[实用新型]超声振动辅助微细电解电火花线切割加工装置

说明书

技术领域

本实用新型属于复合微细加工领域，涉及一种面向非导电材料加工的超声振动辅助微细电解电火花线切割加工装置。

背景技术

随着科学技术的发展，微型化已成为航空航天、生物工程和精密仪器等众多领域的发展趋势，机械零件正朝着“小”的方向发展。同时，石英、玻璃和陶瓷等非导电材料具有耐磨、耐高温、耐腐蚀和良好的耐热冲击等性能，已经被广泛应用于微机电系统(MEMS)、微流体系统、生物医学及航空航天等领域，但由于材料本身的特性使其精密、微细加工问题成为了限制制造业技术进步的瓶颈难题。随着MEMS的发展，微加速度计、微流量泵、微管道、微探针这样的应用越来越广泛，高深宽比微结构件在其中发挥着越来越重要的作用。非导电硬脆材料高深宽比微结构件的加工已成为当前的研究热点之一。

目前，非导电材料高深宽比微结构的加工方法主要有激光刻蚀、等离子体法、辅助电极电火花线切割、电解电火花辅助砂浆线切割和电解电火花线切割等方法。激光刻蚀、等离子体法等方法都存在加工精度低、表面粗糙度高、成本高等问题，此外还要求工件的厚度不能太大，即深宽比低。辅助电极电火花线切割方法将绝缘陶瓷表面覆盖一层导电材料作为辅助电极，利用金属电极丝和辅助电极之间在煤油中发生击穿放电产生的热量来去除绝缘陶瓷的一种加工方法，该方法中涂覆辅助电极非常麻烦，虽然减少了裂纹的产生，但难以保证稳定加工，在高深宽比工件的加工中排屑困难，易短路，加工效率低。电解电火花辅助砂浆线切割方法是在传统砂浆线切割加工的基础上，利用阴极微弧电沉积技术，在加工过程中实时对工具丝表面进行氧化铝陶瓷膜涂层，随着电极丝的往复直线运动，喷嘴喷出带研磨颗粒的切削液，在电极丝的带动下，研磨颗粒进入电极丝和工件相互接触的区域，对工件进行磨削，该方法往往只能简单的切割工件，也存在排屑困难、易短路的问题。电解电火花线切割方法是电极丝与辅助电极反应生成气泡膜，然后通过火花放电击穿气泡膜产生的高温去除非导电工件材料，该方法排屑困难，加工稳定性差，加工精度不高，加工效率低。

公开号为“CN103920949A”的中国专利，记载了一种电解液循环式慢走丝电解电火花线切割加工装置，该专利技术简述为：一种电解液循环式慢走丝电解电火花线切割加工装置，主要应用于非导电硬脆材料的电解电火花线切割加工，放电加工运丝过程采用慢走丝方式，更容易使气泡富集于电极丝上，形成完整的气体薄膜，提高放电效率，同时避免电解液对行丝装置的腐蚀和提高加工精度。这种方法虽然能够加工非导电硬脆材料，但是其加工效果并不好，尤其是在加工深高宽比结构时，容易造成电火花蚀除产物的堆积，排屑困难，加工效率和精度受到限制。

公开号为“CN103203506A”的中国专利，公开了一种非导电材料的砂浆线切割加工装置及方法，在该切割加工装置中给电极丝和辅助电极通直流或者脉冲电压，使电极丝和辅助电极通过电解液形成回路浸入电解液中的电极丝发生电化学反应和电解电火花放电，并在电极丝表面形成一层硬质保护膜在电机的驱动和导轮的导向作用下，滚筒带动电极丝做往复直线运动喷嘴喷出带研磨颗粒的切削液，在电极丝的带动下，研磨颗粒进入电极丝和工件相互接触的区域，对工件进行磨削。这种方法无法对深高宽比的结构进行高精度加工，因为磨屑难以排出，还可能引起机械应力和热应力；用这种方法加工的表面存有微裂纹，在磨削之后由于应力的作用会使裂纹生长。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种非导电材料的超声振动辅助微细电解电火花线切割加工装置。

本实用新型是通过以下方式实现的：

超声振动辅助微细电解电火花线切割加工装置，包括机床床身、电解-电火花线切割装置、超声振动单元和工作台；机床床身上设有贮丝筒、主动轮、张紧装置、导轮支架；电解-电火花线切割装置包括固定工件的夹持装置、工件、主轴、走丝装置、电极丝、盛有电解液的工作液箱、辅助电极、电解-电火花电源；辅助电极接电解-电火花电源的正极，电极丝通过外部送丝装置接负极；走丝装置和工作液箱均固定在工作台上，走丝装置由贮丝筒、固定导轮、张紧装置、V型固定导轮、主动轮组成；超声振动单元包括超声波电源、超声波换能器和变幅杆；电极丝的其中一段通过走丝装置浸没在所述的电解液中，并且通过走丝装置上V型固定导轮的支撑和导向作用水平设置在电解液中，通过张紧装置拉紧。

上述超声振动辅助微细电解电火花线切割加工装置，其特征是：超声振动单元与工件是螺纹固定连接，且保证工件加工部分浸没在电解液中及超声振动沿电极丝轴向。