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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

超白玻璃微型阵列孔在电化学放电加工中的气膜稳定性研究

近年来,随着超白玻璃等非导电硬质材料在微机电系统结构件中的广泛应用,给具有这种材料的异形结构产品加工带来了诸多困难。通过分析超白玻璃在电化学放电加工过程中的极间气膜产生原理,研究不同电源参数组合下的气膜击穿特性,并通过进一步分析气膜稳定性条件下不同工艺参数组合作用的成形质量与材料去除率间的关系,成功实现了超白玻璃微型阵列孔的最优工艺参数选择及加工。

振动电极电化学放电加工技术试验研究

电化学放电加工(ECDM)是一种针对硬脆材料的特种微加工技术,在航天MEMS产品制造等领域有良好的应用前景。然而,常规ECDM孔加工深度不足,加工效率随深度增加而显著下降。为此,提出对ECDM的电极施加振动的加工方法。试验对比了不同工艺下的加工效率和精度。结果表明,电极的正弦振动可提高孔加工精度,方波振动可提高加工深度和速率。加工速率随振幅和频率的升高而升高。振动电极ECDM材料去除方式包括热辅助机械冲击、热辅助化学腐蚀以及热蚀。

电解放电复合加工技术现状与展望

电解放电复合加工是实现电加工技术创新和突破的重要途径,可通过耦合放电与电解能场,利用其时/空协同效应实现在可加工性、加工精度及表面质量等方面的提升,故在介绍电解放电复合加工技术概念和原理分类的基础上,着重概述该领域近十年来的关键性研究进展和新技术创新,对除电火花-电解组合加工和电弧复合加工之外的各类电解放电复合加工技术的未来发展方向进行了展望,指出该技术的规模化工程应用仍需在性能突破、精确建模、加工过程智能控制、复合加工装备等方面取得突破性进展。

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。

特种加工技术最新研究进展——第16届国际电加工会议论文综述

通过对第16届国际电加工会议论文进行综述,介绍了近几年来国际特种加工领域的最新研究进展。主要概括了电火花加工、电化学加工、电化学放电加工及激光加工等研究成果。

深小孔电加工流场仿真研究

深小孔结构在航空航天、精密仪器及机械电子设备等领域的核心零部件上有着广泛的应用。为了研究管电极的转速与进口压力对加工间隙流场的影响,通过SolidWorks软件对侧壁开孔阵列管电极进行三维建模后导入Workbench软件,Fluent对深小孔电加工过程中的流场进行仿真分析,探究管电极的转速与进口压力对流场压力分布和流速分布的变化规律。结果表明,随着管电极进口压力的增大,流场的最大压强和最大流速也会增加;随着管电极转速的增加,流场的最大压强基本不变,最大流速会增加。在电加工过程中,分析流场流速和压力的变化,对于促进加工产物的排出具有重要意义。

旋转电极电解电火花切割玻璃微结构试验研究

针对高深宽比非导电硬脆材料(如石英玻璃和陶瓷)微结构的加工需求,对微细电解电火花切割加工方法进行了深入研究。首先,提出了使用旋转螺旋微工具电极的电化学放电切割方法,并对切割缝宽模型进行了讨论;其次,对旋转螺旋电极电解电火花切割加工工艺进行了深入的试验研究,试验研究了加工电压、脉冲频率、占空比和主轴转速这些关键工艺参数对切割加工精度的影响。实验结果表明,缝宽随着施加电压和占空比的增加而增加,随着频率、主轴转速和进给速率的增加而减小。最后,通过优化后的参数成功加工出缝宽为135μm的微缝阵列、复杂的封闭微结构以及深宽比达6∶1的微图形结构。由此表明该方法是一种可有效加工高深宽比绝缘硬脆材料微结构的新工艺。

Measurement Analysis in Electrochemical Discharge Machining （ECDM） Process： A Literature Review

Electrochemical discharge machining is considered to be a hybrid machining process that combines with EDM and ECM （electro chemical machining）, called ECDM. The material removal is based on two phenomena： electrochemical dissolution of the material and thermal erosion of electrical discharges that occur between the cathode ＆ anode electrodes. This process is better used for machining of non conducting materials efficiently. In this research paper shows that a brief literature review study of various measuring instruments used for analysis of various parameters of the electrochemical discharge machining process on various types of materials, tool material, input ＆ output parameters such as surface roughness, surface texture, material removal, tool wear etc..