模具钢微细蚀刻的侧蚀研究及其工艺优化

目的 研究 HNO₃ 浓度、喷淋压力、掩膜间隙、加工时间对侧蚀量的影响规律。 方法 设计正交实验,测定蚀刻后的侧蚀量,采用极差分析、方差分析法对侧蚀量进行分析,通过验证性实验进行验证。结果 侧蚀量随加工时间的延长以及喷淋压力、加工时间的增大而增大, 随 HNO₃ 浓度的增大而减小。侧蚀量最小的工艺是:HNO₃ 浓度为 1 . 8 mol / L,喷淋压力为 0 . 2 MPa,掩膜间隙为 50 μm,蚀刻时间为 2min。 结论 加工时间对侧蚀量有显著性影响,喷淋压力对侧蚀量影响较大,其次是掩膜间隙和 HNO₃ 浓度。 验证性试验证明最优工艺方案可行。     

喷淋蚀刻模具钢的蚀刻深度研究

采用喷淋式蚀刻机,以FeCl3基蚀刻液对模具钢进行喷淋蚀刻,通过测定不同蚀刻液温度、不同喷淋压力下的蚀刻深度,考察了几个独立因素对蚀刻深度的影响,得出蚀刻深度的规律性变化:蚀刻深度增长速率随蚀刻液温度的升高而增大,随喷淋压力的增大而先增大,后逐渐减小。分析了蚀刻深度呈此种变化规律的原因。     

模具钢微细蚀刻速率的研究

目的 研究模具钢微细蚀刻中,蚀刻速率的变化规律。 方法 采用蚀刻液喷淋加工方式,对掩膜的模具钢表面进行蚀刻,考察掩膜间隙、蚀刻液喷淋压力、蚀刻液温度对蚀刻速率的影响。 结果 蚀刻速率随掩膜间隙尺寸的增大而增加,当掩膜尺寸大于 150 μm 时,蚀刻速率增长较快;较大的喷淋压力有利于蚀刻液的更新和蚀刻产物的排除,使得蚀刻反应充分,蚀刻速率较高;温度在一定范围内升高,蚀刻液活性增大,蚀刻效率提高,蚀刻速率增大。 结论 最佳工艺条件为:掩膜间隙尺寸 150 ~ 200 μm,蚀刻液喷淋压力 1 . 0 ~ 1 . 4 MPa,蚀刻液温度 35 ~ 40 ℃ 。 在此加工条件下,模具钢的蚀刻速率高,加工效率高,同时可以保证较好的蚀刻尺寸精度。     

模具钢表面阵列微结构蚀刻工艺的实验研究

通过喷淋蚀刻实验研究了模具钢微细蚀刻加工时,工件掩膜间隙、蚀刻液喷淋压力和加工时间对蚀刻深度的影响。蚀刻深度随掩膜间隙的蚀刻尺寸、加工时间的增加而增大,随蚀刻液喷淋压力的增大呈先增大后减小趋势。这归因于掩膜间隙和蚀刻液喷淋压力的增大加快了蚀刻液的更新,使蚀刻反应充分并有利于反应杂质的排除。但是过大的喷淋压力减小了蚀刻液驻留时间,阻碍了蚀刻深度的增加。     

模具钢大面积微结构的微细电解和化学蚀刻的比较研究

针对手机后盖表面微结构的特点,采用微细电解和微细蚀刻的方法,对手机后盖压制模具的表面微结构加工进行工艺探索。设计了掩膜图形,研制了微细电解加工的纳秒脉冲电源。利用自行研制的多功能微细特种加工系统,采用阳极掩膜的方法进行微细电解加工,采用改进后的蚀刻机进行模具钢微细蚀刻加工。通过优化工艺,在模具钢材料上加工出尺寸为500μm的阵列微结构,并注塑出手机后盖,达到项目要求。     

乙醇胺碱性蚀铜液的研究

为了开发一种新型碱性蚀刻液以代替传统的氨类蚀刻液,该蚀刻液的组成特点是以铜-乙醇胺络合物、氯离子和碱性pH缓冲液作为主要成分.分别采用静态吊片蚀刻法和动态喷淋蚀刻研究方法探索了其最佳配方和操作条件,结果表明在铜离子浓度为85～95g/L,氯离子浓度3.5～4.5mol/L,乙醇胺浓度4.5～5mol/L,添加剂浓度0.5～1.5g/L,pH为8.5～9.0,操作温度为55～60℃时,其蚀刻状态最佳,相应的静态和动态蚀刻速率分别达61μm/min和20μm/min,与氨类蚀刻液的对应指标相当,且防侧蚀指标更高.结论是该碱性蚀刻液在生产配制、使用和再生循环过程中无废气排放,技术指标优越,具有良好的工业应用前景.     

