微细电火花加工中电极材料的蚀除机理研究

在微细电火花加工过程中 ,由于放电时间极短 ,使得其阴阳两极的电极材料蚀除过程产生较大的差异。本文应用传热学和电场的基本理论 ,分别对微细电火花加工阴阳两极的材料蚀除机理进行了理论研究 ,得出了在窄脉宽微细电火花加工中 ,尽量缩短脉宽可提高阳极材料的去除效率 ,同时又不会明显增加阴极材料损耗的结论。为微细电火花加工脉冲电源设计及加工工艺的改进提供了理论依据     

电极形状对电火花铣削加工底面轮廓的影响

电火花分层铣削加工技术广泛应用于微小三维结构的加工,在采用圆柱工具电极进行分层扫描加工时,由于扫描轨迹横向上各点放电量不同,在工件上会形成一定弧度的底面轮廓。从电极形状的角度分析了在端面放电方式下扫描加工出的单道直槽底面轮廓模型,借助Matlab软件对单道单向扫描加工过程进行了数值模拟,并通过圆形电极和方形电极对比实验进行了验证。     

弱电解质溶液EDM/ECM复合加工机理研究

弱电解质溶液中利用电沉积补偿电极损耗的电火花/电化学复合加工技术可以大幅降低电极损耗,对提高微细电火花加工效率具有重要意义。由于该工艺方法是EDM/ECM复合加工领域一个新的研究方向,研究成果很少。为加深对利用电沉积补偿电极损耗的电火花/电化学复合加工技术的认识,基于实验结果,对弱电解质溶液中的电火花/电化学复合加工的材料去除机理、放电通道形成机理及电极损耗机理进行了初步探索,得到了以下结果:电火花放电蚀除和电化学溶解共同将工件材料去除;大量气泡存在于电极间隙使复合加工放电通道的形成异于电火花放电加工;电沉积作用和电火花放电蚀除共同对工具电极损耗产生影响。     

基于液相电极的微细电火花加工方法研究

提出了一种利用液态金属作为加工电极的新型微细电火花放电加工方法,用于解决传统电火花加工中电极损耗引起的相关问题。该方法将导电的液态金属——镓铟锡合金注入毛细管工具电极中,通过控制管内压力使其悬挂在工具电极末端,脉冲电源施加在液体金属、工件之间,并控制它们之间的间隙来进行火花放电,从而达到蚀除工件的目的。放电过程中,尖端的液态金属会损耗,但在静电力以及虹吸作用下,工具电极中的液态金属会连续供应以补偿损耗。试验结果表明,镓铟锡合金能够作为电极进行电火花放电,任意图案扫描刻蚀结果表明镓铟锡合金电极进行电火花放电加工的方案是切实可行的,并且Parylene C镀层能够有效的保护工具电极。     

利用小直径电极的电火花微细轮廓加工

近年来,随着微细加工技术的发展,开发出各种不同的加工方法。有的有希望用来制造微型机器和医疗器械用的零件。就亚微米尺寸加工而言,目前,虽然溅射和蚀剂等加工方法在半导体制造方面占主流,但不适于复杂3维形状的加工。在此之前,电火花微孔加工已显示出高精度加工的效果。以往还曾利用圆柱形电极在低损耗条件下进行过轮廓加工。然而,当采用微小直径电极加工时,由于电极损耗大幅度增加,使电极瑞部棱角产生圆弧R,因而不能实现高精度加工。与上述情况相比,日本三菱公司却积极地利用电极损耗来保持加工底面的棱角,以谋求实现高精度微细形状的加工。一、简单电极轮廓加工原理微细轮廓电火花加工,主要采用微小直径的管状电极,使其在旋转状态下进行加工,以实现所要求的加工轮廓(图1)。在以往,主要是借助于圆柱状电极的侧面来进行轮廓加工见,如图2(a)所示,而微细轮廓加工则利用电极的底面,边反     

