微細(xì)電解加工發(fā)展方向

微細(xì)電解加工發(fā)展方向第1頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月目錄超純水微細(xì)電解加工

微細(xì)電解群孔加工脈沖微細(xì)電解加工微細(xì)電解線切割加工電液束加工

第2頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電液束加工最早是GE公司在20世紀(jì)60年代研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片氣膜冷卻孔加工技術(shù)研發(fā)成功的。電液束加工是利用噴嘴噴出帶電的電解液進(jìn)行加工的一種微細(xì)電解加工方法。圖1.航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片中的橫向連通孔、干涉孔及深小孔第3頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖2.電液束加工示意圖電源：100-1000V高壓直流電解液：濃度一般為10%~25%，壓力一般為0.3MPa~1.0MPa機(jī)理尚不清楚陽(yáng)極金屬溶解+化學(xué)加工實(shí)際去除金屬量遠(yuǎn)>>電化學(xué)作用去除的金屬量(法拉第定律)+化學(xué)作用對(duì)金屬去除量的總和一般認(rèn)為，其材料去除是在高電位梯度和加工區(qū)域局部高溫條件下的電解作用、化學(xué)腐蝕和放電等多種因素復(fù)合作用電液束加工原理第4頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖3.電液束加工過(guò)程中輝光放電現(xiàn)象電解液在加工時(shí)產(chǎn)生的熱量作用下被氣化,在射流束和小孔孔壁之間的微小空氣間隙內(nèi)形成一層氣體膜，當(dāng)電壓達(dá)到一定數(shù)值,氣體膜被擊穿,形成了氣液接觸輝光放電。電液束加工原理第5頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖4.微小孔電液束加工系統(tǒng)裝置實(shí)物圖電液束加工原理第6頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電液束加工方式無(wú)進(jìn)給——電噴射加工孔徑不受電極尺寸限制，可加工出很小的孔電壓150-850V有進(jìn)給——電射流打孔可加工孔間距更小的孔電壓100V左右，電解液壓力更大，最大壓力1.4Mpa圖5.電噴射加工示意圖圖6.電射流打孔示意圖第7頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電液束加工工藝特點(diǎn)可達(dá)性好可實(shí)現(xiàn)無(wú)再鑄層、無(wú)微裂紋的小孔加工加工的孔進(jìn)出口光滑,,加工表面粗糙度值低(一般為3.2～0.8μm)可加工出更小的孔：送進(jìn)法-0.125mm,不送進(jìn)法-0.025mm無(wú)應(yīng)力，可切割薄壁零件圖7.電液束加工的深微孔（直徑40微米）第8頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超純水微細(xì)電解加工背景：傳統(tǒng)電解加工的電解質(zhì)具有腐蝕性

污染環(huán)境超純水電解加工是在常規(guī)電解加工原理的基礎(chǔ)上，利用超純水作電解液，并采用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換膜來(lái)提高超純水中氫氧根離子的濃度，使電流密度達(dá)到足夠去除材料的一種新型電解加工工藝方法。第9頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖8.傳統(tǒng)電解加工示意圖超純水電解加工用超純水作電解液用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換膜提高超純水中氫氧根離子濃度加工原理電流密度純水超純水（強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換膜）超純水（強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換接枝聚合纖維）第10頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖9.離子通過(guò)膜電位差與電流密度關(guān)系圖水解離理論分析1區(qū)：歐姆區(qū)，電流密度與電位差關(guān)系滿足歐姆定律2區(qū)：電流密度穩(wěn)定，為極限電流密度，電阻增大3區(qū)：過(guò)極限電流區(qū)域，水解離產(chǎn)生氫氧根離子和氫離子第11頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月加工影響因素超純水電解加工同常規(guī)電解加工一樣,電流密度受到電場(chǎng)強(qiáng)度、溫度及氣泡率等因素的影響,特別是氣泡率對(duì)于超純水電解加工的影響更大。圖10.超純水電解加工出通孔示意圖第12頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微細(xì)電解群孔加工微細(xì)群孔陣列：在工件材料上加工出的數(shù)目眾多、直徑微小、軸線與工件表面垂直、均勻分布排列成陣列的密集微小孔結(jié)構(gòu)。圖a.噴絲板圖b.精細(xì)金屬濾網(wǎng)、篩分網(wǎng)圖11.微小群孔結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例第13頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月群孔加工方法比較加工方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)精密機(jī)械加工生產(chǎn)效率、加工精度高；不受材料導(dǎo)電性能限制工具損耗；殘余應(yīng)力；變形激光加工不受材料硬度影響；速度快、效率高小孔表面粗糙度差、存在一定錐度；存在熱影響區(qū)，工件易變形翹曲LIGA加工取材比較廣泛、能制造出高深寬比的微結(jié)構(gòu)、可以制作復(fù)雜圖形結(jié)構(gòu)工藝過(guò)程繁復(fù)、準(zhǔn)備周期長(zhǎng)、設(shè)備昂貴電火花加工不受材料剛度和強(qiáng)度限制；對(duì)工具的剛度和強(qiáng)度要求低存在熱影響區(qū)，薄壁件容易變形；加工效率低電液束加工具有可達(dá)性、表面完整性好，無(wú)切削應(yīng)力定域性差，很難進(jìn)行微小孔的加工掩膜電解加工高品質(zhì)、無(wú)應(yīng)力膠膜不能重復(fù)使用，加工成本高表1.群孔加工方法比較第14頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陰極活動(dòng)模板電解加工原理圖12.陰極活動(dòng)模板電解加工原理示意圖電化學(xué)氧化還原反應(yīng)：陽(yáng)極（工件）表面金屬原子失電子成為陽(yáng)離子進(jìn)入電解液陰極表面氫離子得電子析出氫氣電解液高速流過(guò)，排出電解產(chǎn)物及熱量，保證加工正常進(jìn)行。第15頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陰極活動(dòng)模板電解加工原理圖13.陰極活動(dòng)模板雙面電解加工原理示意圖雙面電解的加工間隙變小電解液從兩側(cè)同時(shí)沖刷加工區(qū)域加工區(qū)域的深度只有單面加工的一半第16頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陰極活動(dòng)模板雙面電解加工特點(diǎn)工具電極無(wú)損耗加工效率高工具與工件不發(fā)生直接接觸，加工表面質(zhì)量好可加工材料范圍廣加工孔的錐度小可成型范圍寬(a)單面加工時(shí)所加工群孔