微细电火花加工放电蚀除过程的分子动力学模拟研究

电火花加工的放电蚀除过程是在极短时间内和极微小空间内发生的,导致用观测和理论分析的方法进行研究都极其困难,因此其放电蚀除机理至今仍未能被明确的解释.论文应用分子动力学方法对微细电火花加工的放电蚀除过程和熔融区的形成及形状等进行了模拟研究,该研究基于放电通道变化的热源模型,并与放电通道恒定情况下的模拟结果进行了对比,证明...     

微细电火花加工高硅铝合金材料蚀除机理研究

对高硅铝合金微细电火花加工材料蚀除机理进行了分析研究.通过Quanta 200F环境扫描电镜对喷射成形Al-50 wt％ Si合金的微观结构进行观察,并建立简化模型.研究了在铜电极和钨电极两种加工过程中材料的蚀除形式,分析了材料的蚀除过程.     

化学微蚀刻法和微细电镀法制备微流控芯片金属模具工艺对比研究

针对化学微蚀刻法和微细电镀法制备微流控芯片金属模具进行了工艺对比研究。采用激光共聚焦显微镜分别检测表征由这两种加工工艺制备所得的模具微结构特征,对其侧壁陡度、尺寸均匀性、粗糙度进行对比分析。结果表明,化学微蚀刻法制备的模具微结构的侧壁呈不规则弧形、尺寸均匀性差,表面粗糙度较大 (R_a=3.58 μm)。而微细电镀法制备的模具微结构的侧壁则呈规则的梯形、尺寸均匀性好,表面粗糙度较小(R_a=0.65 μm)。微细电镀法制备的微流控芯片金属模具综合效果比化学微蚀刻好。     

微细铣削中刀具侧刃磨损试验研究

随着科学技术的发展,微小零件广泛应用于各个领域,而微细铣削技术变得越来越重要。在微细铣削中,对刀具磨损的研究占有重要地位。采用直径1 mm的TiAlN涂层平头铣刀,针对微细铣削黄铜H59时的刀具侧刃磨损进行试验研究。发现随着铣削长度的增加,侧刃磨损量呈上升趋势。切削长度为200 m时,两组试验的磨损带宽度变化由快变慢,出现变化临界点。对刀具磨损形式与机制进行分析,发现刀具出现涂层脱落、刀尖钝圆半径变大和微崩刃现象,分析其发生机制为磨粒磨损与粘结磨损。以侧刃后刀面磨损带宽度为试验指标进行正交试验,研究铣削参数对刀具侧刃后刀面磨损的影响主次顺序及最优参数组合。结果表明:每齿进给量、轴向切深、主轴转速和径向切深对刀具磨损的影响依次减少;试验所得最优参数组合为f_z=2μm/齿,a_p=0.3 mm,n=60 000 r/min,a_e=0.15 mm。     

提高微细电解加工精度的研究

对影响微细电解加工精度的因素进行了详细的分析，提出了改善加工精度的方法，如以循环进刀代替直接进刀方式、采用脉冲加工电源、改善阴极的结构设计以及采用非线性电解液等。最后，结合实验对这些方法的可行性与有效性进行了验证。     

膜电解法再生FeCl3蚀刻液的蚀刻性能研究

对某蚀刻厂的废蚀刻液通过膜电解工艺进行再生,并通过蚀刻性能条件实验研究了蚀刻时间、温度、蚀刻液浓度、蚀刻液游离酸含量等因素对蚀刻液 (新蚀刻液、在线蚀刻液、再生蚀刻液) 氧化还原电位和蚀刻速率的影响。结果表明,再生蚀刻液满足蚀刻要求,并且当蚀刻温度为50~60 ℃、蚀刻液浓度为再生蚀刻液浓度的90%、游离酸浓度为0.3 mol/L以上时,再生蚀刻液蚀刻速率最大。     

工件低频振动对微细电解加工材料蚀除速度的影响

基于电化学阳极溶解原理的微细电解加工技术在特种加工技术中占据着重要的地位。然而,微小间隙内电解液更新困难、电解产物难以及时有效排出,一直是制约该技术发展的瓶颈。利用自行设计的低频振动装置,通过工件低频振动辅助的方法进行微小孔电解加工实验,结果表明：该方法改善了加工区域的流场条件,促进了加工区域电解产物的输运及电解液的更新,显著提高了工件材料的蚀除速度。     

