HIFU辅助电解加工装置及方法

本申请涉及电化学加工，尤其涉及一种hifu辅助电解加工装置及方法。

背景技术：

1、微细电解加工(electrochemical micromachining,emm)主要利用电化学反应过程中的阳极溶解原理对金属材料进行加工的方法。区别于传统机械加工，电化学加工不受材料硬度、韧性限制，由于加工过程中工件(阳极)与工具(阴极)不接触，不会产生传统机械加工的切削力和切削热，且无毛刺。对于高强度、高韧性、高硬度材料，如硬质合金、钛合金等，电化学加工就展现出了很好的优势。但在实际生产过程中，电化学加工还存在一些问题，由于电解产物存在于工件与电极间隙的电解液中，且外部电解液处于不循环状态，这就导致电解液更新速度慢，导致电解产物无法排出，影响工件与电极之间的电流密度，从而影响电化学加工的精度与效率。

2、现有超声波辅助加工主要分为两大类：其中一类是将超声振子与阴极工具设计为一体，在加工过程中超声刀柄(阴极工具)通过超声换能器系统(阵子)带动阴极工具进行加工，由于受到共振频率的影响，且阵子长度无法随意调节，所以在微细加工中，微细电极会产生径向摆动，可能会出现短路现象，且加工精度较低。在这一类中也可分为工具受超声振动与工件受超声振动，图1为现有技术中超声波加工方法为工具振动的示意图，图2为现有技术中超声波加工方法为工件振动的示意图。另一类是将超声辅助装置放置在介质中，超声振子作为超声发射源，电解液充当超声传播介质，如图3所示，中国专利cn103962661a一种聚焦型超声波振动工作液电化学加工装置及方法正是采用这种方式，这种方式虽然提高了电解加工过程中电解产物的排出，但超声辅助装置的功率要求较大，且最佳角度调整困难，超声波在电解液与工件间隙传播中，由于工件是硬边界场，超声的传播在加工微结构时受限，影响了加工精度与效率。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种hifu辅助电解加工装置及方法，用于解决现有的超声辅助电解加工的装置与方法存在阴极工具径向抖动、超声聚焦装置驱动功率要求较高、超声波向加工间隙传播效率低的问题。

2、为此，根据本申请的一个方面，提供了一种hifu辅助电解加工装置，包括：

3、超声波辅助装置，包括安装支架、z轴压电位移台、聚焦超声换能器和旋转驱动装置，所述z轴压电位移台绕z轴转动设置于所述安装支架上，所述z轴压电位移台具有沿z轴设置的通孔，所述聚焦超声换能器同轴设置于所述z轴压电位移台的下端，且所述聚焦超声换能器具有与所述通孔对应的避让孔，所述z轴压电位移台用于驱动所述聚焦超声换能器上下高频振动，所述旋转驱动装置设置于所述安装支架上并用于驱动所述z轴压电位移台绕z轴转动；以及

4、电解加工装置，包括三轴手动微调平台、转接板、转接导管、夹嘴和工具电极，所述转接导管穿设于所述通孔内，所述夹嘴设置于所述转接导管的下端，所述工具电极穿设于所述转接导管内且所述工具电极的下端从所述夹嘴引出后向下伸出所述避让孔，所述转接板设置于所述三轴手动微调平台上并与所述转接导管的上端连接。

5、可选地，所述旋转驱动装置包括驱动电机和传动机构，所述驱动电机安装于所述安装支架上，所述传动机构的输入端与所述驱动电机的电机轴连接，所述传动机构的输出端与所述z轴压电位移台连接。

6、可选地，所述安装支架上设置有安装孔，所述安装孔内设置有法兰轴承，所述法兰轴承的外圈与所述安装支架连接，所述传动机构的输出端和所述z轴压电位移台的上端均与所述法兰轴承的内圈连接。

7、可选地，所述传动机构包括主动带轮、从动带轮和传动带，所述主动带轮与所述驱动电机的电机轴固定连接，所述从动带轮与所述法兰轴承的内圈同轴连接，所述传动带连接于所述主动带轮和所述从动带轮之间。

8、可选地，所述夹嘴为陶瓷材质。

9、可选地，还包括用于存放加工介质的工作液槽和设置于所述工作液槽中并用于夹紧工件的夹具。

10、可选地，所述聚焦超声换能器的底部为竖直向上凹的弧形面，所述避让孔贯穿所述弧形面的中部设置。

11、根据本申请的另一个方面，提供了一种hifu辅助电解加工方法，基于如上所述的hifu辅助电解加工装置，所述hifu辅助电解加工方法包括以下步骤：

12、将所述超声波辅助装置的所述安装支架安装在第一机床的主轴上，将工作液槽置于第一机床的加工平台上，将待加工的工件通过夹具安装在工作液槽中，将所述电解加工装置的所述三轴手动微调平台安装在第二机床的主轴上；

