电化学放电线切割加工方法实验研究

针对非导电硬脆材料的微细线切割加工,设计并搭建了电化学放电线切割加工装置,对电化学放电线切割加工过程中的电压-电流曲线与电极丝放电长度之间的关系进行了实验研究。实验结果表明,随着直流电压的增大,电压-电流曲线呈现出线性区、饱和区、跃变区和放电区等明显的区域性特征变化,稳定放电仅在电压高于一定值的放电区内发生,且电极丝放电长度越大,发生跃变放电时的临界电压越高。对普通玻璃和石英玻璃的加工实验表明,通过增大放电能量,能够获得更高的材料去除率,但也会导致工件加工精度和表面质量的下降。

电极旋转电化学放电加工间隙内介质输送分析

微小孔是一类重要的结构,在航空工业、航天工业、微电子、汽车及医疗等行业有着广泛的应用。工具电极高速旋转电化学放电加工是根据电化学放电加工基本原理,应用高速旋转的工具电极在工件上进行电化学放电加工的方法。针对制造行业中广泛应用的金属微小孔结构,通过对螺旋工具电极高速旋转微小孔电化学放电加工间隙工作介质流场仿真,解释了螺旋工具电极高速旋转微小孔电化学放电加工间隙内工作介质输送机理。

电化学放电加工高速旋转电极的流固耦合分析

电化学放电加工(Electrochemical Discharge Machining,ECDM)为近年来较受关注的非传统制造技术之一,既可以加工非金属材料,也可以加工金属材料。以有限元软件对工具电极高速旋转电化学放电加工加工状态进行了仿真分析,研究了工具电极旋转速度及工具电极与微小孔之间的偏心程度对工具电极变形及工具电极应力的影响。计算结果表明,随着工具电极旋转速度增加,工具电极最大变形及工具电极最大应力增加;随着工具电极与微小孔偏心量的增加,工具电极最大变形及工具电极最大应力增加。

基于润湿供液的电化学放电线切割实验研究

针对非导电硬脆材料的微细线切割加工,设计并搭建了基于润湿供液的电化学放电线切割装置,实现了对石英材料的有效切割,确定了实现电化学放电线切割加工的临界电压。通过提取加工过程中能反映极间状态的电流信号作为控制加工的依据,实现了对石英材料的可控加工,实验表明加工速率及槽宽随着电压的增加而增大。通过对工件步进进给和匀速进给两种加工方式的比较表明,利用电流信号作为进给控制依据进行步进进给能更好地保证加工的连续性。

微砂轮电化学放电修整技术

基于电化学放电加工的电极损耗原理,提出一种新的微砂轮修整工艺——电化学放电修整方法.阐述了其修整原理,同时,通过对比修整前后微砂轮的表面形貌、磨削力和工件表面质量来评估修整效果,通过微磨削试验来分析加工工艺参数对修整效果的影响.结果表明:修整后,微砂轮的磨削力和工件表面粗糙度显著降低;使用32V电源电压、质量浓度为300g/L的NaOH溶液修整后,微砂轮的法向磨削力和工件表面粗糙度最低.通过电化学放电修整可以显著改善微砂轮的磨削状态,提高加工效率和工件表面质量,延长微砂轮使用寿命.

高质量玻璃微孔电化学放电加工模型及试验

超白玻璃是一种超透明低铁玻璃,因其具有优越的物理、光学性能,而广泛应用于精密电子、高档汽车及太阳能光伏发电领域。由于其本身的硬脆特性,玻璃微孔的出口极易破损,为提高玻璃微孔的加工定域性,降低微孔出口破损的可能性,对微细电化学放电钻削加工工艺进行了研究与优化。首先,根据电化学放电原理,探讨了气膜的形成和材料去除机理,分析了放电能量对玻璃微孔加工工艺的影响,建立了单位时间电化学放电加工能量控制模型;其次,试验分析了电压幅值、占空比、脉冲频率、进给速度等主要参数对微孔入口直径和出口质量的影响;最后,通过优化后的加工参数在厚度为300μm的超白玻璃试件上,成功加工得到入口直径为172μm、出口直径为167μm的3×3微孔阵列结构,出口无破损现象。实验结果表明,基于脉冲能量控制的微细电化学放电钻削工艺在玻璃微孔加工方面很有潜力。

绝缘涂层构件电化学放电穿孔技术

研究了绝缘涂层构件的电化学放电加工原理与5种放电过程及其电压电流波形特点。分析了绝缘涂层构件穿孔技术中的绝缘涂层材料加工、绝缘涂层与基体金属过渡加工及基体金属加工3种不同状态及其特点,采用不同的进给速度和加工电压,以提高加工效率和质量。对钛合金基体的氧化锆陶瓷涂层材料进行了电化学放电穿孔实验,验证了该方法是可行的。

