微細(xì)電解加工實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、電解加工（electrochemical machining，ECM）是一種利用金屬陽極電化學(xué)溶解原理將零件加工成型的特種加工方法。由于電解加工具有工具無損耗、加工材料范圍廣、加工后零件表面無變形和再鑄層等優(yōu)點(diǎn)，成為航空航天，兵器制造等國防工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。特別是電解加工以離子的形式對材料進(jìn)行去除的特點(diǎn)，使得其在微細(xì)加工中具有一定的發(fā)展?jié)摿?。本論文結(jié)合制造業(yè)中大量存在的尺寸為幾微米至幾百微米的微細(xì)結(jié)構(gòu)，對微細(xì)電解加工中關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)

2、行研究，如微細(xì)工具電極的制備、微細(xì)電解加工過程的控制與檢測、微細(xì)電解加工效率的提高、加工產(chǎn)物的排出、加工異型面等。 本文采用了四軸聯(lián)動的微細(xì)電解數(shù)控加工機(jī)床進(jìn)行。針對微細(xì)電解加工的特點(diǎn)，開發(fā)出一套微細(xì)電解加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括運(yùn)動控制部分、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與處理部分和電解液、電源系統(tǒng)等。系統(tǒng)充分考慮了微細(xì)電解加工中的間隙檢測與短路保護(hù)。通過低電壓短路對刀法可以準(zhǔn)確測量出加工中的間隙；采用周期循環(huán)對刀加工的方法，可以穩(wěn)定地將加工間隙控

3、制在較小的范圍內(nèi)（二十微米以內(nèi)），改善了微細(xì)電解加工的定域性，提高了加工的精度。實(shí)驗(yàn)過程中對加工中的電信號進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，同時(shí)控制系統(tǒng)根據(jù)采集到的信號作出快速反應(yīng)，避免了加工過程中短路以及火花現(xiàn)象的發(fā)生，提高了加工過程的穩(wěn)定性。 針對微細(xì)電解加工中微細(xì)電極難以制備的問題，本文基于電化學(xué)原理進(jìn)行了微細(xì)電極制備方法的工藝實(shí)驗(yàn)研究。選擇具有較高熱傳導(dǎo)性、導(dǎo)電良好和較高硬度的鎢為電極材料。通過對加工電壓的控制，制備出探針形狀和直徑均勻的微

4、圓柱體狀的電極，并對電極的成形規(guī)律進(jìn)行研究，得出其成形規(guī)律方程。論文同時(shí)分析了各加工工藝參數(shù)，如電解液濃度，電極浸入深度，通電方式等對微探針和微圓柱體電極成形的影響。加工出尖端尺寸微米級以下的探針和直徑尺寸3μm～幾十微米的微細(xì)圓柱體電極。 針對微細(xì)電解加工效率低的問題，本文進(jìn)行了微細(xì)群電極的制備研究。通過電極制備過程中工具陰極形狀的優(yōu)化，使陽極表面電流密度均勻，制備出直徑一致的微細(xì)群電極結(jié)構(gòu)。 在微細(xì)電極制備成功的基礎(chǔ)

5、上，本文以微細(xì)孔和微細(xì)群孔加工為研究對象，對微孔電解加工的性能進(jìn)行了研究，分析了不同的電極進(jìn)給方式、電解液組成、加工電參數(shù)和電極形狀等對微孔電解加工精度和加工穩(wěn)定性的影響。結(jié)果顯示，通過采用脈沖電解加工電源、帶有排屑槽的微螺旋電極、低濃度的電解液、低加工電壓等措施，可以改善微細(xì)電解加工的性能，加工精度、加工穩(wěn)定性和加工速度等都得到了明顯的提高。并根據(jù)分析優(yōu)化后的參數(shù)，以制備出的群電極為工具陰極進(jìn)行微細(xì)群孔的電解加工實(shí)驗(yàn)。 本文還

6、對渦輪葉片內(nèi)具有環(huán)形肋的冷卻通道（又名竹節(jié)孔）的加工方法進(jìn)行研究,提出采用成形工具電極進(jìn)行竹節(jié)孔電解加工的方法。工具電極為一管狀成形電極，其外表面采用電解加工的方法加工呈凹槽狀，經(jīng)過絕緣處理后作為工具電極使用。同時(shí)，提出了計(jì)算機(jī)模擬電解加工的方法，以獲得穩(wěn)定的電解加工工藝參數(shù)和較好的尺寸精度，通過設(shè)定不同的參數(shù)，對竹節(jié)孔的電解加工過程進(jìn)行模擬，并將模擬結(jié)果指導(dǎo)加工實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，提高了加工精度和效率。論文中還對竹節(jié)孔對航空發(fā)動機(jī)葉片換熱效果