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。

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。

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。

锆基金属玻璃电化学特性及微细电解线切割实验研究

针对金属玻璃的微加工特性,采用工件运动方式,利用微细电解线切割技术对锆基金属玻璃进行加工试验,探索锆基金属玻璃在不同溶液中的电化学特性,研究了电解质与溶液浓度对加工缝宽与质量的影响。结果表明:Cl-的加入提升了加工过程中钝化膜破裂速率和材料去除速率;电解质浓度越高,所需脉宽越小,加工缝宽越大,但过低浓度的电解质会导致加工无法正常进行。经过筛选,在锆基金属玻璃0.1 mol/L的HCl溶液中加工效果最好,加工出的锆基金属玻璃微缝轮廓光滑,且裂缝单边间隙仅为1.35μm。

微细电化学加工技术

开展了微细电化学加工技术的试验研究工作,内容包括微细电铸和微细电解加工.讨论了微细电化学加工的工艺特点和主要技术步骤.针对若干典型微结构,提出了相应的微细电化学加工方法和技术方案,采取了纳秒脉宽脉冲电流、电化学微铣削等手段,结合若干实例进行了加工试验,例如:微缝电解加工、微轴电解加工、微针尖电解加工及微齿轮模具模芯电铸成型等,获得了很好的试验结果.提出的加工方法在金属零件微制造方面有着重要的应用前景.

基于力信号反馈控制的电化学放电线切割加工实验研究

电化学放电加工(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(w ECDM)加工方法,在基于润湿效应的供液方式下,搭建了基于力信号反馈控制进给的闭环加工实验平台,通过观察分析,将加工过程分为三个不同的阶段,并提出了"进给-静止-回退"和运用PID算法的两种控制策略,分别在这两种控制策略下,采集分析了进给轴速度信号与力信号,并对石英玻璃进行了加工实验,对比开环控制与两种闭环控制的加工结果,发现运用PID算法的控制策略可以有效的提高进给轴速度的稳定性,提高加工效率,并利于改善加工表面质量。

纳秒脉冲微细电化学加工的理论及试验

根据电化学反应原理,探讨纳秒脉冲电化学加工的特点及其实现微细加工的机理。建立纳秒脉冲微细电化学加工的理论模型,并分析电解液浓度、加工间隙、脉冲参数和加工电压等因素对微细电解加工的影响作用。构建微细电化学加工系统,包括微细加工机床、纳秒脉冲电源、电解液循环系统、运动控制部分和加工检测部分。试验研究了超短脉冲的电压幅值和脉冲宽度对侧面加工间隙的影响,结果表明减小脉冲宽度和降低加工电压可以提高微细电解加工的精度。在自制的微细电化学机床上,实现工具电极和工件微结构的连续加工。将加工间隙控制在5μm以内,加工出中间有20μm×30μm×30μm棱台的微型腔和30μm槽宽的十字形孔,分析加工起始点对成形精度的影响,并提出解决方法。试验证明纳秒脉冲微细电解加工可以很好地满足微机电系统(Micro e1ectro-mechanical system,MEMS)微器件的加工要求。

阴极高速旋转对微细电化学钻孔加工精度的影响

微小孔在航空航天领域有广泛应用,而微细电化学加工是一种比较理想的微小孔方法。对工具阴极高速旋转条件下,工具阴极表面形成具有一定绝缘效果气泡层的现象进行了研究。分析了工具阴极旋转速度对微小孔电化学加工时半径过切值和杂散腐蚀的影响。结果表明,采用高旋转速度有利于减小微小孔电化学加工时半径过切值、表面粗糙度值和杂散腐蚀,对微小孔的加工精度提高起到了重要作用。

纳米、亚微米的超窄脉宽微细电化学加工

通过分析超窄脉冲实现纳米、亚微米级精度微细电解加工的机理和特点,说明脉冲电源的脉冲宽度减小至纳秒时,可将提高电解加工精度的方法综合运用,如小间隙电解加工、低浓度电解液、加工间隙的实时检测和调整控制等,从而增强电化学反应的定域蚀除能力,减小两电极的极间间隙,显著提高加工精度。构建了微细电化学加工系统,包括微细加工机床、纳秒脉冲电源、电解液循环系统、运动控制部分和加工检测部分,进行了微细加工试验。这种方法在微细成形加工、微小孔加工等方面已经取得了很好的应用效果,与其他特种微细加工技术相比具有一定的优势,在微米、纳米制造领域有着很大的发展潜能。