13、通过所述三轴手动微调平台对所述工具电极的位置进行粗调，使所述工具电极与所述z轴压电位移台和所述聚焦超声换能器大致同轴，然后通过第二机床的对所述工具电极的位置进行微调；

14、第一机床驱动所述工具电极在z轴方向上运动、驱动工件在水平面上沿着x轴与y轴方向上运动，使得所述工具电极与工件运动至加工位置，然后所述工具电极对工件开始进行电加工；第二机床驱动所述超声波辅助装置在z轴方向上运动，同时，所述超声波辅助装置中的所述旋转驱动装置与所述z轴压电位移台分别驱动所述聚焦超声换能器进行旋转和上下往复高频振动。

15、本申请提供的hifu辅助电解加工装置及方法的有益效果在于：

16、1.hifu辅助电解加工装置中，聚焦超声换能器能够在z轴压电位移台的作用下上下高频振动，同时能够在旋转驱动装置的作用下绕工具电极旋转，通过旋转驱动装置与z轴压电位移台带动聚焦超声换能器进行跟随运动，很好的解决了聚焦超声换能器与工具电极不同轴的问题，且聚焦超声换能器的上下振动能有效地改变超声焦点位置，从而产生更加混乱的声压场，提高电解液更新效率，超声波产生的声辐射力作用在一些难加工金属材料表面，有利于钝化膜的去除，并降低极化现象的影响。旋转与振动复合在一起，能将电解产物与气泡螺旋迁移出狭窄的加工间隙，提高加工效率；

17、2.采用超声波辅助装置与电解加工装置组合搭建形成，很好的避免了由于聚焦超声换能器的旋转和振动导致工具电极摆动的影响，且分开安装可通过三轴手动微调平台将工具电极预先调整到合适位置，并且在工具电极加工过程中进给不受超声波辅助装置干扰，可以有更好操作空间，进行大面积微细加工；

18、3.整个hifu辅助电解加工装置结构紧凑、操作简单、灵活度高、精准度高，驱动聚焦超声换能器的外部条件要求低，可以通过小功率产生高强度聚焦区域，能源利用率高，工作更加稳定。

技术特征：

1.一种hifu辅助电解加工装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的hifu辅助电解加工装置，其特征在于，所述旋转驱动装置包括驱动电机和传动机构，所述驱动电机安装于所述安装支架上，所述传动机构的输入端与所述驱动电机的电机轴连接，所述传动机构的输出端与所述z轴压电位移台连接。

3.根据权利要求2所述的hifu辅助电解加工装置，其特征在于，所述安装支架上设置有安装孔，所述安装孔内设置有法兰轴承，所述法兰轴承的外圈与所述安装支架连接，所述传动机构的输出端和所述z轴压电位移台的上端均与所述法兰轴承的内圈连接。

4.根据权利要求3所述的hifu辅助电解加工装置，其特征在于，所述传动机构包括主动带轮、从动带轮和传动带，所述主动带轮与所述驱动电机的电机轴固定连接，所述从动带轮与所述法兰轴承的内圈同轴连接，所述传动带连接于所述主动带轮和所述从动带轮之间。

5.根据权利要求1所述的hifu辅助电解加工装置，其特征在于，所述夹嘴为陶瓷材质。

6.根据权利要求1所述的hifu辅助电解加工装置，其特征在于，还包括用于存放加工介质的工作液槽和设置于所述工作液槽中并用于夹紧工件的夹具。

7.根据权利要求1所述的hifu辅助电解加工装置，其特征在于，所述聚焦超声换能器的底部为竖直向上凹的弧形面，所述避让孔贯穿所述弧形面的中部设置。

8.一种hifu辅助电解加工方法，基于权利要求1-7任一项任一项所述的hifu辅助电解加工装置，其特征在于，所述hifu辅助电解加工方法包括以下步骤：

技术总结本申请属于电化学加工领域，尤其涉及一种HIFU辅助电解加工装置及方法，该HIFU辅助电解加工装置中，聚焦超声换能器能够在Z轴压电位移台的作用下上下高频振动，同时能够在旋转驱动装置的作用下绕工具电极旋转，通过旋转驱动装置与Z轴压电位移台带动聚焦超声换能器进行跟随运动，很好的解决了聚焦超声换能器与工具电极不同轴的问题，且聚焦超声换能器的上下振动能有效地改变超声焦点位置，从而产生更加混乱的声压场，提高电解液更新效率，超声波产生的声辐射力作用在一些难加工金属材料表面，有利于钝化膜的去除，并降低极化现象的影响。旋转与振动复合在一起，能将电解产物与气泡螺旋迁移出狭窄的加工间隙，提高加工效率。技术研发人员：刘桂贤,杨慧贤,黄顺,师晓宇,李镜受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17