微细电解加工系统及其相关工艺的研究

【摘要】：电解加工是利用金属在电解液中可以发生阳极溶解的原理,将零件加工成形的,其材料的减少过程以离子的形式进行。由于金属离子的尺寸非常微小,因此这种微溶解去除方式使得电解加工技术在微细制造领域有着很大的发展潜力。研究和掌握微细电解加工的关键技术,研制开发微细电解加工系统,深入研究微细电解加工工艺,并结合制造业中大量存在的 meso scale(尺寸为几微米至几百微米)的微细结构,将微细电解加工用于实际工业应用研究,具有重要的现实意义。 本文作者独立研制了一种新型、实用的微细电解加工装备。采用双立柱龙门Π型-C 型复合结构布局,兼顾好的系统刚性、小型的系统结构和方便的操作维护性;采用主轴进给 Z 轴和旋转 C 轴的设计,拓展加工对象范围,能加工空间螺旋槽等结构;采用对称碳刷设计进行旋转工具电极引电,消除碳刷对旋转轴的径向压力,保证引电可靠;采用组合轴承座设计,可显著提高机床结构的刚性,减小主轴受外力作用时的变形。 本文作者独立研制了采用PC机控制的以PCI运动控制卡为核心的的半闭环控制系统,控制系统软件采用 LabVIEW 图形语言编写,根据微细电解加工的特点,以检测到的加工电流、加工电流变化率和加工电压变化率作为加工间隙控制的反馈,采用低电压实现精确的湿对刀,设计了常规恒速进给、周期对刀进给、周期退刀进给等不同的伺服运动方案,整个控制系统柔性化,可很好满足微细电解加工中的各种不同控制需求。 微细电解加工的工艺研究对于加工精度和加工质量至关重要。在所研制的微细电解加工系统基础上,作者提出采用表面带螺旋槽的旋转微阴极进行电解加工,实现了高加工速度,并且加工稳定性更好,加工微孔圆度更高。还研究了不同的阴极进给方式、不同电解液组成、不同的加工电参数、不同阴极布置方式等对微细电解加工精度、加工稳定性的影响,通过优化组合采用添加络合剂、脉冲电流、周期对刀等工艺手段,显著提高了微细电解加工过程的稳定性和加工精度。 作者提出采用片状阴极和丝状阴极进行窄缝的电解加工,并对比研究了二者在加工窄缝时对加工精度和加工稳定性的影响。在此研究基础上,选取实际