基于多工位的微细长槽电解加工的试验研究

针对如何提高微细长槽批量加工的成型精度和效率问题,将电解加工的技术应用到微细长槽的批量加工中.依据电解加工原理,以微细长槽加工的复制精度为评价指标,建立了微细长槽成型精度的模型分析,得出了影响成型精度的主要因素有：底面间隙、侧面间隙和间隙内流场均匀性,并以此为基础,分别进行了不同加工方式和阴极刀具进给速度的试验.研究结果表明,采用群电极倾斜并沿槽纵向移动的加工方式,以及在保证加工稳定的前提下通过提高阴极刀具的移动速度,可以提高微细长槽的成型精度和加工效率;该方法对于微细长槽的批量加工具有一定的指导意义.     

管电极电解加工工艺过程稳定性研究

为提高管电极电解加工的稳定性,对管电极电解加工的极间流场进行建模仿真,分析底面流场分布与加工稳定性的关系。仿真所得到的底面压强分布变化规律表明,侧面间隙、底面间隙以及电解液流速均对底面流场分布有重大影响,从而影响管电极电解加工的过程稳定性。结合仿真分析,通过对影响加工稳定性的主要工艺参数,如绝缘层的涂覆厚度、工具进给速度、电解液供液压力进行优化,减少深小孔加工中火花、短路等现象的发生。采用优化的参数,利用群电极成功加工出深宽比为2的7×7小孔阵列,加工过程稳定,孔径均匀。     

数控电解机械复合切割加工间隙研究

根据电解加工平衡间隙理论,建立了数控电解机械复合切割加工的物理和数学模型;基于FLUENT软件分析得到数控电解机械复合切割加工的间隙内流场分布规律,根据间隙内流场分布规律优化设计阴极,改善了流场分布。并以某一型号阴极为例进行试验研究,得到电压、主轴转速和电解液温度等加工参数与加工间隙的影响规律,求得对应条件下最快平衡进给速度,为实际加工提供依据。     

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。     

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5 μm以内,加工出中间有20 μm×30 μm×30 μm棱台的微型腔和30 μm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 electromechanical system,MEMS)微器件的加工要求.     

百微米级微流道模具掩膜电解加工试验

为在304不锈钢上加工出符合技术要求的百微米级微流道图案,减小掩膜电解加工的杂散腐蚀现象,利用间隙可调的电解装置进行了系列试验研究。基于法拉第电解定律和静电场数学模型,应用Comsol软件静电场和动网格模块,模拟得到微流道沟槽的成型规律,并为电流密度、电解液浓度和加工时间的参数选取提供依据。通过实验,研究了微流道沟槽的几何形貌及杂散腐蚀程度的影响因素,进而优化了微流道沟槽的形状并提高了尺寸精度。试验结果表明:电流密度是影响杂散腐蚀的主要参数,采用9A/cm~2电流密度时杂散腐蚀小,侧向腐蚀系数EF为3.77;组合各参数,可以电解加工出平均尺寸为498.48μm,208.92μm的微流道沟槽,深度方向加工速度可达83.57μm/min,侧壁垂直且表面平整,将模具宽度和深度控制在(500±10)μm、(200±10)μm之间。满足微流道模具的技术要求。     

面向金属模具快速制造的激光加工技术的研究

为提高直接快速制造金属模具的尺寸精度与表面光洁度,提出了面向金属模具快速制造的激光倾斜切割光整工艺。通过系统的试验研究,分析了激光精密加工各主要工艺参数对切割表面质量、组织及性能的影响。     

喷射液束电解辅助激光加工工艺规律研究

喷射液束电解辅助激光加工是一项新型复合加工方法,将电解加工与激光加工进行复合,在加工过程中,激光束与电解液束同轴共同作用于材料表面,激光对材料的热效应和喷射电解液束对材料的电化学阳极溶解作用共同去除材料,可实现无再铸层、无微裂纹的加工效果.针对该方法,基于加工原理的分析,以加工孔锥度和材料去除率为加工质量指标,研究了激光脉冲能量、电解加工电压和加工间隙对加工质量的影响.研究结果表明,激光脉冲能量对材料去除率的影响占据主导作用;激光脉冲能量和电解加工电压的增加都会导致加工孔锥度的增大;缩短加工间隙可以提高材料去除率,但会增加加工孔入口的锥度.     

钛合金深窄槽可控振动辅助电解加工试验研究

为提高TB6钛合金深窄槽电解加工精度,基于电场仿真分析方法,研究了不同加工方式深窄槽侧壁电流密度和电化学溶解速度分布规律,并采用工艺试验方法对持续进给、振动进给、脉冲与振动耦合3种加工方式进行对比研究。试验结果表明：振动频率和持续进给速度固定时,提高振幅能够显著降低槽宽标准差,提高深窄槽加工一致性;持续进给速度相同时,脉冲与振动耦合的平均槽宽和槽宽标准差均较小,加工精度更高。采用脉冲与振动耦合加工方式,深窄槽入口处平均槽宽为2.62 mm,沿深度方向平均槽宽为2.73 mm,入口处槽宽标准差为0.05 mm,沿深度方向槽宽标准差为0.03 mm。     

振动辅助电解车削加工技术研究

为提高电解车削材料去除率和改善加工表面质量,提出了振动辅助电解车削加工方法。采用阴极机械振动的方式使得加工间隙呈周期性变化状态,改善电解车削加工性能。进行了添加振动辅助前后的对比验证试验,研究了相关参数对振动辅助电解车削加工影响。结果表明:振动辅助电解加工能明显改善极间状态,提高材料去除率以及减小加工表面粗糙度值;材料去除率和表面粗糙度随着振动频率、加工电压、占空比、加工间隙和电解液温度呈规律性变化。