电蚀产物对微细电火花电极形状损耗影响的实验研究

针对微细电火花加工技术特点,开展电极形状损耗形成机理的研究,设计了开放状态微细电火花加工实验方法,实现电蚀产物浓度的改变;通过实验对比不同加工状态下微细电火花加工电极形状损耗变化、工件表面微观形貌和重熔层情况,系统研究不同电蚀产物浓度作用下电极形状损耗的影响规律;分析微细电极形状损耗的影响机制,总结内凹坑形状变化与电蚀产物的内在关系。研究成果为实现微细电极的形状控制提供了一定的实验及理论依据,达到了提升微细电火花加工质量和加工稳定性的目标。     

电铸工艺对工具电极材料抗电蚀性能的影响研究

提升基于准LIGA工艺制作的微细电火花加工工具电极材料的耐电蚀能力,是准LIGAMicroEDM组合加工高深宽比三维微结构可靠实现的重要研究内容。论述了该组合加工的技术优势及其工艺路线,理论分析了电铸电极材料电蚀性的影响因素,试验研究了电沉积工艺参数和操作条件如添加剂种类及其添加量、电流密度、温度等对电铸铜工具电极电蚀能力的影响。结果表明,组合添加适量明胶和Cl-,在适当的电流密度和温度等工作条件下,电铸出的铜工具电极在微细电火花加工中表现出超强的耐电蚀能力,重量相对损耗为0.3%。     

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。     

电火花加工用工具电极材料的研究进展

工具电极是电火花加工中非常重要的因素,电极材料的性能对电火花加工性能具有很大影响。介绍了电火花加工用工具电极材料在普通电火花加工、电火花表面改性和微细电火花加工三个方面的最新研究进展。     

功能梯度材料微细电火花电极损耗机理研究

论述了功能梯度材料Ni-TiN/Cu微细电火花电极的制备方法,并用实验的方法研究功能梯度材料层在电火花微细加工对电极损耗的影响。Ni-TiN/Cu微细电火花电极通过在圆柱铜电极外侧电沉积功能梯度材料层来制备,纳米颗粒TiN做为增强相。通过使用SEM分析功能梯度材料层的显微组织,使用光学显微镜测量电极加工孔质量与电极损耗情况,对比功能梯度材料电极与均质电极的电火花加工性能。在微细电火花加工中,功能梯度材料层可以有效的抑制高频脉冲条件下电极的损耗效应,改善电流密度分布,从根本上解决因尖端放电引起的电极形状变化问题,实现端面等损耗,保证了微细电火花加工电极的形状精度。实验结果验证了功能梯度材料作为工具电极在微细电火花加工应用的前景。     

电火花在模具加工中的应用案例

电火花成形加工主要基于脉冲放电时的电火花腐蚀原理：当工具电极与工件在绝缘液体介质中相互靠近时,极间脉冲电压将两极间＂相对最近点＂的液体介质电离击穿,形成脉冲放电,并在放电通道中瞬间生产大量的热能,使局部金属融化甚至气化,而将金属蚀除下来。     

电极材料对电火花加工金属蒸汽能量传递影响

单次火花放电过程中存在工具电极表面喷爆出的金属蒸汽,不同电极材料产生的金属蒸汽炬会携带不同的能量传递到工件表面,进而对工件表面能量的获得及放电痕尺寸产生不同的影响.基于电火花加工放电过程中能量分配及电极金属蒸汽炬能量理论,对工件获得能量及蒸汽炬能量传递机理进行分析,利用ANSYS建立电火花加工表面热源与材料蚀除仿真模型,采用不同工具电极材料进行放电加工实验.研究表明:在一定误差范围内,仿真模型能够预测表面热源及放电痕尺寸.采用大密度和高沸点的钨材料作为工具电极可以传递更多的能量并产生大尺寸的放电痕,但放电痕尺寸也受到蒸汽喷射量和蒸汽炬力冲击的影响.     