微细侧铣过程的有限元建模与仿真

建立了AISI 4340 微细侧铣的二维有限元模型。将Johnson Cook本构模型与Johnson Cook剪切失效模型相结合,对铣削刃旋转过程中的一个完整侧铣周期进行了仿真。由于没有考虑尺寸效应的影响,所得到的流动应力值偏小。因此,建立了应变梯度塑性模型,并应用其预测了切屑的形成、冯米斯应力和温度场。仿真结果显示：微细侧铣过程中存在尺度效应,与Johnson Cook本构模型相比,应变梯度塑性模型能够很好地描述微细侧铣过程中的尺寸效应。最后,将仿真结果与理论计算结果相比较,验证了所建模型的正确性。     

硝酸型酸性蚀刻液蚀刻工艺的研究

研究了以硝酸为主成分的酸性蚀刻液。采用静态蚀刻的实验方法,通过测定蚀刻液对印制电路板铜箔的蚀刻速率和侧蚀量,考察了几个独立因素的影响。结合正交实验得出硝酸型酸性蚀刻液的最佳组分及工艺条件为：Cu2＋质量浓度为（140±10）g/L,硝酸浓度为（2.5±0.5）mol/L,温度为（50±5）℃。在该条件下,静态蚀刻速率可达到10μm/min,且侧蚀量小。此外,还考察了抑烟剂对蚀刻速率的影响。     

研究蚀刻液稳定性的一种方法

为了得到更好的蚀刻效果,有必要研究蚀刻液的稳定性,因而研究方法显得尤为重要。研究了3组各成分含量不同的蚀刻液的稳定性,通过原子发射光谱法测得蚀刻液中Ni2+浓度,并间接计算出腐蚀量,对比考察了根据蚀刻速率-腐蚀量的关系和蚀刻速率-时间的关系研究蚀刻液稳定性这2种方法。实验结果证明:根据蚀刻速率-腐蚀量的关系研究蚀刻液的稳定性具有可行性,且更具优越性;同时,3种蚀刻液中,1B42稳定性最好,且该蚀刻液的最大金属腐蚀量为3 g/L。     

微细孔、阵列孔及微细三维型腔的超声加工研究

利用自行开发的微细电火花与微细超声复合加工装置,对微孔超声加工中效率随孔深的变化、磨料颗粒尺寸对精度的影响等进行了实验研究,并采用恒加工力控制方式,在单晶硅100晶面实际完成了直径18μm圆孔和28μm×28μm方孔的超声加工、微细十字孔与阵列孔的超声反拷加工以及微细三维型腔的工具均匀损耗补偿分层铣削超声加工.     

微细电火花伺服扫描加工实验研究

进行微细电火花三维扫描加工时,由于电极损耗相对严重,导致形位公差难以保证和加工效率较低。该研究分析了电火花加工常规的电极损耗补偿方法,提出了基于放电间隙伺服控制进行电极损耗实时补偿的微细电火花三维扫描加工方法。辅助以电极电接触感知工件平面和加工原点,三维结构加工实验显示,采用间隙伺服控制进行电极损耗实时补偿有利于提高扫描加工微三维结构的形位精度和加工效率。     

微小回转结构微细电火花线切割加工工艺研究

在分析微细电火花线切割加工回转结构所需工艺条件的基础上,搭建了循环往复走丝微细电火花线切割回转结构加工系统,进行了方电极和微细金字塔阵列结构的微细电火花线切割加工基础实验。在加工过程中,根据切割厚度对微细金字塔阵列结构加工精度的影响,设计加工了阶梯型工件进行分析验证,总结了切割厚度对放电间隙补偿的影响规律。     

碱性蚀刻液影响因素的研究

为了确立最佳的碱性CuCl2蚀刻工艺条件,提高工作效率,采用烧杯静态吊片蚀刻法,研究了影响蚀刻速率的因素.主要研究结果如下:1)在蚀刻时间为5min时,单因素试验得出的适宜的工艺范围为:Cu2+的质量浓度约为140～180g/L,Cl-的质量浓度为4.8～6.5mol/L,pH为8.2～9.0,操作温度为48～55℃;2)正交试验结果表明,在Cu2+的质量浓度为160g/L,Cl-的质量浓度为5.5mol/L,pH为8.8,操作温度为50℃时,蚀刻状态最好,静态蚀刻速率可达到5.84μm/min.