微细电解加工中空电极侧壁绝缘层的制备工艺研究

针对孔径100～200μm高深宽比微细孔电解加工中,电极侧壁绝缘层在电解液冲击和气泡撕裂中易损伤/脱落等问题,本文提出一种丙烯酸环氧树脂电泳法的中空电极侧壁绝缘制备工艺。通过优化工艺参数并开展加工实验,比较加工孔尺寸及形貌、加工后电极表面形态,结果表明丙烯酸环氧树脂电泳法制备的中空电极侧壁绝缘层,具有较高的致密性、均匀性、耐久性和一致性。最后,在500μm厚304不锈钢片上加工出入口180.6μm、出口173.8μm、深宽比约为3的微细阵列孔,其锥度比非侧壁绝缘电极加工的孔减少了约70%以上,基本为直孔,可满足实际需求,进而验证了本方法的应用可行性。     

微细电解加工用中空电极的制备

为了改进加工间隙内电解产物的排出条件和加速电解液的更新,提出了一种嵌套式微细中空电极的精确可控焊接制备工艺。仿真分析了电极的过流特性,优化了电极长度,并进行了性能测试及加工实验。通过穿丝、黏结、嵌套尺寸及位置调整和焊接工序,制备出加工段内径为65μm、外径为130μm、长3.25mm左右,后段便于装夹和连通的嵌套式中空电极。在供液压力为1.15 MPa时,其出口流速可达10m/s左右。利用制备的中空电极,开展微细孔电解加工实验,在0.5mm厚不锈钢片上加工出最小入口孔径约为157μm,出口孔径约为133μm的微细孔,并将其延伸应用于微结构加工中,铣削出了长554μm、宽160μm、深224μm的微细T型槽。实验结果表明:制备的微细中空电极有效提高了加工间隙内电解液的流动特性,且连/导通可靠、装夹方便,适用于高深宽比微结构的电解加工。     

微细电极制备方法研究

微细工具电极在电火花和电解加工中起到关键作用。对微细工具电极的制备方法:反拷法、线电极电火花磨削法以及电化学腐蚀法进行了分析,同时研究了不同方法在异形微细电极制备过程中的应用,在此基础上总结了微细工具电极绝缘层制备方法。通过对电极和绝缘层制备方法的研究,为新式异形工具电极的设计和制备提供技术借鉴,对微细工具电极的结构创新及更高精度的微孔加工具有重要意义。     

不同流场构型对微细螺旋孔电解加工的影响

为了研究微细螺旋孔电解加工中不同流场构型对加工效果的影响,首先介绍了一种微细螺旋孔电解加工（ECM）用工具电极的制作工艺方法;然后,通过改变电极绝缘层厚度构造不同的螺旋孔电解加工流场构型,并对其进行了数值分析;最后,通过电解加工实验对分析结果进行了验证。研究结果表明,在其它条件不变的情况下,涂层厚度越厚,加工效果越好。     

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。     

微细孔电解加工控制方法及试验研究

基于微细电解加工的特点，介绍了一种微细电解加工系统。该系统能够将加工间隙控制到几微米到几十微米的范围内。根据电解加工以离子形式对材料去除的特性，进行微细电极、微细群电极的制备研究，并将其用于微细孔、群孔的加工中。试验分析了各工艺参数如电压、溶液浓度、加工间隙、进给速度等对微细孔电解加工精度的影响。结果表明，微细电解加工的侧面间隙随着加工电压的降低、溶液浓度的减小、脉宽变窄和初始加工间隙的减小而减小，改善了加工的定域性，加工精度得到提高。     

基于线电极原位制作的微细电解线切割加工

微细电解线切割加工是一种微细加工新方法。从理论上分析了线电极直径大小对微细电解线切割加工精度的影响,提出了原位制作微米尺度线电极的方法,并制作出直径5μm的钨丝线电极。通过电解线切割加工试验,加工出缝宽为20μm左右的微型桨叶结构和曲率半径在1μm以下的微细尖角结构。     

变电压电解加工对槽侧壁锥度的改善研究

槽结构是双极板的主要结构,电解加工是槽结构的主要加工方式之一。由于杂散腐蚀等原因,电解加工槽结构存在侧壁锥度问题。采用变电压的方法,开展单槽的电解加工仿真和实验,以改善槽的侧壁锥度。以14 V为中心电压,开展线性变电压仿真和线性变电压振动电解加工实验。研究结果表明:变电压能改善槽的侧壁锥度,在10~18 V线性变电压时可加工出比较垂直的槽。     

镍基高温合金微细电解铣削加工实验研究

针对高深宽比、复杂结构的微型腔,提出了分层电解铣削的工艺。在三轴联动微细加工平台上制作了柱状的微细电极,并在镍基高温合金上进行了微细电解铣削加工实验。研究了加工电压、脉冲参数、不同电极直径对加工精度的影响规律,成功地加工出二维结构和三维型腔。该工艺加工精度高、加工稳定性好。     

用高转速微电极电解钻削深小孔

针对难切削材料的深小孔加工,提出一种有效排屑、迅速补充电解液的新工艺——高转速微螺旋电极电解钻削加工工艺,并对该工艺进行了机理分析与试验研究。研究了电极转速、电压、脉冲频率、进给速度等工艺参数对深小孔电解钻削加工精度和稳定性的影响,提出合理匹配上述参数可在较高加工效率下获得高的加工精度和加工稳定性。基于硬质合金微螺旋电极用自行研制的高精度微细电解系统成功地在高温镍基合金GH4169上加工出了一组孔径小于0.5mm、深径比大于10、形貌较好,锥度较小,侧壁陡直,进出口边缘锐利的深小孔。试验结果表明,高速电解钻削加工工艺在深小孔加工方面很有潜力。     

