加工轨迹对薄壁件微结构电解铣削的影响

为改善难加工材料弹性合金3J21薄壁件微结构的成形加工质量和效率,进行了加工轨迹对薄壁件微结构的电解铣削加工的影响研究。首先利用拷贝式电解加工方法在线制备了阶梯轴式微细工具阴极,然后利用5种不同加工轨迹进行了150μm"150μm微型方孔的微细电解铣削加工对比实验,并优选出了最佳的加工轨迹。研究结果表明,利用"行铣+环铣"的加工轨迹进行微细电解铣削加工时微型方孔的加工质量更好,加工效率较高。     

304不锈钢微型环槽的微细电解铣削加工技术研究

针对304不锈钢薄壁件微小结构采用传统加工方法会产生变形的加工难题,基于分层铣削思想利用微细电解铣削加工技术对304不锈钢材料进行了微型环槽的加工实验,加工出了297×105×30μm的微型环槽结构,为金属材料薄壁件微小结构的加工制造提供了一种思路。     

三维微细电解铣削加工的实时控制与检测

为了实现三维微细电解铣削加工过程的实时监测,建立了基于Labwindows/CVI软件平台的控制与检测系统。对该系统所采用的三维轨迹生成及控制策略,数据采集及抗干扰算法,加工时间误差补偿算法等进行了研究。首先,根据微细电解铣削加工的特点,分析了加工控制与检测系统的需求。接着,搭建了高精度的三维微细铣削加工实验硬件平台。然后,利用虚拟仪器平台建立了基于分层铣削加工方式的三维轨迹进给控制模块,并对刀具轨迹的优化进行了讨论。最后,介绍了数据采集及反馈控制模块以及实时控制的时间补偿函数。基于上述控制与检测系统,实验并成功加工出了单层尺寸为15μm×55μm×15μm的三层阶梯结构,结果表明,本系统可以满足微细电解铣削加工的高精度、快响应、稳定可靠等要求。     

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。     

高频窄脉冲电流微细电解加工

微细电解加工是微细加工领域很有发展前景的微细加工技术之一。适合于微细电解加工的装置被研制出来, 它包括机床进给机构、线电极电火花磨削在线制作微细电极装置、短路检测模块、脉冲电源及其他一些辅助装置, 其中,高频窄脉冲电源是微细电解加工最重要的核心技术之一。根据微细电解加工的特点,设计了微细电解加工 MOSFET脉冲电源,该微能脉冲电源能很好地满足微细电解加工的要求。运用该微细电解加工装置进行加工试验, 在低的加工电压和低的钝化电解液浓度条件下,利用高速旋转的微细电极加工微小孔和像小铣刀一样进行微细电解铣削加工微结构,得到了满意的工艺效果,因而进一步说明电解加工在微细加工领域很有发展潜力。     

金属微结构的电解铣削加工技术研究

随着微机电系统的发展,微细加工技术成为了当今世界的研究热点。对微细电解铣削加工技术进行了深入研究,在难加工材料镍基高温合金上进行了一系列微细电解铣削加工工艺试验。首先,基于微细电解铣削加工原理,自行研制了一套高精度微细电解铣削加工系统。其次,分组试验并分析了各主要参数,如铣削层厚度、加工电压、脉冲宽度、电极直径,以及电解液浓度等对形状精度和加工精度的影响规律。最后,通过优化加工参数,成功加工出了数个典型三维平面及曲面微结构,形状精度高,加工稳定性好,充分展现了微细电解铣削工艺在加工复杂金属微结构方面的巨大潜力。     

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。     

微细电解线切割加工的基础研究

基于电化学原理，讨论了纳秒脉冲电流微细电解线切割加工的机理，建立了微细电解线切割加工数学模型；采用电化学腐蚀原理对微米尺度线电极进行在线制作，建立了微细电解线切割加工试验系统，并进行了微细电解线切割加工试验，切割出带90°直角的微结构，其切缝宽度为30μm。     

弹性材料微小方孔的微细电解铣削加工技术研究

高强度、高硬度弹性材料3J21微小方孔是航空、仪器仪表、模具等行业中常用的结构且加工困难。分析了难加工金属材料微小结构常用的加工方法,阐述了微细电解铣削加工的原理和实验系统,在研究微细圆柱电极在线制备基础上,利用回形单一加工、折线粗加工结合回形精加工2种方案进行了难加工材料3J21微小方孔的微细电解分层铣削加工研究,加工得到具有较高精度的微小方孔。研究表明,直流电源折线粗加工结合纳秒脉冲电源回形精加工方法所加工的微小方孔菱角分明、结构规整,具有较高的加工精度和表面质量,且无加工变质层和残余应力,是实现高弹性材料3J21微小结构加工成形的一种理想方法。     

