超声横振辅助微细电解加工关键技术研究

针对深窄槽微细电解加工中存在电解产物排出困难的问题,提出了一种超声横振辅助微细电解加工方法。该方法利用工具电极产生横振使加工间隙的流场产生周期性变化,增强了电解加工间隙内电解产物传质能力,提高了深窄槽微细电解加工效率及加工稳定性。为研究该工艺的加工特性,研制了一套超声横振辅助微细电解加工装置,其关键技术是实现3种工作模式的超声-电解同步电源。基于研制的超声横振辅助微细电解加工装置,本文以深窄槽加工实验为研究对象,探究了电源的不同工作模式对深窄槽的影响规律。实验结果表明超声横振有利于提高深窄槽加工的传质能力,同步超声模式1有利于进一步提高工件的溶解量和微细电解加工的传质能力,同步超声模式2则有利于提高深窄槽的加工精度。最后,加工出槽宽为432.9μm,深宽比为11.9的深窄槽。

三维微细电解铣削加工的实时控制与检测

为了实现三维微细电解铣削加工过程的实时监测,建立了基于Labwindows/CVI软件平台的控制与检测系统。对该系统所采用的三维轨迹生成及控制策略,数据采集及抗干扰算法,加工时间误差补偿算法等进行了研究。首先,根据微细电解铣削加工的特点,分析了加工控制与检测系统的需求。接着,搭建了高精度的三维微细铣削加工实验硬件平台。然后,利用虚拟仪器平台建立了基于分层铣削加工方式的三维轨迹进给控制模块,并对刀具轨迹的优化进行了讨论。最后,介绍了数据采集及反馈控制模块以及实时控制的时间补偿函数。基于上述控制与检测系统,实验并成功加工出了单层尺寸为15μm×55μm×15μm的三层阶梯结构,结果表明,本系统可以满足微细电解铣削加工的高精度、快响应、稳定可靠等要求。

超短脉冲电流微细电解加工技术研究

利用电化学腐蚀方法,在自制的电解加工机床上连续实现微细工具电极的制作和工件的加工,通过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,降低加工电压,可以提高微细电解加工的精度。利用优化的加工参数,进行了微小孔加工、微细直写加工以及成形电极微细加工的实验。

阳极振动往复运丝微细电解线切割试验研究

电解加工产物的及时输运是微细电解线切割加工中亟待解决的问题。提出通过线电极往复运动和工件低频振动共同强化加工间隙内传质过程来提高微细电解线切割的切缝质量的方法;构建了线电极往复运丝、工件振动的微细电解线切割试验系统;采用正交试验方法,分析了线电极运丝幅值、运丝频率、工件振动幅值和振动频率4个因素对切缝平均宽度和切缝轮廓均匀性影响的主次和趋势,并筛选出了优化的线电极运丝和工件振动参数;采用优化参数加工出了结构清晰、完整的微梁结构。

基于双电层电容的微细电解加工间隙的在线检测

根据微细电解加工中工具电极下端面面积远小于工件表面的非对称特征，在水基中性盐钝性电解液侧流冲入和金属电极处于钝化状态的条件下，提出了一种基于双电层电容的微细电解加工间隙的在线检测方法．在微细工具电极和／或工件上不外加传感器的前提下，利用工具电彬溶液界面上双电层电容值随加工间隙增大而单调递增的变化关系，精确、快速地实现加工间隙的在线检测．在冲液速度为1．058m／s的条件下，当加工间隙在O．100μm时，可在数毫秒内在线检测出微细电解加工间隙的大小，数值仿真与实验测量值之间的最大相对误差小于10％．为实现高精度、高质量、稳定的微细电解加工提供必要条件．

微螺旋电极在改善微细电解加工性能中的应用

改善电解加工的精度和稳定性是微细电解加工中一个重要的研究课题。本文详细分析了影响电解加工性能的因素,电解液采用混合电解液(NaC lO3+H2SO4),工具电极为带有螺旋槽的微螺旋电极。在微螺旋槽旋转所形成的“微螺杆泵”效应作用下,蚀除加工间隙内的产物,加工效率、加工精度和稳定性得到了极大的提高。

