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《南京航空航天大学》 2010年
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微细电解铣削加工技术的基础研究

刘勇  
【摘要】:随着科学技术以及微机电系统的发展,零件尺寸越来越趋于微小型化。从产品尺度特征来划分,通常将1-1000μm的系统称为微系统,其相对应的微细加工技术已成为各工业发达国家广泛关注和重点投入的研究热点。 微结构中的重要一类是金属微结构,产品微型化、精密化和高新技术产品的研制生产对微尺度金属复杂结构件加工技术有着迫切的需求。因此,发展针对微尺度的,具有三维加工能力、能够加工金属及其合金材料的微细加工方法已经成为当前微细制造领域迫在眉睫的研究课题。 本文结合微细电解加工技术和微机械铣削的基本思想,提出一种新的微细加工方法:微细电解铣削加工。原理上阴极电极不会损耗,采用微米级直径的柱状电极,可加工出数微米至数十微米尺度的复杂微结构件。提出的技术主要面向航空航天、精密仪器、生物医疗等领域。本文的主要内容包括以下几个方面: (1)建立了微细电解铣削加工的理论模型。在分析了纳秒脉冲电流微细电解加工基本原理的基础上,基于界面双电层理论,建立了微细电解铣削加工分步控制数学模型,为后续的加工试验提供了重要的理论指导,并对影响加工性能的因素进行了分析。 (2)搭建了一套三维微细电解铣削加工系统。该加工系统具备高分辨率低速微进给、三轴联动、高回转精度、短路检测与保护和绝缘抗振等功能,并基于Labwindows/CVI虚拟仪器平台开发了一套与机床硬件配套的三维微细电解铣削加工控制与检测软件系统。 (3)提出了在线制备两种微电极的新工艺。一是基于电化学刻蚀技术,提出了多阶柱状电极的制备方法,建立了多阶柱状电极的数学控制与预测模型,制备出一系列不同阶数的末段直径为10μm的柱状电极;二是利用单脉冲火花放电技术,通过控制放电能量,成功加工出了一系列微球头柱状电极,末端球形圆度好,并具有镜面级的表面粗糙度。最后,基于有限元电场仿真,分析了不同形状微电极的多种应用场合。 (4)进行了微细复杂结构的电解铣削加工工艺试验。在以高温合金GH3030为主的多种材料上进行了微细电解铣削加工工艺试验,分析了加工电压、脉冲宽度、脉冲周期、电极直径、电解液参数等对加工的影响规律。根据理论模型,应用了薄分层铣削策略,研究了铣削层厚度对起始点形状精度、加工稳定性及加工效率的影响。应用优化的参数成功加工出特征尺寸为5μm,形状精度高、表面质量好的微细三维微阶梯型腔和高精度的凹半球结构。 (5)利用旋转的微螺旋电极在高温合金GH3030上进行了微小结构的高速电解铣削加工工艺试验。重点研究了电极转速对加工精度、加工稳定性和表面粗糙度的影响。另外,分析了加工电压、脉冲宽度、电解液参数等对加工的影响规律。应用优化的参数成功加工出特征尺寸为40μm,形状精度高、表面质量好的典型微小结构。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG662

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘宇;基于亚微米工具电极的微细电解加工试验研究[D];南京航空航天大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 明平美;UV-LIGA-微细电火花加工组合制造技术基础研究[D];南京航空航天大学;2006年
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 宋馨来;微细电火花加工中的CAD/CAM技术研究[D];南京航空航天大学;2005年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 夏法锋;焦金龙;丁俊杰;苗亮;;超声波电沉积参数对Ni-SiC微铸件表面形貌的影响[J];兵器材料科学与工程;2012年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 耿秋菊;周荣明;印仁和;郁祖湛;;冷轧钢板表面电解涂覆薄层二氧化硅过程的研究 Ⅱ.机理研究[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
3 耿秋菊;周荣明;印仁和;郁祖湛;;冷轧钢板表面电解涂覆薄层二氧化硅过程研究 Ⅰ.电解工艺对表面涂硅量的影响[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
4 孙建军;谢步高;;半导体芯片铜线工艺中的添加剂作用机理研究进展[A];2007(第13届)全国电子电镀学术年会暨绿色电子制造技术论坛论文集[C];2007年
5 宋辉;徐献芝;朱梅;李芬;;三种极化作用下多孔电极单孔模型的计算[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(二)[C];2007年
6 余群;李战华;;不同壁面材料微管道中的电渗速度测量[A];第七届全国实验流体力学学术会议论文集[C];2007年
