基于多功能加工平台的微细电解加工工艺

利用多功能微细加工平台的微细电火花加工技术为微细电解加工在线制作微细电极,在低浓度钝化电解液、低加工电压和高频窄脉冲电流加工条件下,利用高速旋转工具电极和微电流密度下电解钝化作用,实现了微米级的微细电解加工.通过工艺实验,研究电压、电解液浓度和进给速度等参数对加工间隙的影响,优化工艺参数.在优化加工条件下,在厚为100μm的不锈钢薄片上微细电解钻削出65μm的微小孔.针对成型电极在微细加工中暴露出的缺点,提出了利用旋转微细电极像微铣刀一样进行微细电解铣削新工艺,加工出高精度型孔和悬臂梁等微结构.     

微细电解加工实验研究

针对微细电解加工中脉冲电源技术,电解液成分配比,以及加工间隙检测、控制等问题开展了微细电解加工技术的试验研究工作.首先讨论了微细电解加工的工艺特点和主要技术步骤,然后利用高频窄脉冲电源进行了加工实验.通过实验现象和实验结果的研究分析,提出了改进加工实验的方案,通过实验证明了本方案和技术路线的可行性,并获得了很好的微结构加工试验结果.通过微细电解加工实验的研究,为微细电解加工的生产应用提供了依据,显示出微细电解加工方法在金属零件微制造方面有着广阔的应用前景.     

UV-LIGA与微细电火花加工组合制造微细电解阵列电极

采用UV-LIGA与微细电火花加工组合技术制造大长径比微细阵列电极.先通过UV-LI-GA技术制作微细群孔工具电极,然后通过电火花套料加工制作大长径比微细阵列电极.选取优化的工艺参数:前烘110℃保持12h;三步后烘50℃保持5min、70℃保持10min、90℃保持30min;采用谐振式电火花电源,电压200V、峰值电流1.5A、脉宽3.2μs、脉间6.4μs、放电间隙12μm等,制备了直径85μm、长1.5mm,长径比达17.65的微细阵列电极.最后用制作出的微细阵列电极作为工具电极进行微细电解加工实验,在120μm厚不锈钢板上电解加工出直径150μm、形状均匀的微细阵列群孔结构.实验证明:UV-LIGA与微细电加工组合制造技术是一种可行的制作高深宽比微结构的方法;利用微细阵列电极进行电解加工,能实现高效和高精度加工.     

三电极微细电解加工脉冲电源

脉冲电源是实现微细电解加工的技术关键之一。该文基于钝化膜增厚过程分析,探讨抑气促溶机理,并设计一种具有脉间输出的三电极微细电解加工脉冲电源,利用辅助电极导入电解池的加工脉间完全去极化电流,完成界面加酸过程。微细阵列孔及微细槽的电解加工实验显示:采用三电极脉冲电源在中性NaNO3电解液中的微细电解加工,蚀除速率从两电极脉冲电源的3.21×10-4 mm3/s提高至6.62×10-4 mm3/s,有效地提高了加工效率;该电源在维持钝性电解液中加工定域性好和中性电解液的环保优势的同时,又具有偏酸性电解液中加工后表面质量高的优点,加工表面粗糙度Ra从0.52μm降至0.28μm。初步实验验证了具有脉间输出的三电极微细电解加工脉冲电源的可行性。     

微细电解线切割加工模型分析与试验研究

基于电化学原理,讨论微细电解线切割加工的机理,建立了加工的理论模型,得出微米尺度线电极进给速度的理论上限.通过电解线切割加工试验,分析各种加工参数对加工精度的影响规律,并加工出缝宽为20 μm左右的微型桨叶结构.试验结果表明,微细电解线切割加工技术能为特殊性能材料的微细加工提供有效的新途径.     

难加工合金微细通道电火花加工工艺规律研究

微细电火花加工技术因其非接触加工等显著特点,在难加工合金材料微细制造领域具有突出的优势与潜力．选择对加工性能影响较大的峰值电流、脉宽、脉间及电容4种电参数,开展了难加工合金微细通道电火花加工正交实验,并结合实验结果分析了电参数对加工时间和电极损耗的影响规律．最后,针对两个加工目标,采用多目标优化算法得到了最优电参数组合,并分别在不锈钢、殷钢、钛合金3种难加工合金材料上加工了微细通道．实验结果表明,放电参数对加工时间和加工效率具有显著影响,采用所提出的多目标优化方法可以在保证加工质量的同时有效提高加工效率．     

钛和钛合金表面TiO_2纳米管研究进展

综述了在钛及钛合金基体上制备自组装TiO2纳米管的研究进展.对影响纳米管形成的电解液组成、阳极电压、氧化时间、pH值等工艺参数进行了分析,阐述了纳米管形成机制及表面改性(纳米管表面的元素掺杂),介绍了TiO2纳米管在染料敏化太阳能电池、光裂解水制氢、生物医用等方面的应用前景.     

