微細電火花沉積與去除可逆加工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、先進制造技術(shù)的水平是決定國家經(jīng)濟發(fā)展和現(xiàn)代化進程的重要因素之一。隨著制造技術(shù)內(nèi)涵的不斷拓展，材料的加工已經(jīng)不再局限于傳統(tǒng)的去除過程。作為先進制造技術(shù)的一個重要分支，微細精密加工技術(shù)的開發(fā)和研究受到了各國的高度重視。在這一背景下，微細電火花加工以其無宏觀作用力、加工單位小、可控性好等諸多優(yōu)點而成為微細加工領(lǐng)域的研究熱點之一。
　　以往對微細電火花加工技術(shù)的研究主要集中在如何提高其去除加工時的精度、效率和微細化程度等方面，然而電火花加

2、工的原理決定了其電極損耗、極性效應(yīng)等存在的必然性。本文從微細電火花加工的機理及工藝特殊性出發(fā)，深入研究了微細電火花加工中的工具電極損耗和極性效應(yīng)規(guī)律。并以此為出發(fā)點，確定了在同一加工系統(tǒng)中實現(xiàn)微細電火花沉積與去除可逆加工的可行性，進而提出了電火花沉積與去除可逆加工方法。分別從加工極性效應(yīng)、工作介質(zhì)和加工工藝參數(shù)選擇等方面研究了微細電火花沉積與去除可逆加工的實現(xiàn)條件和轉(zhuǎn)換策略。
　　分析了微細電火花沉積加工中影響工具電極材料蝕除的主

3、要因素。建立了時變放電通道半徑條件下，工具電極材料蝕除的單脈沖放電溫度場仿真模型。分析了工具電極蝕除的微觀過程，研究了放電通道中由于放電能量密度變化對工具電極材料蝕除形式的影響規(guī)律。研究了不同類型脈沖電源在微細電火花沉積加工中的放電波形特點及對沉積材料成形的影響，并分析了其適用場合。
　　對微細電火花沉積加工的沉積材料特性進行了深入研究。結(jié)果表明，沉積材料內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)致密，與基體結(jié)合緊密；沉積材料的成分取決于工具電極材料，在以

4、空氣為加工介質(zhì)的沉積加工過程中發(fā)生了微量氧化；硬度測試結(jié)果表明，45鋼、鎢沉積材料硬度相對與工具電極材料有較大的提高；沉積材料具有較好的承受壓縮載荷的能力，黃銅沉積材料能承受的最大壓強約為490Mpa，45鋼的沉積材料能承受的最大壓強約為1764Mpa，說明微細電火花沉積加工方法能適用于微細支撐結(jié)構(gòu)的制作。
　　研究了微細電火花沉積加工微細結(jié)構(gòu)的沉積策略問題，提出了兩種沉積加工策略：基于單圓柱沉積加工穩(wěn)定性的多次沉積策略和基于放電

5、間隙伺服的分層掃描沉積加工策略。提出了基于間隙伺服控制進行工具電極實時補償，X-Y平面規(guī)劃單層掃描軌跡的沉積加工策略。建立了工具電極軸向損耗補償模型，得到了分層掃描沉積加工中沉積層厚度的一致性規(guī)律，提出了平面任意形狀路徑軌跡規(guī)劃方法。并進行了微細電火花沉積加工實驗，得到了加工效果較好的沉積樣件。
　　研究了微細電火花可逆加工方法制作微細結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)過程，建立了微細電火花可逆加工系統(tǒng)。提出了微細電火花可逆加工實現(xiàn)的具體工藝步驟，將其分

6、為微細工具電極的在線制作、微細電火花沉積加工工藝和微細電火花精微選擇性去除3個相互聯(lián)系的階段，形成了微細電火花可逆加工方法。利用微細電火花可逆加工工藝方法進行了金屬微三維結(jié)構(gòu)的成功制作。在微細電火花選擇性去除加工過程中，采用了多種去除加工方式，包括 Z軸方向的直接去除加工、軸向陣列孔加工、徑向孔加工及分層銑削加工等去除方式，得到成形精度和尺寸精度良好的金屬微三維結(jié)構(gòu)。在微細電火花分層銑削去除加工工藝中，提出了采用工具電極預(yù)置長度方法進行