微細(xì)電火花沉積與去除可逆加工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、先進(jìn)制造技術(shù)的水平是決定國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代化進(jìn)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(guò)程。作為先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要分支，微細(xì)精密加工技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究受到了各國(guó)的高度重視。在這一背景下，微細(xì)電火花加工以其無(wú)宏觀作用力、加工單位小、可控性好等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為微細(xì)加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
　　以往對(duì)微細(xì)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(shí)的精度、效率和微細(xì)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(xì)電火花加工的機(jī)理及工藝特殊性出發(fā)，深入研究了微細(xì)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(diǎn)，確定了在同一加工系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)微細(xì)電火花沉積與去除可逆加工的可行性，進(jìn)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(xì)電火花沉積與去除可逆加工的實(shí)現(xiàn)條件和轉(zhuǎn)換策略。
　　分析了微細(xì)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(shí)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(chǎng)仿真模型。分析了工具電極蝕除的微觀過(guò)程，研究了放電通道中由于放電能量密度變化對(duì)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(xì)電火花沉積加工中的放電波形特點(diǎn)及對(duì)沉積材料成形的影響，并分析了其適用場(chǎng)合。
　　對(duì)微細(xì)電火花沉積加工的沉積材料特性進(jìn)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(guò)程中發(fā)生了微量氧化；硬度測(cè)試結(jié)果表明，45鋼、鎢沉積材料硬度相對(duì)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(qiáng)約為490Mpa，45鋼的沉積材料能承受的最大壓強(qiáng)約為1764Mpa，說(shuō)明微細(xì)電火花沉積加工方法能適用于微細(xì)支撐結(jié)構(gòu)的制作。
　　研究了微細(xì)電火花沉積加工微細(xì)結(jié)構(gòu)的沉積策略問(wèn)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(jìn)行工具電極實(shí)時(shí)補(bǔ)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(bǔ)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(jìn)行了微細(xì)電火花沉積加工實(shí)驗(yàn)，得到了加工效果較好的沉積樣件。
　　研究了微細(xì)電火花可逆加工方法制作微細(xì)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，建立了微細(xì)電火花可逆加工系統(tǒng)。提出了微細(xì)電火花可逆加工實(shí)現(xiàn)的具體工藝步驟，將其分

6、為微細(xì)工具電極的在線制作、微細(xì)電火花沉積加工工藝和微細(xì)電火花精微選擇性去除3個(gè)相互聯(lián)系的階段，形成了微細(xì)電火花可逆加工方法。利用微細(xì)電火花可逆加工工藝方法進(jìn)行了金屬微三維結(jié)構(gòu)的成功制作。在微細(xì)電火花選擇性去除加工過(guò)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(xì)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(zhǎng)度方法進(jìn)行