阳极振动辅助微细电解线切割技术

在微细电解线切割加工过程中,工具线电极与工件之间的加工间隙在微米量级,因此,电解加工产物的及时输运是微细电解线切割加工中极为关键的问题。提出在线电极进行轴向往复运动的同时叠加阳极低频微幅振动的方法,促进加工间隙内产物排出,提高加工精度与加工稳定性。探讨加工间隙内电解产物影响微细电解线切割加工精度的机理,研究线电极往复运动条件下阳极振动对加工间隙内产物排出效率的影响。试验结果表明提高阳极的振动频率和振动幅值可以改善微细电解线切割的加工精度和加工稳定性;阳极叠加振动较阳极无振动的切缝更宽、更均匀。采用优化参数加工出宽度4.28μm的微缝、微槽以及方螺旋结构。

微细电解线切割加工的基础研究

基于电化学原理,讨论了纳秒脉冲电流微细电解线切割加工的机理,建立了微细电解线切割加工数学模型;采用电化学腐蚀原理对微米尺度线电极进行在线制作,建立了微细电解线切割加工试验系统,并进行了微细电解线切割加工试验,切割出带90°直角的微结构,其切缝宽度为30μm。

微细电解加工的过程检测及精度控制

超短脉冲微细电解加工时,极间加工间隙很小,加工过程的稳定性是影响加工精度的重要因素。在所建立的加工控制系统中,采用两步短路对刀法精确定位电极初始间隙,利用霍尔电流传感器实时检测平均加工电流,动态控制电极的进给运动速度,从而保持不同加工条件下稳定加工的最小加工间隙。进行了微细结构的电解加工试验,通过检测加工过程的状态,保证了加工的稳定性,实现了线宽只有25μm的微细结构加工。

微细电解加工实验研究

针对微细电解加工中脉冲电源技术,电解液成分配比,以及加工间隙检测、控制等问题开展了微细电解加工技术的试验研究工作.首先讨论了微细电解加工的工艺特点和主要技术步骤,然后利用高频窄脉冲电源进行了加工实验.通过实验现象和实验结果的研究分析,提出了改进加工实验的方案,通过实验证明了本方案和技术路线的可行性,并获得了很好的微结构加工试验结果.通过微细电解加工实验的研究,为微细电解加工的生产应用提供了依据,显示出微细电解加工方法在金属零件微制造方面有着广阔的应用前景.

采用疏水材料侧壁绝缘电极的微细电解加工实验

微细电解加工中工具电极和工件之间的加工间隙是影响加工效果的核心因素.工具电极侧壁施加绝缘膜的工艺方法,可显著改变侧面加工间隙内的电场分布,提高加工精度,同时保持原有的加工效率,有着良好的应用前景.本文基于仿真方法,分析了绝缘膜对端面加工间隙和侧面加工间隙的影响规律,研究了绝缘膜疏水性质对电解加工中产生的氢气泡运动的吸附作用对微细电解加工的影响.在直径为数十到数百微米的钨丝侧壁制备出可用于微细电解加工的几微米厚的硅胶疏水材料侧壁绝缘薄膜.在硝酸钠电解液中,实现了不锈钢材料上将微气泡附着于电极前端与绝缘膜结合处、保护绝缘膜和约束杂散腐蚀的微细电解端面分层扫描加工效果.

UV-LIGA与微细电火花加工组合制造微细电解阵列电极

采用UV-LIGA与微细电火花加工组合技术制造大长径比微细阵列电极.先通过UV-LI-GA技术制作微细群孔工具电极,然后通过电火花套料加工制作大长径比微细阵列电极.选取优化的工艺参数:前烘110℃保持12h;三步后烘50℃保持5min、70℃保持10min、90℃保持30min;采用谐振式电火花电源,电压200V、峰值电流1.5A、脉宽3.2μs、脉间6.4μs、放电间隙12μm等,制备了直径85μm、长1.5mm,长径比达17.65的微细阵列电极.最后用制作出的微细阵列电极作为工具电极进行微细电解加工实验,在120μm厚不锈钢板上电解加工出直径150μm、形状均匀的微细阵列群孔结构.实验证明:UV-LIGA与微细电加工组合制造技术是一种可行的制作高深宽比微结构的方法;利用微细阵列电极进行电解加工,能实现高效和高精度加工.

