模板電解加工群孔基礎研究及應用.pdf

1、在21世紀的航空航天、電子、儀器、紡織、印刷、醫(yī)療器械和汽車等工業(yè)領域中，以微小群孔為關鍵結構的零部件使用越來越廣泛，例如光纖連接器、噴絲板、電子顯微光柵、微噴嘴、過濾網(wǎng)，冷氣導管和印刷電路板等。目前，加工微小群孔的方法主要有：機械加工、激光加工、電火花加工、掩模電解加工和電子束加工。但這些加工方式或多或少均存在著一些問題，機械加工易產(chǎn)生內應力和毛刺；激光加工效率高，但其加工后的孔壁有再鑄層和微裂紋；在電火花加工中工具電極有損耗；掩模電

2、解加工工藝復雜。
　　 針對在金屬薄板上一次加工密集性群孔，本文提出了一種新穎的加工群孔技術，即模板電解加工技術。該技術為群孔加工提供了一種新的思路。
　　 本文圍繞模板電解加工技術進行了基礎研究，并利用該技術進行了航空發(fā)動機上導向葉片內前、后冷氣導管的加工，主要內容包括以下幾個方面：
　　 (1)提出了模板電解加工技術。該技術是基于電化學陽極溶解理論，利用模板的選區(qū)限制工件蝕除的區(qū)域，在工件上加工出與模板上圖案

3、相似結構的一種特種加工工藝。本文選用的模板是具有特定鏤空圖案的薄板，與工件相互獨立，兩者可分離。加工時，將具有某種圖案的模板緊貼于工件，并保持模板與工件之間無縫隙，防止電解液滲入到模板與工件之間，造成雜散腐蝕。該技術具有獨特的電流場特性，是一種簡單易行、低成本的金屬微結構制造技術。
　　 (2)根據(jù)模板電解加工的特點，構建了模板電解加工試驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括以下幾個部分：模板制作單元、電解液系統(tǒng)、夾具裝備和電源等，實現(xiàn)了快速、

4、有效地加工群孔，滿足了實際加工的需要。
　　 (3)根據(jù)電場基本理論，建立了三種加工方式(有導電層式模板電解加工、雙陰極式模板電解加工以及屏蔽式模板電解加工)的電場模型。基于該電場模型，利用有限元技術分析工件蝕除表面的電流密度分布規(guī)律，并對加工過程進行模擬和試驗驗證，優(yōu)選出加工精度最高的加工方式，即雙陰極式模板電解加工方式。在其基礎上，進一步探討了雙陰極式模板電解加工電參數(shù)和模板參數(shù)對加工精度的影響。
　　 (4)采用了

5、主動分流側流式雙向進液電解液流動方式。通過建立不可壓縮流場模型，對在正流/側流進液方式下加工區(qū)內的流速、壓力分布進行了分析和試驗驗證。與傳統(tǒng)正流式加工相比，分流正流式使加工區(qū)內流速分布更均勻，避免了中心區(qū)流速過低的現(xiàn)象。探討了主動式/被動式雙向進液側流加工區(qū)內的流場特性，結果表明主動式加工區(qū)內流速、壓力分布均勻、加工穩(wěn)定，加工出群孔孔徑一致性高。同時對具有蛇形流道的模板電解加工進行探討，對利用分塊式模板在大面積金屬薄板上加工密集性群孔進

6、行了可行性研究，并獲得了孔徑一致性較好的結構。
　　 (5)基于模板電解加工的特點，采用了輔助陽極法和增大模板上小孔開口角度的方法來提高孔的加工精度。過程分析和試驗表明，輔助陽極法加工有利于減小孔錐度，提高加工精度；模板上小孔的開口角度對工件蝕除形貌有較大的影響，增大模板上小孔的開口角度，可減小孔的錐度，大幅度提高孔徑的一致性。
　　 (6)模板電解加工技術應用于某型航空發(fā)動機上導向葉片內前、后冷氣導管的研制。針對冷氣導