微細(xì)電解銑削加工技術(shù)的基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)以及微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展，零件尺寸越來(lái)越趨于微小型化。從產(chǎn)品尺度特征來(lái)劃分，通常將1-1000μm的系統(tǒng)稱為微系統(tǒng)，其相對(duì)應(yīng)的微細(xì)加工技術(shù)已成為各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛關(guān)注和重點(diǎn)投入的研究熱點(diǎn)。
　　 微結(jié)構(gòu)中的重要一類是金屬微結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品微型化、精密化和高新技術(shù)產(chǎn)品的研制生產(chǎn)對(duì)微尺度金屬?gòu)?fù)雜結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)有著迫切的需求。因此，發(fā)展針對(duì)微尺度的，具有三維加工能力、能夠加工金屬及其合金材料的微細(xì)加工方法已經(jīng)成為當(dāng)前微細(xì)制造領(lǐng)域迫在

2、眉睫的研究課題。
　　 本文結(jié)合微細(xì)電解加工技術(shù)和微機(jī)械銑削的基本思想，提出一種新的微細(xì)加工方法：微細(xì)電解銑削加工。原理上陰極電極不會(huì)損耗，采用微米級(jí)直徑的柱狀電極，可加工出數(shù)微米至數(shù)十微米尺度的復(fù)雜微結(jié)構(gòu)件。提出的技術(shù)主要面向航空航天、精密儀器、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。本文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　 (1)建立了微細(xì)電解銑削加工的理論模型。在分析了納秒脈沖電流微細(xì)電解加工基本原理的基礎(chǔ)上，基于界面雙電層理論，建立了微細(xì)

3、電解銑削加工分步控制數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)的加工試驗(yàn)提供了重要的理論指導(dǎo)，并對(duì)影響加工性能的因素進(jìn)行了分析。
　　 (2)搭建了一套三維微細(xì)電解銑削加工系統(tǒng)。該加工系統(tǒng)具備高分辨率低速微進(jìn)給、三軸聯(lián)動(dòng)、高回轉(zhuǎn)精度、短路檢測(cè)與保護(hù)和絕緣抗振等功能，并基于Labwindows/CVI虛擬儀器平臺(tái)開(kāi)發(fā)了一套與機(jī)床硬件配套的三維微細(xì)電解銑削加工控制與檢測(cè)軟件系統(tǒng)。
　　 (3)提出了在線制備兩種微電極的新工藝。一是基于電化學(xué)刻蝕技術(shù)，

4、提出了多階柱狀電極的制備方法，建立了多階柱狀電極的數(shù)學(xué)控制與預(yù)測(cè)模型，制備出一系列不同階數(shù)的末段直徑為10μm的柱狀電極；二是利用單脈沖火花放電技術(shù)，通過(guò)控制放電能量，成功加工出了一系列微球頭柱狀電極，末端球形圓度好，并具有鏡面級(jí)的表面粗糙度。最后，基于有限元電場(chǎng)仿真，分析了不同形狀微電極的多種應(yīng)用場(chǎng)合。
　　 (4)進(jìn)行了微細(xì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的電解銑削加工工藝試驗(yàn)。在以高溫合金GH3030為主的多種材料上進(jìn)行了微細(xì)電解銑削加工工藝試驗(yàn)

5、，分析了加工電壓、脈沖寬度、脈沖周期、電極直徑、電解液參數(shù)等對(duì)加工的影響規(guī)律。根據(jù)理論模型，應(yīng)用了薄分層銑削策略，研究了銑削層厚度對(duì)起始點(diǎn)形狀精度、加工穩(wěn)定性及加工效率的影響。應(yīng)用優(yōu)化的參數(shù)成功加工出特征尺寸為5μm，形狀精度高、表面質(zhì)量好的微細(xì)三維微階梯型腔和高精度的凹半球結(jié)構(gòu)。
　　 (5)利用旋轉(zhuǎn)的微螺旋電極在高溫合金GH3030上進(jìn)行了微小結(jié)構(gòu)的高速電解銑削加工工藝試驗(yàn)。重點(diǎn)研究了電極轉(zhuǎn)速對(duì)加工精度、加工穩(wěn)定性和表面粗糙