微热管内壁非连续微结构微细电解加工法及其实现

针对1μm～1mm的微热管内壁非连续微结构加工困难,加工工艺稳定性和定域性差等问题,提出了一种基于变截面多线螺旋电极微细电解加工微热管内壁非连续微结构的新方法。针对所提出的新方法,研制出了一种微细电解加工机床,通过对其机床本体及结构原理、控制系统、电解液系统三方面的全面设计实现了微热管内壁非连续微结构的电解加工成型。     

电解复合超声频振动微细加工机理与试验研究

进行了电解复合超声频振动加工微结构的基础试验,分析了微电流电解过程钝化现象,研究了超声频振动冲击波及负压空化作用消除电解钝化作用机理。分析了电解加工方式与超声频振动协调同步方法,设计和构造了微细电解复合压电式超声频振动微细加工系统。利用微细特种加工技术制作各类截面形状、尺寸的微细阴极。进行了多种材料微结构的复合加工试验,并验证了电解复合超声频振动方法实现微细加工可行性与技术优势,研究了应用该工艺进行微结构加工的工艺特性。     

电解复合超声频振动微细加工机理与试验研究

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进行了电解复合超声频振动加工微结构的基础试验,分析了微电流电解过程钝化现象,研究了超声频振动冲击波及负压空化作用消除电解钝化作用机理。分析了电解加工方式与超声频振动协调同步方法,设计和构造了微细电解复合压电式超声频振动微细加工系统。利用微细特种加工技术制作各类截面形状、尺寸的微细阴极。进行了多种材料微结构的复合加工试验,并验证了电解复合超声频振动方法实现微细加工可行性与技术优势,研究了应用该工艺进行微结构加工的工艺特性。     

超声电解复合微细加工装置与试验研究

分析微细电解复合超声频振动加工过程机理,提出一种微细加工新方法--超声电解复合微细加工;设计、构造并完善复合微细加工装置;研究微细阴极制作工艺,利用微细组合电加工技术制作各类截面形状的微细阴极;进行超声电解复合微细加工试验,验证微细电解复合超声频振动实现微细加工的可行性及其在加工速度、精度、表面质量等方面的技术优势,探讨超声电解复合微细加工制作微结构的工艺规律。     

高弹性合金材料的微细电解铣削加工技术研究

高弹性合金材料微小型零/部件在航空航天、精密仪器等领域的使用越来越广泛。针对传统方法加工高弹性合金材料微小型零件比较困难的问题,利用纳秒脉冲电源微细电解铣削加工技术对其进行了研究。介绍了微细电解铣削加工技术的原理和实验装置;研究了微细工具电极的在线制备方法和主要工艺参数对微细电解铣削加工精度的影响;并进行了两种典型微小结构的综合加工实例验证。研究表明,利用纳秒脉冲电源微细电解铣削加工技术可以加工出具有良好质量的高弹性材料微小结构。     

基于聚合氯化铝电解液的锆合金阵列微孔掩模射流电解加工试验研究

锆具有优异的综合性能,在航空航天、医药和化工等领域具有广阔的应用前景。然而,用现有的加工方法对其进行微细加工时,具有刀具磨损严重、加工效率低、加工质量差等缺点。微细电化学加工在金属微结构制造方面具有独特的优势。提出一种新型聚氯化铝溶液(PAC)作为电解液,利用掩模射流电解加工在锆合金(Zr702)表面进行阵列微孔加工。研究了Zr702在不同质量分数聚氯化铝溶液中的溶解特性。通过试验研究了电解液压强、射流扫描速度和脉冲电压等主要加工参数对加工性能的影响,并通过正交试验进行参数优化,加工出了平均直径为163.20μm,平均深度为85.49μm,深径比为0.524,侧蚀系数为2.055,形貌精度较好的阵列微孔。     

实时振动数据驱动的薄壁件平铣工艺参数自适应优化

为减小加工振动对薄壁件平铣（端面盘铣）加工质量及效率的影响,提出一种实时铣削振动数据驱动的平铣工艺参数自适应优化方法。首先根据再生效应原理建立薄壁件平铣颤振稳定性模型。其次将薄壁件平铣过程中前一个工步内的实测振动数据分为若干段,以此模拟其材料去除过程,对各段铣削振动数据进行分析,由有限元单位力法和优化STD法分别识别出薄壁件刚度和各材料去除阶段模态频率及阻尼比,并由此导出薄壁件单模态频响函数,将其代入颤振稳定性模型求解稳定域叶瓣图并做插值处理后即可确定包含材料去除信息的薄壁件三维颤振稳定域叶瓣图。基于此,以避免铣削颤振、共振和满足机床性能要求为约束条件,以材料去除率最大为目标,利用遗传算法计算薄壁件下一个工步较优的工艺参数,如此循环进行,直到完成薄壁件加工。最后,通过某型飞机垂尾薄壁装配界面平铣试验验证该方法的可行性和有效性。由试验结果可看出,采用优化后的加工工艺参数,能使薄壁装配界面粗加工过程表面粗糙度从Ra 3.2提升为Ra 1.6,加工效率提高33%。     

