刻的環(huán)境條件下的操作機(jī)械。明顯地，金屬材料不能滿足那些要求，因此，種類繁多的有更優(yōu)越性能的新類型的非金屬材料像工程陶瓷這種的。例如：在最近20年，越來越多的這類型的材料被使用在電子機(jī)械產(chǎn)品中。 在陶瓷制品的許多應(yīng)用中，鉆孔需求是平穩(wěn)增長的。目前，有若干鉆孔技術(shù)是可供使用的，包括：機(jī)械鉆孔，超聲波加工（USM）,電子放電加工（EDM）,激光束加工（LBM）,電子波加工（EBM）和其他方法。在陶瓷制品中孔的機(jī)械鉆削呈現(xiàn)有若干問題和表面磨光，工件壽命有關(guān)，LBM和EBM通常產(chǎn)生擁有漏斗的形狀的孔，梨形狀的孔的直接輪廓很難被獲得。USM產(chǎn)生有更好表面質(zhì)量的孔，然而材料的移除率（MRR）是非常低的。自從它在50年前被拉薩恩庫和拉匝恩庫發(fā)現(xiàn)以來，EDM在制造業(yè)王國中已經(jīng)變得越來月重要。近些年來，已經(jīng)成功證明：當(dāng)它們的電阻系數(shù)低于100歐姆［1-----3］，EDM可以被用到陶瓷制品中。EDM的一個(gè)不好的性能是：它在開環(huán)電路的周期瞬間低效率放電，產(chǎn)生短路，形成弓形脈沖［4］，當(dāng)他們在鉆削深孔時(shí)這種狀況更加嚴(yán)重。這篇文章表明：超聲波振動(dòng)脈沖電子放電加工技術(shù)是為了在陶瓷制品中產(chǎn)生孔，學(xué)習(xí)的目的是為了減少設(shè)備損耗，增加放電效率和再次得到更高的MRR. 2.超聲振動(dòng)脈沖電子放電加工的原理 在傳統(tǒng)的EDM中，當(dāng)在兩電極間加上施加電壓時(shí)，冷電子的噴射發(fā)生，這相應(yīng)的在一個(gè)特定區(qū)域產(chǎn)生了一個(gè)離子化的狀態(tài)。在被給出的電壓中，電離結(jié)束在一個(gè)從陰極開始的一個(gè)特定的距離上。由絕緣體顯示有一個(gè)相當(dāng)可觀的能削弱電離處理過程的能力等等，它們產(chǎn)生了電離，電壓的增長擴(kuò)充了電離的區(qū)域。在一個(gè)特殊的時(shí)刻，電離狀態(tài)變得充分，是電荷從陰極向陽極的流動(dòng)。 當(dāng)電壓保持不變時(shí)，如果兩極靠的更近時(shí)，可獲得相似的現(xiàn)象，這個(gè)現(xiàn)象正在被UVPEDM應(yīng)用。 在UVPEDM技術(shù)中，機(jī)械工具的使用是超聲波鉆孔機(jī)器。圖表一顯示了設(shè)備的原理圖。超聲波發(fā)生器產(chǎn)生了一個(gè)高頻的電信號(hào)（17----25KHZ），這個(gè)信號(hào)被變換器轉(zhuǎn)化為同頻率的機(jī)械電壓信號(hào)。一個(gè)和恩角擴(kuò)大了振幅和用工具轉(zhuǎn)化它。工件和工具被連接在DC源上正極和負(fù)電極上。 圖表一 圖二 圖二顯示了在UVPEDM[5]中的放電過程。在工件和工具之間，應(yīng)用一個(gè)精確的電壓加在缺口上，產(chǎn)生了一個(gè)電子區(qū)域。最初，被非傳導(dǎo)性的流體（流出來的水）連接時(shí)，這個(gè)電極是絕緣的，因此沒有電流產(chǎn)生。隨著工具的超聲波振動(dòng)，工具的前表面移動(dòng)朝著工件表面下降和導(dǎo)電區(qū)域相應(yīng)的增加，導(dǎo)致導(dǎo)電區(qū)域產(chǎn)生極小懸浮物質(zhì)和在缺口中形成電橋（圖2b）.當(dāng)缺口到達(dá)一個(gè)非常精密非常小的尺寸時(shí)，它導(dǎo)致衰弱或在非傳導(dǎo)性液體中的離子化（圖2C）;電壓下降到一個(gè)穩(wěn)定的值時(shí)，電壓增加到了操作員制定的那個(gè)值，產(chǎn)生了等離子體和在信道周圍形成了蒸汽泡沫（圖2（e））.因?yàn)楣ぞ叩那氨砻鎻墓ぜ砻娴目焖僖谱撸妷洪_始增加，電流開始下降。當(dāng)缺口到達(dá)一個(gè)精準(zhǔn)的大的形狀時(shí)，放電信道被迅速的瓦解了（圖2（g））.這個(gè)過程再次開始，當(dāng)工具朝著工件再次下移時(shí)。 