多电极旋转振动独立放电微细加工装置研究

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微细孔加工广泛地应用于医疗器械、发动机、模具、航空航天、微电子等领域,常作为喷丝板的喷丝孔、电板的冲液孔、发动机叶片、缸体的散热孔、发动机的喷油雾化孔、阀体的气路孔或油路孔等。微细孔的材料由于使用大多为高硬度、高强度难加工的材料,如不锈钢、耐热钢、金刚石、硬质合金等,而且要求达到一定的孔深,使微细孔加工成为孔加工中最困难的加工工艺之一。  目前,实际使用的微细孔加工专机设备只有一个工具电极,加工效率低。如果增加工具电极数量,实现多电极同步加工多个微细孔,则可以成倍地提高加工效率。目前由一块电极材料蚀刻而成的群电极在加工阵列微细孔研究方面取得了一定成果,但是群电极制作困难,而且存在两方面的技术缺陷:一是电极之间无法电绝缘,其中某个电极短路时集中能量放电将造成该短路微细电极的烧毁;二是群电极排屑效果较差,无法旋转,加工孔深度受到限制。  对微细电火花加工的加工原理、加工工艺参数的变化对微细电火花加工的影响和加工设备对微细电火花加工的影响的研究,在传统的微细电火花加工中加以微振动与旋转能够提高微细加工的效率和加工精密度,本文在微振动与旋转微细加工的基础上,设计了一款多电极旋转振动独立放电的微细电火花加工装置,同时在对进给机构的选型的基础上,对多电极旋转振动独立放电微细电火花复合加工的电极结构与振动结构进行设计,通过SolidWorks对其建模,对关键位置基于Workbench的有限元分析,实现了微细电火花加工要实现的功能与要求。  对微细电火花加工脉冲电源,以及微细电火花加工工件与电极间隙状态检测的研究,本文采用场效应管控制加工的晶体管与RC式复合的脉冲电源,消除了脉间,维持加工电压,设计了通过场效应管导通与截止的逻辑电路,实现微细电火花加工电源中电容充放电的有效结合,在微细电火花加工的同时有足够的时间消电离;针对微细电火花加工脉冲电源单个能量小,放电状态复杂以及变化多等特点,采用间隙电压平均值法对加工间隙状态实时检测,通过单片机输出PWM波控制调节正常微细电火花加工时的电压范围,提高间隙状态检测的准确性,能够更好的控制电源,成倍的提高加工效率。  根据电源硬件结构,完成整个硬件结构的程序控制,通过单片机控制PWM输出的占空比调节旋转电机与振动电机来调节微细电火花加工中旋转、振动参数,调节脉冲输入电源的电压与电流的大小控制微细电火花加工的电压与电流,以及控制间隙状态检测的上下限电压值判断微细加工是否正常,同时,通过加工实验分析研究了电容大小、旋转速度、振动幅值与频率对微细电火花加工效率的影响,成功的加工出直径为72μm的微细孔,采用多电极同时加工,与单电极的比较,得出多电极独立放电加工比单电极加工效率更高,为多电极独立加工开辟了高效可行的新工艺方法。
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