微细电解加工的精度及定域性研究

在分析微细电解加工特点的基础上,探讨了底面间隙和侧面间隙之间的关系,并研究了它们对加工精度和定域性的影响。通过对定域性评价指标的比较,提出了以定域蚀除率评价杂散蚀除的新概念。运用定域蚀除率分析了在利用纳秒脉冲电流进行微小孔的电解加工时,脉冲宽度和工具电极直径对加工定域性的影响。结果表明,减小脉冲宽度和占空比可以增强定域蚀除能力,提高加工精度。

基于非水基电解液的钛合金微细电解加工工艺优化

针对钛合金这种典型的难于传统机械加工的材料,电解加工能达到"以柔克刚"的目的,是解决钛合金加工难题的首选方案.但是钛存在自钝化的特性,如果使用常规的水基电解液进行钛合金的电解加工,其基体表面会持续生成氧化膜,降低加工精度,甚至导致加工无法进行.为了解决这一技术难点,本文尝试采用以乙二醇作为基体的电解液进行电解加工实验.并通过工艺优化实验探究了行走速度、初始加工间隙、脉冲峰值电压等参数对钛合金微细电解加工效果的影响.通过对比分析加工效果,最终确定出优化的工艺参数,并利用优选参数在钛板基体上加工出TJU字样,从而实现钛合金微细电解加工.

弹性材料微小方孔的微细电解铣削加工技术研究

高强度、高硬度弹性材料3J21微小方孔是航空、仪器仪表、模具等行业中常用的结构且加工困难。分析了难加工金属材料微小结构常用的加工方法,阐述了微细电解铣削加工的原理和实验系统,在研究微细圆柱电极在线制备基础上,利用回形单一加工、折线粗加工结合回形精加工2种方案进行了难加工材料3J21微小方孔的微细电解分层铣削加工研究,加工得到具有较高精度的微小方孔。研究表明,直流电源折线粗加工结合纳秒脉冲电源回形精加工方法所加工的微小方孔菱角分明、结构规整,具有较高的加工精度和表面质量,且无加工变质层和残余应力,是实现高弹性材料3J21微小结构加工成形的一种理想方法。

微细电解加工技术研究现状与展望

对近年来微细电解加工领域的研究现状和发展趋势进行了概述,包括微细电解加工的基础理论、微细电解加工技术和加工装置、影响因素与极间间隙检测控制,以及关键技术和今后的发展方向。

微细电解加工用电极的侧壁绝缘及应用实验

介绍了一种微细电解加工用电极的侧壁绝缘方法及其应用实验。采用旋涂法在电极表面涂敷液态环氧树脂并固化处理，重复该过程形成多层绝缘薄膜，用机械磨削法去除电极端部的绝缘膜，使电极端面导电。通过基础工艺实验优化了旋涂法工艺参数，通过对比实验验证了侧壁绝缘电极的微孔加工效果。旋涂法可制得膜厚为5～10 μm的侧壁绝缘电极，采用该电极加工可显著减小微孔直径及锥度，提高微细电解加工尺寸精度。

基于阴极周期往复运动的微细电解加工系统

研制了一种基于阴极往复运动的微细电解加工系统,将绝缘后的阴极安装在直线电机上,利用直线电机高加速度运动产生的抽吸作用,排除加工间隙中的电解产物,更新加工区域的电解液。该加工系统主要包括机床Z轴进给机构、直线电机往复运动机构、可编程直流电源及其他一些辅助装置。通过微细孔的加工试验结果表明:阴极快速往复运动可以显著提高加工精度,从而证实了该加工系统的可行性。

微细电解线切割加工控制系统

微细电解线切割加工是一种微细加工新方法。本文基于电化学原理,分析了微细电解线切割加工控制系统的要求,利用虚拟仪器设备搭建了加工控制系统,并在Labwindows/CVI软件平台上设计了控制系统软件。本系统通过控制线电极按照DXF图形文件中的轨迹伺服进给,电解腐蚀工件材料达到制造微小零件的目的。试验表明本系统具有稳定可靠、硬件简单、灵活性好等特点。

回转体表面掩膜微细电解加工有限元分析及试验研究

针对在回转体零件表面加工微织构的难题,文中建立了回转体表面微细电解加工的多物理场耦合数学模型,利用COMSOL Multiphysics软件进行了仿真求解。设计了掩膜电解加工专用夹具和电解液系统,优化了电解液的流道结构,在较低加工电压和较短加工时间的条件下,开展了工艺试验。通过对比分析微坑深度的仿真值和测量值,验证了加工过程多物理场耦合仿真模型的准确性,得到了形状精度高、均匀排布的直径为φ200μm的微坑阵列,为在回转体表面加工微织构提供了一种合理有效的方法。