(b)雙面加工時(shí)所加工群孔

圖14.加工方式不同對(duì)群孔精度的影響

第17頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月加工精度影響因素加工間隙：增大加工間隙電解液：降低電解液濃度提高孔成形精度加工電壓：減小加工電壓第18頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月脈沖微細(xì)電解加工該工藝產(chǎn)生于20世紀(jì)80年代，荷蘭菲利浦公司采用此種工藝技術(shù)，成功研制出大批量加工此種類型的精密電動(dòng)剃須刀（右圖1）的全自動(dòng)流水生產(chǎn)線。脈沖微細(xì)電解加工是一種采用脈沖電流代替?zhèn)鹘y(tǒng)的連續(xù)直流電流的新型電解加工技術(shù)。圖15.荷蘭菲利浦公司脈沖電解加工電動(dòng)剃須刀的靜刀片第19頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月脈沖微細(xì)電解加工原理圖16.脈沖微細(xì)電解加工示意圖脈沖微細(xì)電解加工的基本原理就是以周期間歇供電代替?zhèn)鹘y(tǒng)的連續(xù)直流供電,使工件陽(yáng)極在電解液中發(fā)生周期斷續(xù)的電化學(xué)陽(yáng)極溶解。它利用脈間的斷電間歇去極化、散熱,使間隙的電化學(xué)特性、流場(chǎng)、電場(chǎng)恢復(fù)到起始狀態(tài)。這種瞬時(shí)的通、斷電過(guò)程導(dǎo)致電解加工間隙過(guò)程一系列物理、化學(xué)特性的改變，原理圖如右圖16所示.第20頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月脈沖微細(xì)電解加工實(shí)例圖17.直徑4μm的微細(xì)工具電極圖18.寬度10μm微槽采用電極直徑為4μm（圖17所示），電壓為4V，40ns脈沖寬度，2MHz脈沖頻率，0.05mol/L的HCl電解液加工出的微槽（圖18所示）。第21頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月脈沖微細(xì)電解加工藝特點(diǎn)

除了具有傳統(tǒng)電解加工特點(diǎn)，還具有以下自身的工藝特點(diǎn)微細(xì)電解加工由于加工尺寸微小，對(duì)加工設(shè)備的精度要求高，加工進(jìn)給速度很慢，且對(duì)進(jìn)給精度要求較高。由于加工面積小、材料去除量少，一般使用脈沖電源提供加工能量，常用占空比為0．1～0.5，因此加工效率低。微細(xì)電解加工為了有效控制工件材料的定域蝕除，脈沖電源的脈寬達(dá)到納秒甚至皮秒級(jí)，加工峰值電壓小于10伏，且加工間隙較小，電解液也采用濃度較低的鈍性溶液。第22頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月加工影響因素脈沖電源：減小脈沖寬度加工間隙：小間隙間，隙波動(dòng)控制在較小的范圍電極尺寸：直徑越細(xì)、長(zhǎng)徑比越大、圓柱度越好

電解液濃度：較低濃度有利于提高加工精度第23頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微細(xì)電解線切割加工是微細(xì)電解和線切割相結(jié)合的一種加工，利用金屬在電解液中發(fā)生電化學(xué)陽(yáng)極溶解的原理,通過(guò)線電極的數(shù)控運(yùn)動(dòng)將工件切割加工成形的。圖19.

微細(xì)電解線切割加工實(shí)例(國(guó)外)微細(xì)電解線切割第24頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖20.

加工原理圖圖21.

加工間隙狀態(tài)示意圖

微細(xì)電解線切割加工原理第25頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月懸臂梁結(jié)構(gòu)（縫寬160m，深寬比31）曲縫結(jié)構(gòu)（縫寬350m，深寬比57）實(shí)現(xiàn)了大深寬比結(jié)構(gòu)的電化學(xué)線切割（南航）花鍵結(jié)構(gòu)（縫寬160m，深寬比31）十字鍵結(jié)構(gòu)（工件厚度20mm）微細(xì)電解線切割