电化学放电线切割电压-电流特性研究

设计并搭建了基于水平走丝方式的电化学放电线切割加工装置,可用于非导电硬脆材料的微细线切割加工,研究了加工过程中的电压电流特性。当电压超过临界值后,电极丝表面会形成不稳定的气层并产生放电现象;随着电压升高,放电状态由火花放电向电弧放电过渡。对石英玻璃的加工实验结果显示,通过增加电压并使放电电压维持在火花区内,能在保证表面质量较好的同时提高加工效率,在电弧区加工可得到更高的材料去除率,但工件表面质量会下降。

超声振动辅助机械铣削复合电化学放电加工

传统机械加工易造成石英玻璃等绝缘硬脆材料表面微裂纹损伤和侧壁崩碎过切的现象。电化学放电加工可实现石英玻璃的无损伤加工且加工精度可达到微米级,但难以解决无损伤加工精度和加工效率之间的矛盾。以表面无损伤高效率加工石英玻璃为目标,提出了超声振动辅助机械铣削复合电化学放电加工的新方法,分析了该方法的作用机制;采用高速气动主轴实现了高转速下的脉冲电传导,解决了传统主轴的高速旋转电刷扰动和脉冲电信号导入两方面技术难题。基于高速摄像机研究了在该方法条件下的微观瞬时电解生成气泡/气膜过程,并结合基础实验得到工艺规律,还通过窄槽结构加工验证该方法可有效改善石英玻璃的无损伤加工效率。

喷雾电化学放电加工难导电硬脆材料试验研究

针对传统电解电火花加工难导电硬脆材料存在的问题,提出了一种使用开槽金属轮作为一极,另一极为紧贴工件表面的进电金属片的喷雾电化学放电加工方法,对单晶硅和氧化铝陶瓷进行了试验研究,并加工出了窄槽实物。通过分析加工表面微观形貌可知,单晶硅等半导体材料主要依靠电化学腐蚀、电化学放电和化学溶解进行综合蚀除,氧化铝陶瓷等绝缘材料经电化学放电通常只能产生软化层,再由机械方法实现延性方式去除。最后研究了峰值电压、脉冲宽度、脉冲间隔、电解液浓度、开槽金属轮转速等因素对单晶硅和氧化铝陶瓷材料去除率和表面粗糙度值的影响规律。

基于力反馈控制进给的电化学放电加工方法

针对电化学放电加工中随加工深度增加,加工速度和加工质量降低的问题,提出了基于力反馈控制进给方式的加工方法,分析了基于力反馈进给电化学放电加工的工作机理。通过与常规的恒速进给、重力进给等加工方式的对比实验研究,发现力反馈进给的电化学放电加工能很好地改善孔的入口质量、提高加工速度,并获得较大的极限加工深度,同时,孔的锥度也明显减小。实验结果表明,基于力反馈控制进给的电化学放电加工方法在非导电脆硬材料的微细加工中有很大的潜力。

侧壁绝缘电极的微槽电化学放电加工特性研究

在电化学放电加工中,电极浸没在溶液中的部分均会发生放电,其中侧壁区域的放电会对微槽加工产生不利影响,破坏加工表面质量。针对该问题,提出了一种金刚石涂层侧壁绝缘电极,分析了其电流-电压曲线特性,并进行了微槽加工实验。通过与传统电极比较,发现电极侧壁绝缘后,其临界电压增大、临界电流减小。在微槽加工中,侧壁绝缘电极能有效提高加工精度和加工表面质量,故在高质量微槽加工中具有良好的应用前景。

模糊控制系统在电化学放电线切割加工的应用研究

针对电化学放电线切割加工方法,基于润湿的供液方式,搭建了基于力信号反馈控制进给的加工实验平台,设计了基于力信号反馈控制进给速度的模糊控制系统,并将模糊控制系统应用到力信号反馈控制进给的加工实验平台上,进行了微槽加工实验,发现与PID控制算法相比较,模糊控制系统有效改善了微槽两侧的过切现象,显著提高了加工效率,验证了模糊控制系统在电化学放电线切割加工过程中的实用性。

