电解加工在微细制造技术中的应用研究

电解加工是利用阳极金属电化学溶解原理来去除材料的制造技术,这种微去除方式使得电解具有微细加工的可能,这里着重探讨了高频窄脉冲微细电解加工技术、电液束微细电解加工技术和利用电解制备微细电极的工作原理,技术特点,应用领域和加工精度,并详细的讨论了目前微细电解加工脉冲电源和加工设备的研制和发展。     

高频窄脉冲微细电解加工实验研究

加工间隙是电解加工的核心工艺参数,利用在45钢薄片上打微细孔,通过实验分析来探索高频、窄脉冲微细电解加工中频率、电压和电解液浓度对加工间隙及电极截面和加工稳定性的影响规律。     

基于FPGA的纳秒级微细电解加工脉冲电源的研制

针对微细电解加工的精度要求,研制出适合于微细电解加工的纳秒级脉冲电源。利用FPGA内部的高频时钟产生出高频的脉冲信号,经放大和斩波后得到纳秒级脉冲,脉冲频率调节范围较宽。采样信号经FPGA内部编程处理后输出反馈信号实现短路保护。使用该电源进行相关的工艺试验,验证了电源的可行性。     

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。     

微细孔电解加工控制方法及试验研究

基于微细电解加工的特点，介绍了一种微细电解加工系统。该系统能够将加工间隙控制到几微米到几十微米的范围内。根据电解加工以离子形式对材料去除的特性，进行微细电极、微细群电极的制备研究，并将其用于微细孔、群孔的加工中。试验分析了各工艺参数如电压、溶液浓度、加工间隙、进给速度等对微细孔电解加工精度的影响。结果表明，微细电解加工的侧面间隙随着加工电压的降低、溶液浓度的减小、脉宽变窄和初始加工间隙的减小而减小，改善了加工的定域性，加工精度得到提高。     

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.     

超短脉冲电流微细电解加工技术研究

利用电化学腐蚀方法,在自制的电解加工机床上连续实现微细工具电极的制作和工件的加工,通过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,降低加工电压,可以提高微细电解加工的精度。利用优化的加工参数,进行了微小孔加工、微细直写加工以及成形电极微细加工的实验。     

微细加工技术在国内外发展趋势的研究

研究了国内外微细加工技术的发展状况,基于MEMS器件的微细加工技术,提出了在低电位、微电流密度下电化学钝化效应基础上,用高频振动效应消除钝化,用与高频振动同频同步的窄脉冲电流电解作用去除机体材料,实现电解复合微细加工,这是微细加工技术的新构想及发展趋势.     

微细电火花加工用晶体管脉冲电源的研究

在传统晶体管脉冲电源的基础上，研制开发了一种适用于微细加工的晶体管脉冲电源，这种脉；中电源可以满足微细加工中粗加工、精加工的不同需要，可实现最小脉宽为50ns的放电电流。通过微细孔加工实验，对所开发的晶体管脉冲电源的加工特性与传统的RC脉冲电源进行了分析比较，实验结果表明前者的加工效率约为后者的2～6倍。     

高频窄脉宽微细电火花加工用微能脉冲电源的研究

分析了微能脉冲电源的实现途径。采用开关管推挽工作原理设计出了具有高频窄脉宽的微细电火花加工用微能脉冲电源。并对具有陡上升沿和下降沿的高频脉冲电源工作时产生的电磁振荡现象的原因进行了深入的研究。在此基础上设计出的脉冲电源最小脉宽可达100ns，较好地满足了微细电火花加工的需要。     

模具光整加工技术新进展

从工艺——机械抛光、特种抛光、复合抛光，自动化——数控机床、机器人、知识库、测量，“一次过加工技术”——高频窄脉冲和展成电解加工、混粉电火花镜面加工、高速铣加工三方面对现有的模具抛光技术进行了较为详细的介绍，分析了各自的特点、适用场合及某些技术关键。     

Electro-chemical micro drilling using ultra short pulses

Electro-chemical machining (ECM) has been rarely applied in micro machining because the electric field is not localized. In this work, ultra short pulses with tens of nanosecond duration are used to localize dissolution area. The effects of voltage, pulse duration, and pulse frequency on the localization distance were studied. High quality micro hole with 8 μm diameter was drilled on 304 stainless steel foil with 20 μm thickness. Localization distance can be manipulated by controlling the voltage and pulse duration, and various hole shapes were produced including stepped holes and taper free holes.     