钛合金方孔电解加工多物理场耦合研究

为进一步提高电解加工的质量和精度,以钛合金方孔电解加工为对象,充分考虑了电解加工中电场、流场和温度场的相互影响关系,建立了钛合金方孔电解加工多物理场耦合模型,通过数值计算得到了多物理场耦合电解加工电位、深度、流速、气泡率和温度梯度的分布,探讨了各物理量随加工时间的变化规律,并开展了钛合金方孔电解加工试验,研究了不同的电解液入口压力对加工质量的影响规律.试验结果表明:电解加工是电场、流场和温度场相互耦合的过程;相同条件下不同加工时间的方孔轮廓实测值与理论计算值吻合得较好;随着加工时间的递增,加工的深度和锥角在变大,加工区域的流速降低、气泡率增加和温度梯度增大.     

双层模板电解加工工艺对LY12表面阵列微坑形貌的影响

针对铝合金(LY12)表面阵列微坑加工精度较低的现状,提出了采用双层模板电解加工铝合金(LY12)表面阵列微坑工艺.该工艺采用高电流密度的方法去除加工过程中的铝合金材料表面的点蚀现象,并使用非线性的硝酸钠溶液减小微坑的侧向腐蚀.通过对电流密度和电解液参数的合理优化,在铝合金工件表面得到形貌一致的阵列微坑.试验结果表明,在双层模板电解加工过程中,采用硝酸钠溶液作为电解液,并选取电流密度为25 A/cm2,可有效减小阵列微坑的侧向腐蚀,提高铝合金表面阵列加工的定域性.     

钛合金风扇叶片的数控加工工艺及模拟仿真

为解决钛合金材料加工较困难、工艺上选择数控加工参数难等问题,通过大量试验总结,优选数控加工参数,优化数控编程技术、刀具材料和参数,采用小切削量和高速球铣刀的数控加工方法,最后运用计算机辅助软件进行模拟仿真,其结果达到了零件的加工工艺要求。解决该难题的关键所在是:钛合金材料的特性、曲面造型方法、数控加工工艺、铣削方式等。     

激光打孔孔壁重铸层的电解去除工艺研究

针对激光加工微小孔存在重铸层和微裂纹的问题,利用电解后处理进行去除。研制了激光-电解复合加工实验系统,并在GH4169镍基高温合金上进行了电解去除激光打孔孔壁重铸层的工艺研究,主要分析了电解电流、NaNO3溶液浓度和脉冲电解参数对电解速率和重铸层去除效果的影响。实验结果表明:当电流密度大于13.8A/cm2时,电解速率与电流成正比例关系;恒流电解时,NaNO3溶液浓度对电解速率无影响,故可根据电流和电压确定其浓度;脉冲电解加工中低频宽脉冲、高频窄脉冲有利于电解速率的提高,且频率为1kHz,占空比为40%～60%的电解速率最大,这是由于脉冲电解加工中产生氢气压力波,对加工间隙的电解液起到了良好的搅拌作用,提高了电流效率,电解速率随之增大。通过合适的电解加工参数,实现了激光制孔孔壁重铸层的完全去除。     

超薄结构件的高频群脉冲电解加工工艺研究

针对超薄金属结构件的电解加工问题,阐述了高频群脉冲电解加工(HGPECM)的信号构成、加工过程中频率对反向电流的影响以及阴极设计方法,并进行了工艺实验验证. 实验结果表明:高频群脉冲能显著改善极间电解液流场特性并降低电极钝化而获得良好的加工效果;随主脉冲频率的升高,可明显改善加工质量,所获得的加工尺寸精度可达到30～40 μm,粗糙度0.30～0.35 μm的水平,证明高频群脉冲电解加工可成功应用于微小型零件的制造.     

阵列微坑的固态微细电解加工工艺试验

针对传统微细电解加工存在的不足,提出了一种固态微细电解加工方法.使用PEO与Na NO3制备固态电解质,其表面用热压印加工出复杂的微细形貌.研究了不同的加工电压、加工时间对于阵列微坑形貌的影响.研究表明在直流加工电压3,V、加工时间20,min的加工参数下,在阳极表面得到了6行6列形状精度较高的阵列微坑结构.固态微细电解加工方法提高了表面精度及加工质量,具有良好的发展前景和研究价值.     

