納秒脈沖在微細(xì)電解加工中的應(yīng)用學(xué)生：樊曼學(xué)號(hào)：10721175導(dǎo)師：汪希平目錄微細(xì)電解加工原理、發(fā)展現(xiàn)狀影響微細(xì)電解加工精度的因素

納秒脈沖在微細(xì)電解加工中的應(yīng)用

結(jié)束語(yǔ)參考文獻(xiàn)1.微細(xì)電解加工原理、發(fā)展現(xiàn)狀1.微細(xì)加工

在微細(xì)加工范圍內(nèi),應(yīng)用特殊方式加工得到高精度、微小尺寸零件的加工方法。容易在工件材料上產(chǎn)生熱影響層和熱變形區(qū)電火花和激光加工只適合加工硬脆材料,加工面太窄效率又低超聲波加工需在真空中進(jìn)行,設(shè)備成本高聚焦離子束加工3.微細(xì)電解加工常用的電解質(zhì)

電解液可分為中性鹽溶液、酸性溶液、堿性溶液三大類。最常用的有NaCl、NaNO3、NaClO3等。當(dāng)加工材料時(shí)，被加工材料接正極，工具電極接于負(fù)極?；瘜W(xué)反應(yīng)如下：工件陽(yáng)極：工件陰極：1.微細(xì)電解加工原理、發(fā)展現(xiàn)狀1.微細(xì)電解加工原理、發(fā)展現(xiàn)狀4.微細(xì)電解加工的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：高的加工效率,良好的成形精度,容易對(duì)材料的去除進(jìn)行控制,適合加工的材料范圍廣,不需考慮工件材料的強(qiáng)度、硬度等機(jī)械特性,加工過(guò)程工具無(wú)磨損,工件上不產(chǎn)生應(yīng)力缺點(diǎn)：電化學(xué)反應(yīng)的定域性較差。電解液對(duì)設(shè)備有腐蝕作用，電解產(chǎn)物難以處理和回收，故應(yīng)采取防護(hù)措施。5.微細(xì)電解加工研究現(xiàn)狀1.微細(xì)電解加工原理、發(fā)展現(xiàn)狀1Kozak和Rajurkai等研究了成型電極上不同形狀特征電解加工的復(fù)制精度，并利用簡(jiǎn)單柱狀電極的數(shù)控運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了成形加工，如圖所示。加工間隙被控制在20μm。2清華大學(xué)的李勇教授等根據(jù)這種間隙控制的方法，利用側(cè)壁絕緣Φ180μm的工具電極加工出Φ220μm，深300的微孔，側(cè)面加工間隙控制在20μm。3南京航空航天大學(xué)的徐惠宇等針對(duì)微細(xì)電解加工的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)研制了微細(xì)電解加工機(jī)床，利用專用夾具和專用陰極加工出了具有輻射狀微細(xì)群縫結(jié)構(gòu)的工業(yè)產(chǎn)品。2.加工精度和穩(wěn)定性2.1脈沖寬度對(duì)加工的影響2.影響微細(xì)電解加工精度的因素隨著脈沖寬度的減小，工具電極和工件之間的側(cè)面間隙由15μm減小至7.5μm，加工精度越來(lái)越高。2.2占空比對(duì)加工的影響2.影響微細(xì)電解加工精度的因素

占空比為1：10時(shí)，微細(xì)電化學(xué)加工的定域蝕除能力較強(qiáng)，側(cè)面加工間隙只有10μm左右，加工精度較高2.3電壓幅值對(duì)加工的影響2.影響微細(xì)電解加工精度的因素可看出4V電壓加工時(shí)，加工區(qū)周圍基本無(wú)雜散腐蝕，微槽的側(cè)壁垂直度較好；電壓幅值增大為5V后，微槽的周圍開(kāi)始出現(xiàn)雜散腐蝕，加工區(qū)的表面質(zhì)量變差，定域蝕除能力降低，雜散腐蝕程度增加。2.影響微細(xì)電解加工精度的因素綜合以上影響微細(xì)電解加工加工速度、精度、表面質(zhì)量及加工效率的因素可知,要使微細(xì)電解加工得以進(jìn)行,必須具備的條件有：具備的條件加工電壓要低加工電流要小電解液的濃度要低電解液的流動(dòng)速度和壓力要低脈沖電源的脈寬盡量窄工件材料的金相組織要細(xì)微均勻3.納秒脈沖微細(xì)電解加工1.納秒脈沖實(shí)現(xiàn)微細(xì)電化學(xué)加工的作用及機(jī)理

由于電化學(xué)反應(yīng)的雜散腐蝕現(xiàn)象，造成其加工的定域性較差。因此，要想實(shí)現(xiàn)微細(xì)電解加工，必須要解決好定域性的問(wèn)題。電極/溶液界面通電后的變化過(guò)程示意圖3.納秒脈沖微細(xì)電解加工電極暫態(tài)的加工模型3.納秒脈沖微細(xì)電解加工（2）納秒脈沖微細(xì)電化學(xué)加工提高加工定域性的根本原因就是：使加工區(qū)和非加工區(qū)的極化過(guò)電位產(chǎn)生顯著差別，從而影響工件材料在不同區(qū)域的溶解蝕除量。