基于多功能微机床的复合微细电火花模块设计及实验研究

针对实验室块反铐加工中出现的难以加工较细的微细工具电极问题,根据现有多功能微机床进行设计,按照模块化设计思路,设计出了微细电火花复合加工模块,该模块包括在线块电极磨削加工与在线电极磨削加工两部分。采用块电极磨削与线电极磨削相结合的方法,通过运用不同电源模式实现块反铐加工粗加工、线电极作为中、精磨削的微细电火花电极制作流程,采用蒸馏水为工作液,研究电参数对工具电极影响,并通过该实验验证了该加工工艺方法,且能稳定加工出长直径为50μm、长径比大于84的微细工具电极。     

螺旋电极电火花小孔加工排屑仿真和试验

在电火花小孔加工中,排屑困难一直是困扰加工速度的一个重要问题。通过对工具电极改进,用螺旋电极进行电火花小孔加工,使其改变加工过程中间隙流场的流动状态以及电蚀产物的受力,达到增强小孔加工过程中的排屑能力,进而提高加工速度的目的。利用Gambit软件建立仿真模型,应用Fluent对小孔加工过程中排屑进行仿真,对其压力场和速度场进行分析,研究其加工机理。在D703F高速电火花小孔加工机床上进行了试验研究,结果表明螺旋电极电火花小孔加工速度最大提高了20%。     

电火花加工微细孔

微细孔的电火花加工中,工具电极的制造非常关键而又困难。本文就目前一种较为先进的精密电极的制造工艺进行了试探,并以制得的微细电极进行了微细孔的电火花加工实验。     

微细电火花加工机床关键技术

研制开发两台高精度、高性能,具有自主知识产权的微细电火花加工机床,并对微细电火花加工机床的几个特有关键技术进行了深入研究.基于压电陶瓷的宏微伺服进给系统能实现分辨率为3.42 nm的微进给,并且能实现振动式进给,以改善微细电火花加工的间隙状态,提高微细电火花的加工效率和加工质量.结合块电极反拷与线电极反拷的微细工具电极反拷系统,可高效高精度地现场制作微细电极,电极直径最小可达4 μm.基于多传感器信息融合技术的放电间隙状态监测技术,能很好地解决微细电火花加工间隙状态的监测与识别问题.RC脉冲电源不存在维持电压现象,这一最新发现为降低单脉冲放电能量难题提供一个新的解决途径,使得基于RC方法开发的超微能脉冲电源的单脉冲放电能量最小降至皮焦级,为微细电火花加工奠定了良好的基础.最后的微细电火花加工试验表明,所开发的微细电火花加工机床性能稳定,且加工质量良好,尤其适合加工孔径为50～200 μm的微细孔.     

超短脉宽电火花加工工件表面蚀除模型分析

分析了在电火花加工中单脉冲超短脉宽放电情况下,工件电极表面蚀除凹坑的形成机理,并建立了凹坑形成的数值模型,应用ANSYS对所建模型进行了仿真模拟,最后进行了单脉冲电火花放电去除验证性试验,对尖孔蚀除模型进行了验证,取得了较理想的结果。     

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。     

高速旋转电化学放电钻削材料去除机理试验研究

为了研究电化学放电钻削工艺中的材料去除机理,采用高速旋转的碳化钨螺旋工具电极对ANSI 304型不锈钢工件进行了一系列试验研究,并使用高速摄像机观察加工过程中气泡的产生、气膜的形成和电火花放电现象。通过分析加工电流的信号波形和不同转速下的电火花放电现象,从而进一步揭示了电化学放电加工中的材料去除机理。结果表明:当工具电极较高速旋转时,工件材料是通过EDM和ECM的协同作用被蚀除;当工具电极转速极低或静止时,工件材料是通过ECM被蚀除。     

利用块电极反拷法在线制作和修正工具电极

微细电火花作为一种高柔性、低成本的微细加工技术,在MEMS加工应用中表现出了较优异的加工性能。但微细电火花技术加工微小孔或微小的复杂形状时,由于孔径较小,电极的制备比较困难,本文利用块电极反拷法在线制作和修正工具电极,取得了较好的效果。