超窄脉冲微细电解铣削加工机理和成型预测建模

采用超窄脉冲电源,利用简单圆柱工具电极在数控系统控制下,实现三维微细电解铣削加工.本文探索了低浓度Na Cl O3溶液、超窄脉冲的微细电解铣削加工机理,进行微细电解铣削加工成型预测建模,并进行基于超窄脉冲微细电解铣削加工试验.     

超短脉冲微细电解加工电源及工艺试验

脉冲电源是实现高精度电解加工的关键技术之一.文中研制了一种用于微细电解加工的超短脉冲--纳秒级脉冲电源,其最小稳定输出脉宽为100 ns,额定电流为1 A,占空比和频率均独立可调.该电源采用直流加斩波输出方案,直流部分采用稳压集成块调压.设计的高频信号发生器工作频率范围宽;驱动信号具有陡峭的上升和下降沿,为斩波器提供了良好的驱动保证.斩波主器件采用快速互补功率场效应管,解决了波形失真问题.文中还针对微细电解加工工艺的特点设计了快速保护电路,实现了高精度的微细电解加工.最后,利用该电源样机加工出典型微细零件,验证了电源的有效性.     

电解加工工艺参数优化仿真

针对电解加工复制精度难控制的问题,建立了工艺参数优化模型、优化目标和优化函数,采用有限元法求解电解液的温度和气泡率,得到加工间隙中电解液电导率分布,分析工件阳极表面电流密度变化和优化函数之间的规律,以优化参数加工提高精度。仿真结果显示:随加工电压的增加,阳极表面电流密度的平均值呈线性增加,其标准差先缓慢下降后迅速上升;随流速的增加,其平均值小幅上升,其标准差先迅速下降后缓慢上升。     

基于电化学溶解的电火花高速穿孔后处理工艺研究

为解决电火花加工因放电高温和出口间隙缺液而导致的小孔孔壁表面质量差、孔形精度低的问题,提出基于电化学溶解的电火花高速穿孔后处理工艺方法。通过流场仿真对比了螺纹管电极与圆柱管电极二者加工间隙内流速以及流速的矢量分布,并通过对照实验对仿真结果进行了验证,最后针对电解后处理的加工参数进行了优化。结果表明:相较于圆柱管电极,螺纹管电极能将侧面加工间隙内的轴向流速数值从27.17 m/s提高至52.29 m/s,这更有利于微小加工间隙内加工产物有效排出;小孔经过电化学二次处理后,其锥度降低了近38%,圆度误差约降低了32%,并且高温火花放电导致的孔壁表面缺陷大幅减少;最终获得的小孔精度最高时的电解后处理加工参数组合为电压幅值30 V、电解液质量浓度6 g/L、电解扩孔时间25 s。     

模板阴极电解加工群孔的成形规律

采用模板阴极进行电解加工群孔试验,探讨了模板阴极电解加工的成形规律,建立了反映实际加工过程的数学模型,并考虑非线性电解液的影响,利用参数化有限元分析技术对蚀除过程进行模拟和数值求解,最后进行了相应的试验验证.结果显示:仿真蚀除的深度和直径与实际加工的深度和直径相符;采用模板阴极双面电解加工方式可减小孔的锥度和缩短加工时间;模板阴极电解加工方式可低成本、高效率地在金属薄板上加工出群孔结构.     

微细电解加工的机理及实验

为研究微细电解加工的基本规律,根据电解加工的基本原理,建立了以电容模型为基础的数学模型.采用高频窄脉冲电源,电解加工主要是以暂态加工为主要过程,电容模型能够较准确地描述脉冲电解加工,对脉冲电解加工提供了公式依据.通过基础实验研究,得出加工间隙随着脉冲频率的提高而减小,加工电压越大加工间隙也越大,浓度低加工间隙也减小的结论以及带螺旋槽的电极排屑效果比圆形的效果更加快速.     

脱硫脱硝吸收液中硫酸铵电化学制备过硫酸铵的实验研究

尿素/氨混合溶液同时脱硫脱硝的循环吸收液中硫酸铵的含量达到82%,为了实现尿素/氨混合溶液同时脱硫脱硝的循环吸收液高效、高附加值的资源化回收,对硫酸铵电解过程中工艺参数的影响特性进行了实验研究.实验在自制的电解装置中进行,阴极采用钛板材料作电极,分别采用静态和动态方法,对硫酸铵电解过程中工艺参数如槽电压、反应物浓度、添加剂、反应时间等进行了考察.实验结果表明,在最优工况下最佳电流效率达到88.91%.较国内电解硫酸铵制备过硫酸铵的常见电流效率提高超过3%,验证了钛板为阴极在电解硫酸铵制备过硫酸铵中的可行性.同时通过对比发现,聚磷酸铵作为阳极添加剂具有可行性.