微細(xì)陣列電極陣列孔的組合電加工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、微細(xì)電加工技術(shù)因其非接觸加工、材料適應(yīng)性廣、沒有宏觀作用力等優(yōu)點(diǎn)，在微小零件的加工中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。微細(xì)電火花加工、微細(xì)電火花線切割加工、微細(xì)電解加工以及超聲復(fù)合微細(xì)加工技術(shù)等的研究均已取得大量的研究成果，但其對(duì)微細(xì)陣列軸、孔的加工研究則處于起步階段，尤其是各種加工方法之間缺乏有效的組合與集成。因此適時(shí)開展針對(duì)微細(xì)陣列結(jié)構(gòu)的組合電加工技術(shù)研究，充分發(fā)揮各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，形成高效快捷、可操作性強(qiáng)的微細(xì)陣列電極陣列孔的組合加工技術(shù)具有十分重要

2、的理論與現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文首先研究了微細(xì)電火花加工的基本原理，分析了放電產(chǎn)生的條件，理論上解釋了放電點(diǎn)不能及時(shí)轉(zhuǎn)移而形成電弧放電，損害工件表面質(zhì)量的原因。通過研究微細(xì)電火花加工的反拷原理，提出了微細(xì)陣列電極的電火花超聲復(fù)合反拷加工方法，并規(guī)劃了加工工藝過程。從理論上詳細(xì)分析了電火花反拷加工分層去除不均勻性的產(chǎn)生因素。為適應(yīng)大規(guī)模陣列電極的加工要求，研究了微細(xì)陣列電極的線切割工藝方法?；陔娊饧庸ぶ嘘帢O無損耗的優(yōu)點(diǎn)，研究了微細(xì)陣列

3、孔的電解加工方法。進(jìn)而提出了微細(xì)陣列電極陣列孔的電火花/電解組合加工工藝。
　　從理論上分析了超聲空化發(fā)生的條件，探討了自由氣泡由于壁面液體壓力滿足空化初生條件而發(fā)生爆炸性成長(zhǎng)的過程，計(jì)算了空化泡破裂時(shí)產(chǎn)生的巨大作用力，說明了超聲空化的沖蝕作用。系統(tǒng)地研究了超聲振動(dòng)在微細(xì)電火花超聲復(fù)合加工中的作用機(jī)理，說明了在微細(xì)陣列電極、陣列孔的電火花加工中復(fù)合超聲頻振動(dòng)有利于提高加工穩(wěn)定性和加工效率以及改善加工表面質(zhì)量的原因。
　　研究

4、了微細(xì)電火花加工用微能脈沖電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，分析了微能脈沖電源的實(shí)現(xiàn)途徑，對(duì)高頻窄脈寬脈沖電源的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了較為深入的研究，設(shè)計(jì)了分頻電路，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)納秒級(jí)脈沖電源。同時(shí)在微細(xì)電化學(xué)加工中提出采用雙路場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)脈沖電源進(jìn)行改進(jìn)，消除了脈間維持電壓，使輸出電流更能符合微細(xì)電化學(xué)加工的需要，改善了加工能力和表面質(zhì)量。研究了超聲波發(fā)生器的工作原理，設(shè)計(jì)了超聲波放大器驅(qū)動(dòng)電路，通過對(duì)換能器參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了超聲換能器的串聯(lián)調(diào)諧。針對(duì)微細(xì)

5、電火花加工中單個(gè)脈沖放電能量小，放電狀態(tài)復(fù)雜且變化快等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)間隙電壓與充電電流雙參數(shù)檢測(cè)法，通過電壓信號(hào)和電流信號(hào)互補(bǔ)消除狀態(tài)檢測(cè)的不確定性，確定采樣點(diǎn)的放電狀態(tài)，提高了間隙狀態(tài)的判斷準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)了放電狀態(tài)檢測(cè)卡，在硬件上實(shí)現(xiàn)了間隙電壓與充電電流雙參數(shù)檢測(cè)法。
　　研究了RC脈沖放電的特點(diǎn)，根據(jù)充電常數(shù)，劃分了高中低三個(gè)檔次的門檻電壓和電流值，通過對(duì)間隙電壓和充電電流值的雙參數(shù)檢測(cè)來判斷極間放電狀態(tài)，避免了僅憑間隙電壓值判斷的

6、片面性，提高極間放電狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確性。根據(jù)微細(xì)電火花脈沖放電頻率遠(yuǎn)高于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)響應(yīng)頻率的特點(diǎn)，以各種相對(duì)放電率的統(tǒng)計(jì)規(guī)律作為控制系統(tǒng)的輸入，將模糊控制技術(shù)應(yīng)用到微細(xì)電火花加工中，根據(jù)相對(duì)放電率與正常放電率的誤差和誤差變化，結(jié)合微細(xì)電火花人工操作控制經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)了模糊控制規(guī)則，建立了模糊控制查詢表，在控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了模糊控制算法實(shí)驗(yàn)。結(jié)果證明，當(dāng)處于低電壓和小電流的微細(xì)電火花加工時(shí)，采用雙參數(shù)檢測(cè)模糊控制后，有效放電增多，脈沖利用率提高，從而

7、提高了加工效率，同時(shí)減小了電極的相對(duì)損耗率。
　　在電火花反拷加工中，采用正交試驗(yàn)方法分析了加工電壓、回路電容、陣列電極間距和振動(dòng)振幅等工藝參數(shù)對(duì)陣列電極制作的加工效率的影響規(guī)律。在理論分析和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，加工出了5×5的直徑約為Φ30μm的陣列電極，并用此陣列電極加工出了5×5直徑約為Φ40μm陣列孔。通過對(duì)陣列電極加工陣列孔加工效率和單電極加工陣列孔的加工效率的比較，得出了用陣列電極加工比用單電極加工具有更高的加工效率的結(jié)

8、論。對(duì)微細(xì)陣列電極陣列孔的電火花/電解組合加工工藝進(jìn)行了分析和研究。用微細(xì)電火花線切割加工機(jī)床加工出10×10系列方形陣列電極，單電極邊長(zhǎng)在30μm以下，中心間距為70μm，長(zhǎng)0.6mm，表面質(zhì)量較好。通過微細(xì)陣列電極電解加工微細(xì)陣列孔，在加工過程中采用適度循環(huán)流動(dòng)工作液方法很好的解決了排屑和加工區(qū)溫度過高等等難題，獲得了質(zhì)量較好的、大小約為100μm的陣列孔。從而實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模微細(xì)陣列電極陣列孔的電火花/電解組合加工，為大規(guī)模微細(xì)陣列電