纳秒脉冲微细电化学加工的理论及试验

根据电化学反应原理,探讨纳秒脉冲电化学加工的特点及其实现微细加工的机理.建立纳秒脉冲微细电化学加工的理论模型,并分析电解液浓度、加工间隙、脉冲参数和加工电压等因素对微细电解加工的影响作用.构建微细电化学加工系统,包括微细加工机床、纳秒脉冲电源、电解液循环系统、运动控制部分和加工检测部分.试验研究了超短脉冲的电压幅值和脉冲宽度对侧面加工间隙的影响,结果表明减小脉冲宽度和降低加工电压可以提高微细电解加工的精度.在自制的微细电化学机床上,实现工具电极和工件微结构的连续加工.将加工间隙控制在5 μm以内,加工出中间有20 μm×30 μm×30 μm棱台的微型腔和30 μm槽宽的十字形孔,分析加工起始点对成形精度的影响,并提出解决方法.试验证明纳秒脉冲微细电解加工可以很好地满足微机电系统(Micro electromechanical system,MEMS)微器件的加工要求.     

激光诱导氧化辅助微细铣削TiB_2基陶瓷复合材料试验研究

陶瓷复合材料具有高硬度、高弹性模量、耐磨、抗化学腐蚀等诸多优异性能,在航空航天、微电子、汽车、切削刀具和生物医学等领域具有广泛应用前景,但其微细铣削加工中存在铣削力高、刀具磨损严重等问题。本文提出了一种激光诱导氧化辅助微细铣削的复合加工方法,并用该方法制备了TiB_2基陶瓷复合材料微结构。在激光辐照下,TiB_2基陶瓷复合材料氧化生成具有一定厚度的、疏松易去除的氧化层;在此基础上,利用微细铣削工艺依次去除氧化层、热影响层和少量基体材料,以获得高加工效率和加工质量。主要研究了铣削深度和每齿进给量对铣削力和表面粗糙度的影响规律,结果表明,随着铣削深度和每齿进给量的增大,铣削力逐渐增大;在铣削深度为2μm、每齿进给量为0.3μm/z时,已加工表面粗糙度最小,S_a为0.06μm;随着铣削深度和每齿进给量的增大,材料去除方式先后经历弹性滑动摩擦、延性模式和脆性模式三个阶段。     

微细电解加工实验研究

采用基于电化学腐蚀法制作直径80μm、长度3000μm的微细电极,分别使用微细圆柱电极和微细螺旋电极进行了加工实验,实验研究丧明微细螺旋电极在孔和槽的加工中比微细圆柱电极具有更快的加工速度以及更小的加工间隙.螺旋结构在加工中有助于排出加工间隙内电解产物,显著地提高了加工效率、加工精度及加工过程的稳定性.     

激光诱导可控氧化辅助微细铣削TiAl金属间化合物的研究

TiAl金属间化合物微细铣削过程的高比切削力和微铣刀的弱刚性是导致微结构加工效率低、表面完整性差和工艺可控性低等问题的主要原因,本研究提出了激光诱导可控氧化辅助微细铣削复合加工新方法.在激光平均功率为4.5 W、扫描速度为1 mm/s以及富氧环境下,激光诱导TiAl金属间化合物生成了疏松多孔的氧化物,氧化物能够被微细铣刀快速去除,且去除过程中切削载荷低,刀具几乎没有磨损.主要研究了激光辐照下TiAl金属间化合物的氧化机理;背吃刀量和每齿进给量的变化对铣削力、加工表面质量和刀具磨损的影响规律,并与常规微细铣削工艺进行了对比研究.结果 表明:采用低的激光平均功率与扫描速度时,氧化反应平稳进行,且生成疏松多孔的氧化物,氧化物主要是钛矿型TiO2与金红石型TiO2,过渡层表面平整,有微裂纹产生以及少量残留的氧化物.相比于常规微细铣削工艺,激光诱导可控氧化辅助微细铣削工艺下的铣削力和刀具磨损较低.此外,当背吃刀量和每齿进给量分别为4μm和3.5 μm/z时,可获得较好的加工表面质量,表面粗糙度达到128nm.复合加工工艺中微细铣刀的失效形式为涂层脱落和材料黏结.与常规微细铣削工艺相比,激光诱导可控氧化辅助微细铣削工艺的刀具寿命显著提高.