纳秒激光电化学复合掩模的微细加工

在激光传输光路中加入掩模对激光束进行空间调制,采用纳秒脉冲激光器、纳秒脉冲电源和1 mol/L的NaNO3电解液对304不锈钢进行掩模微刻蚀加工试验研究。利用伏安法测定304不锈钢阳极电流随平均电压的变化规律;选用平均电压1.5 V、脉冲频率2.0 MHz、脉冲宽度60 ns、激光能量160 mJ的工艺参数,在所构建的试验系统中,分别进行了激光电化学复合掩模和盐溶液中的激光掩模加工试验。结果表明:在阳极钝化区内,纳秒脉冲激光电化学复合加工能够显著提高加工速率和加工表面质量,实现了线宽约为130μm、热影响区小的微细刻蚀加工,证实了纳秒脉冲激光电化学掩模加工在微细加工中具有很大潜力。

微细电化学加工纳秒脉冲电源的研制

根据微细电化学加工的工艺特点,采用CPLD器件EPM7160与8位单片机STC12C5A60S2,设计了微细电化学加工纳秒脉冲电源。脉冲参数设置通过专用键盘或RS232实现,参数显示采用国显电子的12864液晶模块实现,人机界面友好。通过RS232,电源可以接受主控计算机的实时参数调整。测试表明,脉宽、脉间等脉冲参数可调,且调节方便,通用性强。输出脉宽、脉间可以调至20ns以下,适于微细电化学加工。

阴极跳跃进给的微细电化学加工

提出了一种阴极跳跃进给的微细电化学加工方法,将微细阴极安装在直线电机推杆上,利用直线电机周期性高加速度跳跃所产生的泵吸、搅拌作用,更新加工间隙内的电解液,输运电解产物。在自制的加工装置上,实现了主轴电机进给运动、直线电机跳跃运动、直流电源通断的匹配控制,在不锈钢(1Cr18Ni9Ti)板上进行了一系列微细孔加工试验。试验结果表明,采用阴极跳跃进给、较高的跳跃加速度、较大的跳跃高度、较短的周期加工时间有利于提高微细电化学加工精度。

用电化学方法进行纳米级微细加工的初探

本文利用电化学中的电解过程是以原子为单位进行阳极溶解的原理，进行了纳米级微细加工的研究。分析了用电化学方法进行原子级加工的可能性和条件，分别用酸、碱、盐等多种电，解液进行了微细加工试验。

微细电化学加工研究新进展

结合国内外微细电化学加工技术的最新进展 ,系统地综述了微细电化学加工在多个方面的研究情况和工艺特点 ,例如LIGA工艺、用电化学隧道显微镜 (electrochemicalSTM )的针尖进行纳米级尺寸的电化学加工、用超短脉宽脉冲电压微细电化学加工等。

电化学加工法制备微细工具电极试验研究

微细工具电极的获得及工艺过程控制是微细加工的关键。采用电化学方法制备微细探针和微圆柱体工具电极,在分析其成形机理的基础上,对影响微探针和微圆柱体电极的工艺参数,如通电方式、电解液浓度、电源性质、电极运动方式等进行分析。实验与分析的结果表明:采用液面下通电方式、适当浓度的电解液可以制得性能较好的探针;脉冲电源加工能够改善成形后微细电极的表面精度;电极的运动和脉冲电源由于破坏了腐蚀过程中的平衡,制备出的电极呈锥形。

电化学微细加工监控系统的研究

在虚拟仪器软件平台上研制了电化学微细加工监控系统,系统采用霍尔电流传感器采集加工电流,并实时准确显示过程数据曲线,根据电流突变快速响应,系统的定位精度和重复定位精度均小于5μm。和传统电化学加工控制系统相比,具有硬件简单、灵活性好、性价比高、稳定可靠等特点。

纳秒脉冲电流提高微细电化学加工精度的研究

分析了电极反应的暂态过程,探讨了超短脉冲电流提高电化学加工精度的机理,并根据法拉第定律和巴特勒伏尔摩方程建立了电化学暂态加工的数学模型。在微细电化学加工系统中,采用纳秒级的超短脉冲电流,通过加工试验验证了理论分析,加工出了直径为20μm的微小孔。

基于扫描离子电导显微术的电化学微细加工方法

提出了基于扫描离子电导显微术（ＳＩＣＭ）的电化学微细加工方法。采用充满电解液并置有金属电极的微滴管作阳板，置于电解槽中的加工基板作阴极。由于微滴管与基板间离子电导随两者间距减少而减小，采用反馈系统可保持这一间距恒定。利用电解机理，当微滴管在横向扫描基板时，可在基板表面加工出（析出）任意形状的点、线、面图案，加工线宽与微滴管尖端内径数量级相同。本文讨论电化学微细加工方法的原理、装置与可行性实验，用尖端内径１．５μｍ的微滴管，加工出线宽２．５μｍ的光栅，证明了这一微细加工方法的可行性。

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。

光刻胶掩膜微细电化学加工参数的试验研究

对光刻胶掩膜微细电化学加工参数进行了试验分析研究 ,发现光刻胶厚度、开口角度、脉冲电源频率、脉宽及电解液配方对加工质量都有影响 ,在此基础上提出改善加工质量的可行性方案。