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超声频振动复合脉冲电解微精加工机理及试验研究

王占和  
【摘要】: 随着科技发展,高新技术产品日益趋向集成化、超精密化和小型化。面向精密微机电系统器件的微细加工技术已经成为各国研究热点,它决定机械产品的加工精度和表面质量,成为衡量一个国家制造业整体水平的重要标志之一。 本文概述了微细加工技术研究应用现状,分析了微细电解加工及超声电解复合微细加工的国内外研究现状,为解决导电性硬韧难切削材料的加工难题,提出了超声频振动复合脉冲电解微精加工新技术构想,进而提出本文研究工作内容。 论述微细超声加工、微细电解加工、脉冲电解加工原理、特点以及工艺特性,分析了超声频振动复合脉冲电解微精加工的可行性和加工机理,重点进行了超声频振动复合同步脉冲电解的机理分析,阐述超声频振动复合脉冲电解微精加工技术优势。 构建并完善加工参数可较大范围调节的超声频振动复合脉冲电解微精加工系统,可实现超声频振动复合低电压、“静液”方式电解微精加工;进行超声频振动与脉冲加电电解同步方式电路设计,可实现超声频振动与电解加电脉冲同步,进一步提高加工精度。 应用于微细制造领域的加工工具尺寸微小,制作精度要求高,难度大。因此微小阴极工具头的设计制作是超声频振动复合脉冲电解微精加工的关键技术难点之一。本文设计多种截面形状的微细阴极工具头,用电火花“反拷+平动”、套料、内外面转换等组合电加工技术成功制作出微细阴极工具头,可满足复合微细加工试验要求。 对硬质合金YT15和YG8、不锈钢304、单晶硅片、压电陶瓷、玻璃钢等材料进行了单一超声加工试验及分析;进行超声频振动复合电解过程机理研究;在机理试验研究基础上,进行多参数(脉冲电压、电解液质量分数等)超声频振动复合脉冲电解微精加工对比试验与分析;优化加工参数,进行超声频振动复合同步脉冲电解微精加工多种微结构试验。结果表明:超声加工是加工非金属硬脆材料的一种有效方法,但对硬韧金属材料加工效率很低,且工具相对损耗较大;超声频振动复合脉冲电解微精加工效率高、表面质量好,工具相对损耗小,而复合同步电解微精加工在保持加工效率的基础上,具有更好的加工精度和表明质量,因此超声频振动复合脉冲电解是加工导电性硬韧金属材料的一种理想方法。 最后对超声频振动复合脉冲电解微精加工工艺特性进行分析、总结,提出现有工艺方案存在的问题及完善的措施,并对后续研究工作提出了设想和展望。


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