簡要地說，在UVPEDM中，當(dāng)電壓被加到工件和工具間時(shí)，放電過程形成。這被他們其中之一的機(jī)械振動(dòng)控制，放電的形成會(huì)周期性的產(chǎn)生和消失。 3.實(shí)驗(yàn)的過程 在圖一中顯示了實(shí)驗(yàn)的建立，做這個(gè)實(shí)驗(yàn)用的是J93025超聲波機(jī)械，發(fā)電機(jī)有250w的電能輸出和一個(gè)在17---25KHZ周期性變化的頻率。轉(zhuǎn)化器是磁致伸縮的堆鎳和冷卻水組成。同時(shí)，電子顯像管的能量是冷氣。和恩角產(chǎn)生一個(gè)振幅（波峰到波峰）最大是40微米。在那些實(shí)驗(yàn)中，工具的振幅（波峰到波峰）是8------25微米。圖表1顯示了實(shí)驗(yàn)的條件。氧化鋁陶瓷制品被用作工具， 圖二顯示了氧化鋁陶瓷制品的一些性能。 4.結(jié)果和討論 4.1在MRR上，所加電壓的影響 圖表三中顯示在MRR上施加電壓所產(chǎn)生的影響，當(dāng)所加電壓增加超過15--20V,瞬間發(fā)生的放電被觀察到和材料移除率的增加。當(dāng)所加的電壓超過80V，振幅為15微米的情況下（100V電壓，振幅為25微米），工件和工具之間形成電拱橋，應(yīng)該避免這樣的情況發(fā)生。 4.2 在MRR上工具電壓振幅的影響 在圖四中顯示了在MRR上工具電壓振幅的影響，可以看到隨著工具電壓的增加，材料移除率有明顯的增加。當(dāng)振幅在8微米以下（波峰到波峰），很難保證電子的放電過程。在放電期間，電流轉(zhuǎn)化為熱量，在等離子信道區(qū)域，工件表面產(chǎn)生特別強(qiáng)烈的熱，高溫引起了電極材料的熔化和氣化［6］，電極的熔化和氣化是腐蝕中最為常見的，并且這也是常規(guī)的解釋被模擬的樣本［7---9］。隨著電流的停止，離子信道的電壓迅猛消失，蒸汽泡沫引起更大的熱量，在電極表面熔化的液體流進(jìn)了缺口然后爆炸。 然而，并不是所有的熔鑄的材料都可以被移除，因?yàn)楸砻鎻埩?，拉力?qiáng)度，和在液體和固體間的粘結(jié)力。在UVPEDM中，隨著超聲波振動(dòng)工具的使用，工具使缺口迅速的變化，一個(gè)高頻變化的應(yīng)力產(chǎn)生了。在缺口減小的階段，壓力是增加的。等離子信道的直徑增長是減小的。同時(shí)在缺口增大的階段，一個(gè)大應(yīng)力的減小開始了。在材料蒸發(fā)中增高應(yīng)該歸因到蒸汽溫度的下降。因此，當(dāng)然，產(chǎn)生了一個(gè)更好的熔鑄材料的噴出物，更小的熔鑄材料被再次拋出從電極的表面。除此之外，工具的超聲波振動(dòng)顯示出了在作用缺口上碎片粒子的沉淀和產(chǎn)生了可見的懸浮物在非傳導(dǎo)性液體中，這改善了非傳導(dǎo)性液體的流通。這些特性充分增加了放電的流暢性，并且產(chǎn)生了一個(gè)高的MRR。 5結(jié)論： UVPEDM是工程學(xué)陶瓷制品中的鉆孔方法，它在步驟上非常簡單和易于達(dá)成，當(dāng)被操作時(shí)。并且是低的設(shè)備消耗。 通過實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了這個(gè)新的加工技術(shù)對獲得高的材料移除率有用。 參考文獻(xiàn) ［1］N.F班德魯菲斯和A.M戈大拉，先進(jìn)機(jī)械處理。3（1）（1988）127--153 ［2］N.F班德魯菲斯和A.M戈大拉。陶瓷制品。67（6）（1988）1048--1052 ［3］M.納卡木拉，I.機(jī)械科學(xué)。26（1991）6078----6082 ［4］P.K飛利浦，工具制造26（1991）6078-----6082 ［5］賈治新，艾星，張建華，精密加工17（1）（1995）1.5 ［6］張建華，艾星。IMCC廣東（1991.4A） ［7］R.喬尼Ann.（IRP21）（1972）39.40. ［8］D地比頓.MR.巴德，應(yīng)用物理66（1989.66.1989）4095.4013 ［9］AM戈德拉，陶瓷制造科學(xué)（1989）1396.1401