基于电流反馈信号的电化学放电线切割加工实验研究

电化学放电加工(Electrochemical Discharge Machining,ECDM)作为一种新型特种加工方法,在加工非导电硬脆材料方面具有高柔性、低成本等诸多优势。针对电化学放电线切割加工(Wire Electrochemical Discharge Machining,WECDM)方法,在基于润湿作用的供液方式下,设计了加工回路中电流信号的采集电路,并研究了电流信号与加工状态的对应关系;搭建了基于电流反馈信号控制进给的实验平台,对石英材料进行了稳定的加工;在此基础上,探究了不同电源输入、不同电压峰值、不同进给速度以及不同控制策略等加工条件对加工性能的影响。最终,在该实验平台上实现了具有优良加工表面的微槽,槽宽低至100μm,且加工出了具有复杂形状的微型结构,验证了该反馈控制加工方法的实用性、持续性和稳定性。

激光辅助电化学放电加工微通道的特性

玻璃材料近年来被广泛应用于微电子机械系统(MEMS),对于玻璃材料的加工,电化学放电加工(ECDM)是一种被广泛运用的手段。针对目前的电化学放电加工存在热影响区和过切现象的问题,提出了一种激光辅助电化学放电加工玻璃的加工方法,阐述了其作用机理,设计了实验装置,并与传统电化学放电加工进行了微通道加工的对比实验。通过与传统电化学放电加工对比,发现激光辅助电化学放电的加工方式能明显减少放电加工过程中的热影响区和过切现象,故激光辅助有效改善了电化学放电在玻璃材料上加工微通道的质量和精度,在MEMS领域具有良好的应用前景。

电化学放电加工电压-电流特性的研究

电化学放电加工机理主要是火花放电的热蚀与高温下化学腐蚀的共同作用。加工过程中状态信息的及时获取对电化学放电加工的精确控制具有重要意义。通过对电化学放电加工过程中电压-电流特性的研究,用实验结果分析了电压-电流与工具电极反应面积之间的关系,得出与工具电极反应面积匹配的最佳电压,为电流信号成为电化学放电加工监视信号提供了理论基础。

废旧锂离子电池化学放电试验研究

废旧锂离子电池退役后仍有电量残余,为便于安全、高效地开展废旧锂离子电池的综合回收利用,构建以硫酸钠、硫酸铜、硫酸锌溶液为放电介质的化学放电体系对废旧锂离子单体电池进行放电处理,探究不同介质、浓度、温度对放电效率的影响。结果表明,三种介质均可安全放电至0V,满足安全放电要求,其中硫酸钠溶液放电过程中介质无损耗,在50%饱和浓度时放电效率较高;三种介质低温环境下放电效率均极其缓慢,在工业化应用中,应采取措施避免环境温度对放电效率的影响。

电化学放电铣削高硼玻璃工艺实验

对非导电脆硬材料高硼玻璃进行了电化学放电铣削加工实验,研究了在不同参数条件下加工表面粗糙度的变化规律。结果表明:采用钨电极作为阴极铣削高硼玻璃时,表面粗糙度值随着加工电压、分层厚度的增加而增大,随着重叠率的增加而减小。

电化学放电加工中气膜厚度及其影响研究

玻璃作为一种非导电硬脆材料,在光学、生物医学、微机电系统等领域应用广泛。电化学放电加工作为针对绝缘硬脆材料的有效微细加工技术,可以在玻璃上进行有效的微结构加工。在电化学放电加工中,放电现象通过击穿气膜产生,气膜作为加工过程中最重要的介质,其质量是形成良好的表面微结构的重要因素。文章研究的重点是气膜特性及其对放电能量分布的影响。研究采用三因子三水平的全因子试验方法,以电源、占空比、频率三种电源参数为影响因子,气膜厚度为响应进行试验研究,获得最佳气膜质量的工艺参数组合。此外,在石英玻璃和K9光学玻璃两种玻璃上进行了微小孔加工的实验。结果表明,最佳工艺参数组合下能获得更薄气膜,同时也是获得更小径向过切、大的深径比、圆度误差较小的微小孔的最佳条件。

超声振动辅助微细电化学放电加工系统研究

面向玻璃、工程陶瓷等非导电硬脆材料进行微细精密加工需求,针对传统微细电化学放电加工技术存在的表面质量差、几何误差大等问题,研制了超声振动辅助微细电化学放电加工系统。首先,分析了超声振动辅助电化学放电加工原理并设计搭建了加工硬件系统。然后,基于LabWindows/CVI开发环境开发了适应于超声振动辅助电化学放电加工特点的加工控制软件系统。最后,使用此系统进行了微细钻削加工对照实验,成功在厚度为300μm的玻璃工件上加工出了入口直径为133.2μm的微孔,与无超声相比具有更小的入口直径,同时入口处微裂纹明显减少,表面光洁度明显提升。结果表明,该系统可以满足超声振动辅助微细电化学放电加工的要求,能够显著减小加工几何误差和工件的表面粗糙度值。