7 贾晶晶;李敏;顾轶卓;王冀;张佐光;;E51环氧树脂固化过程表面张力测试方法与变化规律[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(上册)[C];2008年
8 徐加山;郭涛;孙宏明;郭航;;一种压电微驱动器的ANSYS仿真研究[A];第三届全国压电和声波理论及器件技术研讨会论文集[C];2008年
9 张圣卓;刘吉晓;李松晶;;采用无阀微泵的微调焦系统特性研究[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年
10 徐明;曹春昱;;相关因素对模拟OCC过程水封闭循环抄纸的影响研究[A];第十届中国科协年会论文集(二)[C];2008年
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1 周爱;蘸粘式光纤液体分析技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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1 黄江胜;改性茶叶对工业废水的吸附性能研究[D];安徽工程大学;2010年
2 李新义;红壤土壤腐蚀直接、连续监测技术的研究[D];南昌航空大学;2010年
3 梁静;钛合金精密腐蚀加工工艺及机理研究[D];南昌航空大学;2010年
4 黄国雅;电沉积法制备ZnSe薄膜[D];长春理工大学;2010年
5 李高飞;数控选区电沉积快速成型的成型质量研究[D];浙江理工大学;2010年
6 刘鸣;PTFE微孔膜物理亲水改性研究[D];浙江理工大学;2010年
7 陈里龙;金属电化学快速线切割技术研究[D];浙江理工大学;2010年
8 张锐;水刺非织造材料工艺参数与其保湿性之间的关系研究[D];浙江理工大学;2010年
9 苑海静;船用MEMS航姿测量系统算法研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 吴涛;陶瓷微细结构的生坯加工方法研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 唐勇军,胡富强,王振龙,赵万生;微细电火花加工技术的最新进展[J];电加工与模具;2005年S1期
4 王少华;朱荻;;微尺度线电极电解加工[J];航空学报;2009年09期
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7 王昆;朱荻;王明环;;微米尺度线电极的电化学腐蚀法制备[J];机械科学与技术;2006年09期
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10 朱荻,王明环,明平美,张朝阳;微细电化学加工技术[J];纳米技术与精密工程;2005年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 明平美;UV-LIGA-微细电火花加工组合制造技术基础研究[D];南京航空航天大学;2006年
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【二级参考文献】
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1 朱荻;张朝阳;明平美;曾永彬;王明环;;微细电化学加工技术的研究与发展[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
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6 张炜;成旦红;王建泳;郁祖湛;;ULSI铜互连中的电沉积铜的研究动态[A];2005年上海市电镀与表面精饰学术年会论文集[C];2005年
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1 刘勇;微细电解铣削加工技术的基础研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 聂雪磊;微槽群结构热沉内流动和复合相变传热机理及应用研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2012年
3 张春平;粗糙度对微细通道内流动与换热特性影响的实验研究与理论分析[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2007年
4 陈东芳;微槽群表面的喷雾冷却研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2010年
5 朱恂;速度滑移及温度跳跃区微尺度通道内的流动与换热[D];重庆大学;2002年
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1 于娟;微尺度结构表面上润湿性诱导的液体流动[D];江苏大学;2011年
2 于海燕;水平刻槽管壁面液体升膜非线性特性研究[D];中国海洋大学;2008年
3 孙艳;印刷配色中一种新型的墨层厚度控制方法的研究[D];郑州大学;2007年
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