[发明专利]一种超声调制变电压高效电解复合加工方法

说明书

一种超声调制变电压高效电解复合加工方法，属于特种加工技术领域，该方法在电解加工过程中，辅助以超声技术，通过超声高频振动作用及其产生的空化效应强化极间介质的传质效率，实现小间隙的高速电化学溶解作用。同时，在加工过程周期性增大加工电压，并将超声振动参数与电信号波动参数形成耦合作用，主动在小间隙阶段的加工间隙内产生强制性的弱火花放电作用，消除间隙内的危险点域，促使阴极工具超越进给速率的极限，充分释放电解加工技术的潜能，满足大中型复杂构件大余量高效去除的加工需求。

技术领域

本发明属于特种加工技术领域，涉及一种超声调制变电压高效电解加工方法，具体的说是涉及一种利用超声高频振动的调制作用，在小间隙阶段通过增大电压形成强制性火花放电，增大材料的去除速率和加工过程稳定性的加工方法。

背景技术

国防、航空、航天、能源等领域的高科技装备中，关键零部件正朝着“整体化、轻量化、薄壁化”的方向发展，大量复杂的整体构件便由此应运而生，它们通常尺寸较大、特征复杂、结构轻薄，从毛坯到零件加工成形，材料去除率极高。此外，为了应对高温环境下的恶劣工作条件，这类零件普遍采用钛合金、高温合金等高温性能优异的难切削材料。因此，该类零件加工过程普遍存在效率低、成本高、周期长等问题，严重影响高科技装备的研发和生产周期。

电解加工是基于阳极工件电化学溶解原理实现零件加工成形的一种特种加工方法。相较于传统机械加工方法，电解加工还具有工具无损耗、加工表面无应力和变质层、无飞边和毛刺、加工过程与工件材料机械性能无关等优点。因此，电解加工技术非常适用于加工航空航天领域中难切削材料的零件加工。然而，在需要大余量高效去除的加工场合下，加工间隙内电解液难以及时更新、加工产物难以及时排除等问题也会极大的影响了电解加工的效率。

复合加工是通过多种能量形式工艺方法的综合作用来实现材料去除的加工方法，它可以避免或者减少一些工艺方法在单独使用时产生的不利影响，甚至是达到相互增强各自优势特点的作用。中国专利号ZL201110350813.X发明专利提出了一种难加工材料的微精加工方法，该加工方法用调制超声频振动参数，实现静态工作液中的“放电-电解”有效复合加工新技术。但该方法仅用于微精制造领域，难以满足大余量高效去除的加工需求。因此，寻找一种高效的电解复合加工技术，对满足国防、航空、航天、能源等领域的高科技装备中，大型构件的大余量高效去除的加工需求具有显著意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺点和不足，提出一种超声调制变电压高效电解复合加工方法，本方法利用超声振动及其产生的空化作用促使间隙内加工产物高效排除，利用超声振动过程中的间隙特性为高压局部放电和低压电解的平稳切换提高条件，借助超声参数和电参数的耦合作用，通过间歇性增大电压实施主动放电，消灭间隙内的危险点域，避免短路现象发生，可实现阴极工具进给速率的大幅提升，可进一步开发电解加工技术的潜能。

本发明的技术方案是：一种超声调制变电压高效电解复合加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下两个持续交替的加工阶段：

加工阶段一：变电压强行局部放电；

加工阶段二：超声辅助高效电解加工；

所述加工阶段一的过程中，超声信号带动阴极工具逼近阳极工件至最小加工间隙附近时，电源输出高频高压信号，迫使加工间隙内气泡相对集中的危险点域形成强制性火花放电，快速去除危险点域的材料，实现更小间隙的电解加工作用；

所述加工阶段二的过程中，电源恒定输出直流低压信号，伴随超声信号的高频振动，所述加工阶段二包括以下过程：

(1)所述超声信号带动阴极工具远离阳极工件，该过程中极间间隙逐渐增大，高速流动的电解液迅速将电化学溶解作用产生的电解产物和AB段放电产生的电蚀产物及残余热量迅速带离加工区域，避免发生不可控的大能量密度放电烧伤，保障加工过程平稳进行；