电解加工电源的发展与应用

近年来,电解加工(Electrochemical Machining,ECM)在航天、航空、军工等领域中得到极为快速的发展,而电解加工的核心部分是电源,它的频率、波形等输出特性在很大程度上直接影响电解加工的效果.本文介绍了电解加工电源的发展和特点,着重介绍高频、窄脉冲电源的发展现状及应用,展望了其近期的发展方向.     

高频群脉冲电化学微小型加工中的反向电流与压力波

针对脉冲电化学加工，建立了反向电流和压力波的数学模型，提出了高频群脉冲电化学加工方法。结果表明，充分发挥反向电流作用的电源频率在10～24kHz之间，压力波频率在400～1333Hz之间。反向电流仅与电极本身有关，它决定了高频群脉冲电化学加工的主脉冲频率；压力波则除了电极外，还与电解质性质和流速、极间间隙和电压等有关，它决定了高频群脉冲电化学加工的调制脉冲频率。根据模拟结果设计的实验表明，良好的加工质量来源于高频群脉冲带来的较小极间间隙。     

阵列微沟槽的场域离散脉冲电解加工技术

针对难加工金属材料表面阵列非贯穿型微沟槽的高效高质量加工难题,提出一种场域离散脉冲电解加工方法,所加工沟槽具有表面质量好、尺寸微小、槽数多、沟槽前后非贯穿的特点。使用绝缘栅栏隔板作为活动掩模板对各微沟槽加工区进行离散,同时遮蔽非加工区,从而实现流场隔离和非加工区电场屏蔽等效果,有效提高沟槽的加工稳定性、精度和一致性。通过设计专用夹具,对影响加工精度的关键因素进行了单因素工艺实验研究,并利用Comsol Multiphysics软件对电解加工的流场和电场进行了仿真分析。仿真和试验结果显示:场域离散加工方法的流场和电场都比传统的掩膜电解加工、电解转印加工好。成功地在1min内加工出9条宽538.76μm,深25.78μm,过切量为19.38μm的阵列微沟槽,证实了该方法的有效性。采用短加工时间、低脉冲电压幅值、高脉冲频率、小脉冲占空比等工艺参数,有利于提高沟槽的加工精度。通过场域离散电解加工技术,可以实现对非贯穿型微沟槽的高效率、高质量、低成本加工。     

The tool design and experiments on electrochemical machining of a blisk using multiple tube electrodes

The International Journal of Advanced Manufacturing Technology - Electrochemical machining (ECM) is an effective method for machining a blisk. Because a blisk often has several tens to hundreds of...     

高功率准连续微秒脉冲钠导星激光

采用硼酸锂(LBO)晶体腔外和频Nd∶YAG 1 064nm与1319nm激光获得了高功率准连续微秒脉冲钠导星激光。通过改进的欧拉方法数值模拟了和频过程的三波耦合方程,优化了基频光的束腰大小与LBO晶体长度。为了提高和频效率,通过像传递系统对两路基频光进行扩束整形实现了空间模式匹配,通过精确控制触发延时实现了时域激光脉冲同步。研究了500,600,800及1000Hz条件下的和频输出特性,结果显示,该条件下分别产生了53,42.6,27及22 W的589nm激光输出,相应的和频效率分别为21.8%,20.3%,16.9%和16.3%。黄光最高功率时的光束质量因子M2为1.32,脉冲宽度为100μs。采用了PZT与步进电机复合控制系统进行稳频,实现频率的波动为±0.2GHz,保证了黄光波长在钠原子D2a谱线的吸收谱内。该项研究为获取50 W级高功率准连续微秒脉冲钠导星激光提供了有效的技术支持。     

Characteristics of MEDM for micro-holes with respect to circuit elements

Micro electrical discharge machining (MEDM) is a promising technology for fabricating micro-parts on a variety of materials. An RC circuit is suitable for MEDM because it produces low pulse width and relatively high peak current. However, it is not well understood how circuit elements affect machining characteristics of MEDM. In this paper, the effects of circuit elements on MEDM of micro-holes and the relation between characteristic variables of process and machining characteristics was investigated. Since the discharge inductance causes an increase in electrode wear and machining time, it should be minimized in MEDM. From this study, it should be less than a few μH. The machining time also increases with increasing the charging resistance. If the charging resistance is less than a few hundreds Ω, however, continuous arc discharge occurs and the machining speed is markedly reduced.