电火花超声波复合抛光法

电火花超声波复合抛光法，是抛光技术在20世纪80年代的一项创新，是北京市电加工研究所对超硬质材料及其制件表面光化处理技术的一个突出的贡献。

聚晶金刚石作为超硬质材料之一，因其资源丰富、成本低廉、硬度高达诺普硬度4.9× 102Pa，而耐磨性超过天然金刚石，被广泛应用于汽车、宇航、航空和地质等多种行业中，适于制造切削刀具、拉丝模具及石油地质钻头等。电火花超声波复合抛光法，就是解决由电火花加工成形的这种超硬质制件表面抛光加工的比较理想的工艺技术。工效高而且质量好，具有可观的社会经济效益。

一、工作原理

电火花超声波复合抛光法，实质上是采用超声频率调制的电火花加工与超声波抛光技术联合的复合抛光工艺，其工艺过程如图8-1所示。

先由超声波正弦振荡器1产生出一定频率（如20kHz~30kHz的正弦振荡信号，经超声波前置放大器2和超声波功率放大器3两级放大后，送入超声波换能器4，将电能转换成超声波机械振动并传给专用工具5，使工具5作相对工件10的超声振动。与此同时，由超声波前置放大器2放大后的部分超声频信号送给调制电路6，再经高频窄脉冲发生器作用，使之在超声波换能器4缩短时，产生出频率为0.1MHz~1.5MHz，脉冲宽度为0.2μs的脉冲信号。该脉冲信号经前置放大器8和MOS功率放大器9二级放大，形成峰值电流为1A~10A的电火花加工脉冲，再送到专用工具5和被加工制件10之间，进行电火花脉冲放电加工。

在上述超声波脉冲电火花对超硬质材料-聚晶金刚石-加工过程中，聚晶金刚石制件表面会形成一层厚约0.1μm~2μm的碳化层。在超声波换能器4伸长时，高频窄脉冲发生器自动停止工作，专用工具5带动磨料，快速地将制件10表面的碳化层除去。如此周而复始地对制件进行加工，就可同时完成成形与抛光的加工作业，而且该加工过程的速度很快。

上述脉冲发生器与调制电路的电路原理如图8-2所示。脉冲发生器由高频窄脉冲振荡器IC_{1、IC_{2、IC_{3，前置放大器IC_{4和MOS功率放大器T_{4，电阻R_{1~R_{8以及电容C_{1和C_2组成。}}}}}}}}

调整电路由电压比较器IC_{5、光电耦合器T_{2及电阻R_{13~R_{18组成。由超声波前置放大器产生的超声频信号，经R_{13传给IC_{5的正输入端。IC_{5的负输入端经电阻R_{14、R_{15的分压作用给出基准电压。IC_{5的输出接光电耦合器T_{2。T_{2又输出一个与超声频正弦信号相位为K_{π的脉冲调制信号。其中K的选用，应依据超声波换能器形式的不同而异。当用镍片磁改伸缩式换能器时，K=0；当用压电陶瓷换能器时，K=1。这样就可保证调制脉冲在超声波换能器缩短时工作（为高电平）。用上述调制信号来控制IC_{3的复位端3。}}}}}}}}}}}}}}

当IC3复位端3为高电平时，IC3处于工作状态，并发出一系列高频窄脉冲信号送入IC4。反之，当IC3复位端3为低电平时，IC3输出为高电平，IC4输出为低电平，这时无脉冲输出。由此达到了超声波调制电火花脉冲电源的目的。

IC4的作用是将IC3输出的信号变换成驱动T4所需电平的脉冲信号。该脉冲的上升、下降时间小于20μs。

当IC4将IC3送来的高频窄脉冲信号放大后，再送入功率放大器9（由大功率场效应管T4、阻流电阻R9~Rll，负波吸收回路R12、C3、D1组成），形成高频脉冲，进而送给工具5与制件10之间的放电间隙。这就达到了当超声波换能器4使工具电极5伸长时，功率放大器9不向放电间隙输送脉冲，并使工具5带动磨料进行抛光作业；当5缩短时，9向放电间隙输送脉冲，形成高频电火花放电，以加工制件。

二、技术经济效果

实践证明，用电火花超声波复合抛光法加工超硬质材料，制造工模具等，可获得以下比较明显的技术经济效果。

   （1）比单纯的超声波抛光加工具有快速、节约超硬质材料（聚晶金刚石）微粉等一系列优越性。
   （2）比传统的机械抛光法提高工效十多倍。
   （3）模具整形、抛光工艺均比较简单。
   （4）比一般抛光法可节省比较昂贵的金刚石磨料50％以上。

因此，电火花超声波复合抛光法，在短短的几年中，已发展成为具有我国特色的超硬质材料工模具抛光加工的主要工艺技术了。

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电火花超声波复合抛光法

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