因此，在外加納秒脈沖電源作用下，選用合適的加工脈沖參數(shù)：，

可以使加工區(qū)過(guò)電位高于分解電位，電流密度大，工件材料的電化學(xué)蝕除量大；非加工區(qū)的過(guò)電位低于分解電位，電流密度小，幾乎不發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。從而顯著增強(qiáng)定域蝕除能力，減小影響加工精度的雜散腐蝕，實(shí)現(xiàn)微米級(jí)的電解加工。3.納秒脈沖微細(xì)電解加工3.納秒脈沖微細(xì)電解加工

2.納秒脈沖微細(xì)電解直寫(xiě)加工試驗(yàn)臺(tái)在實(shí)現(xiàn)微型腔的納秒脈沖電化學(xué)加工基礎(chǔ)上，可以將CAD/CAM技術(shù)引入微細(xì)電化學(xué)加工試驗(yàn)中，利用CAD/CAM軟件先設(shè)計(jì)微型圖案，再由數(shù)控加工模塊生成NC加工代碼，控制微細(xì)電化學(xué)加工機(jī)床進(jìn)行三維或二維運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)微細(xì)電化學(xué)直寫(xiě)加工。

3.納秒脈沖微細(xì)電解加工2.2微細(xì)工具電極的制作Anode：Cathode：

右圖是用直徑300μm的鎢絲在5V的電壓條件下，1.5mol/L的KOH溶液中所制作的工具電極，前端部分長(zhǎng)400μm，直徑10μm，后端直徑300μm的部分用于裝夾。3.納秒脈沖微細(xì)電解加工2.3微細(xì)電解加工的控制系統(tǒng)加工間隙是決定電解加工的主要因素，在微細(xì)電解加工中，極間間隙只有幾微米。數(shù)據(jù)處理和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用PC810工控機(jī)和NI公司的PCI-7344多功能控制卡，以實(shí)現(xiàn)x–y–z三個(gè)方向加工進(jìn)給的反饋控制，從而保證加工進(jìn)給時(shí)0.08μm/步的運(yùn)動(dòng)精度。PCI-7344控制卡的模擬量輸入通道用于采集加工回路的電流信號(hào)，通過(guò)對(duì)所采集信號(hào)的數(shù)據(jù)處理，判斷加工狀態(tài)。然后，利用兩個(gè)模擬量輸出通道分別控制納秒脈沖電源和電解液泵的啟動(dòng)(或停止)。下圖所示是在10μm厚鎳片上加工的“NUAA”字形孔的原理裝置。加工電壓為3.8V，脈寬為40ns,頻率為2MHz?！癗UAA”字形孔寬度為60μm，寬度為20μm，字母線條的寬度為20μm左右。

3.納秒脈沖微細(xì)電解加工4.結(jié)束語(yǔ)通過(guò)介紹了微細(xì)電化學(xué)反應(yīng)的的原理以及特點(diǎn)，從而引出了微細(xì)電化學(xué)加工特有的優(yōu)越性。通過(guò)設(shè)置脈沖電源的脈沖寬度、加工速度和輸出電壓等參數(shù)，并根據(jù)加工電流實(shí)時(shí)檢測(cè)加工狀態(tài)，顯著提高電化學(xué)反應(yīng)的定域性，實(shí)現(xiàn)了微米級(jí)的電化學(xué)加工。利用微細(xì)電解加工系統(tǒng)，進(jìn)行了典型微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工試驗(yàn)，得到了很高的加工精度。

因此，納秒脈沖微細(xì)電化學(xué)加工方法為特殊性能材料的微細(xì)加工提供了新的加工途徑，為特種加工技術(shù)開(kāi)拓了新的發(fā)展方向。五.參考文獻(xiàn)[1]ZhaoyangZhang,DiZhu,NingsongQu,KunWang,ELECTOCHEMICALMACHININGOFMICRO-STRUCTURESWITHNANOSECONDPULSES,ProceedingsofMNC2007MicroNanoChina07January10-13,2007,China.[2]黃宗南.先進(jìn)制造技術(shù)[M].上海交通大學(xué)出版社，2010[3]彭思平,徐家文,李穎,楊倩.微細(xì)電解加工機(jī)理探討[J]，電加工與模具，2005年第2期[4]張朝陽(yáng)，納秒脈沖電流微細(xì)電解加工技術(shù)研究[D]，南京：南京航空航天大學(xué)，2006年12月[5]李洪友，江開(kāi)勇，田磊，陳向智.CAD/CAM的電化學(xué)微細(xì)加工技術(shù)[J]，華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005年4月[6]張朝陽(yáng),朱荻,王明環(huán).納秒脈沖微細(xì)電化學(xué)加工的理論及試驗(yàn)[J]，機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007年1月[7]B.Bhattacharyya*,S.Mitra,A.K.Boro，Electrochemicalmachining:newpossibilitiesfor