微机械研究新进展

介绍了近三五年内国际上微机械研究的新进展,阐述新的微加工技术,趋向于探讨高纵横比的真三维立体结构;适用于聚合物和金属材料的制造方法;报道了压电型和电磁型微小电机的研制水平以及一些初见成效的微机械作品。认为国外正在进行多途径的研究,并为努力攻克微机械固有的特殊技术难点而在不懈奋斗之中。     

纳米技术及其在微型机械中的应用

纳米技术及微型机械被认为是２１世纪的核心技术。文中介绍了纳米技术及微型机械的基本概念及纳米加工技术、纳米材料技术、纳米摩擦学等纳米技术在微型机械中的应用。     

RESEARCH OF MICRO ELECTRO DISCHARGE MACHINING EQUIPMENT AND PROCESS TECHNIQUES

Micro electro discharge machining (micro EDM) is a feasible way to manufacture micro structures and has potential application in advanced industrial fields. For the realization of micro EDM, it is necessary to pay careful attention to its equipment design and the development of process techniques. The present status of research and development of micro EDM equipment and process techniques is overviewed. A micro electro discharge machine incorporated with an inchworm type of micro feed mechanism is introduced, and a micro electro discharge machine for drilling micro holes suitable to industrial use is also introduced. Some of the machining experiments carried out on the micro EDM prototypes are shown and the feasibility of the micro EDM technology to practical use is discussed.     

微机械及微细加工技术

介绍了微机械的概念，微机械的研究内容以及目前微机械产品的发展现状，特别着重介绍了目前微机械微细加工的方法。     

Micro electro discharge machine with an inchworm type of micro feed mechanism

A micro electro discharge machine with an inchworm type of micro feed mechanism has been developed. The prototype of micro electro discharge machine is comprised of a wire electro discharge grinding unit, a rotating unit of electrode, RC circuitry for micro electro discharge generation and a subsystem detecting and controlling machining process, in addition to the inchworm mechanism. In the design of the inchworm mechanism, a novel clamp mechanism with force magnifying structure is devised to increase its thrust capability and a pair of guide sleeves together with the clamps are used to decrease yawing error. The inchworm mechanism prototype has 60 mm stroke only limited by the length of the shaft, less than 2 μm yawing error and reaches to 30N output thrust force. The machining experiments carried out on the micro EDM prototype are also described. The techniques to machine micro electrode, micro holes with high aspect ratio, micro structures on stainless steel and silicon materials are discussed. Micro electrode diameter as small as 25 μm and micro holes with minimum size of less than 50 μm are obtained. And the maximum aspect ratios of micro electrodes and micro holes exceed 20 and 10 respectively.     

微小型齿轮加工技术

微小型齿轮是微机电系统的主要零部件,其加工工艺是微机电系统的重要技术.总结并分析了微小型齿轮加工的各种工艺方法,包括LIGA和准LIGA、WEDM工艺、微塑性成形、微刻蚀加工、微细切削加工等方法,介绍了各种方法加工微小型齿轮的研究成果,并指出了其适用范围及优缺点.微细切削微小型齿轮的加工技术又分为微细成形铣削和微细滚削...     

一种新型的微型机器人

提出了一种新型的微型机器人的驱动机构。此种微型机器人能够在充满液体的弯曲的微型管道内运行。当它在充满液体的微型管道内运行时 ,在它的周围会自动形成一层液体动压润滑膜 ,此润滑膜能避免它与管道壁发生直接接触。详细分析计算和试验研究了此种微型机器人在具有不同半径、不同粘度液体的管道内运行时的速度和形成的液体动压润滑膜厚度。结果表明 ,此种微型机器人能以较快速度在管内悬浮运行。此种微型机器人特别适用于进入人体内腔和血管     

微细电火花加工设备技术研究

微细电火花加工的关键设备技术涉及电极的微进给伺服机构、电极和工件的附加树对运动机构、微小能量放电电源以及加工状态检测与控制系统等。文章围绕微细电火花加工系统的设计系统，介绍基于压电致动原理以及摩擦传动的微进给机构、工具电极的线放电磨削机构和旋转主轴、以及微小能量放电电源的设计等，并指出需要进一步研究的课题。     

Micro-injection moulding: Factors affecting the achievable aspect ratios

Micro-injection moulding is one of the key technologies for micro-manufacture because of its mass-production capability and relatively low component cost. The aspect ratios achievable in replicating micro features are one of the most important process characteristics and constitute a major manufacturing constraint in applying injection moulding in a range of micro-engineering applications. This research studies the effects of five process and one size factors on the achievable aspect ratios, and the role they play in producing micro components in different polymer materials. In particular, the following factors are considered: barrel temperature, mould temperature, injection speed, holding pressure, the existence of air evacuation and the sizes of micro features. The study revealed that the barrel temperature and the injection speed are the key factors affecting the aspect ratios of micro features replicated in PP and ABS. In case of POM, in addition to these two factors, the mould temperature is also an important factor for improving the replication capabilities of the micro-injection moulding process. For all three materials, an increase of feature sizes improves the melt flow. However, the melt fill of micro features does not increase linearly with the increase of their sizes.     

利用PIV研究超声波引起的微流动现象

利用微观粒子图像测速技术(Micro-PIV)定量研究了位于两块载波片之间的微量液体在压电陶瓷超声换能器(PZT)的激振作用下而产生的微流动现象,超声换能器的激振频率为1.3 MHz,超声功率为1~5 W／cm2,微量流体的体积为5μL。试验中利用Micro-PIV系统测量了微量流体在不同超声功率下的流场结构。试验结果表明,微量流体在功率超声的激振下,在垂直于超声振动的方向上存在平面旋涡结构,而且声流的最大速度与超声强度成正比。