【摘要】：隨著微電子、半導(dǎo)體和航空航天等領(lǐng)域科技的發(fā)展,工業(yè)陶瓷、光學(xué)玻璃等難導(dǎo)電硬脆材料逐漸起著越來越重要的作用。石英、陶瓷等硬脆材料具有獨特的物理性能,如高硬度、高熔點以及高脆性等,且相較于常見的金屬材料,它們還具有難導(dǎo)電、低膨脹系數(shù)、耐磨損和與有機體相容等優(yōu)勢,所以硬脆材料的應(yīng)用十分廣泛。電化學(xué)放電加工(ECDM)方法在難導(dǎo)電硬脆材料的微細加工方面具有巨大優(yōu)勢,該方法不需要復(fù)雜的設(shè)備,加工成本低,而且加工過程中無機械力,具有良好的加工柔性,通過調(diào)節(jié)加工參數(shù)條件,能夠獲得良好的加工質(zhì)量。因此,本文展開了針對該加工方法的機理研究和實驗研究。首先,針對微細電化學(xué)放電線切割加工方法,分析了加工過程中,氣膜的形成過程、放電加工過程以及放電能量的分配渠道等,并使用ANSYS軟件對單次放電傳熱進行了建模仿真,通過高速攝像機對加工過程進行了觀察分析。發(fā)現(xiàn)放電的發(fā)生是高效蝕除材料的前提,且實際加工的放電凹坑小于仿真結(jié)果。主要原因是一部分能量會作用于放電通道附近的電解液。當加工工件以SiO_2為主要成分,且堿性溶液作為電解液時,化學(xué)反應(yīng)也是材料去除的主要原理之一,所以加工表面存在很多溝渠現(xiàn)象。其次,搭建了基于電極絲與工件之間的接觸力為反饋信號的控制進給的電化學(xué)放電線切割加工(WECDM)實驗平臺,建立了電極絲與工件之間的力與位移的模型分析,并在該實驗平臺上采用潤濕的供液方式對石英材料進行了加工實驗,探究了不同電壓類型、進給速度、接觸力等加工參數(shù)對加工效果的影響規(guī)律。在該實驗平臺上加工得到的微槽槽寬約180μm,表面均勻,且相對于開環(huán)控制進給方式,減少了過切現(xiàn)象,驗證了基于力信號反饋控制進給方式的實用性和穩(wěn)定性。在以上搭建的實驗平臺上,通過分析材料蝕除的三個階段,分別提出了“進給-靜止-回退”控制策略和基于PID算法的控制策略,并對進給軸速度和力信號進行了采集分析,通過調(diào)節(jié)PID參數(shù),達到了較好的控制效果。相對于前者,PID算法控制策略下的進給軸速度波動范圍變小,進給更加平穩(wěn)。從石英玻璃的加工實驗中可以看出,開環(huán)控制加工到深槽區(qū)域時,會出現(xiàn)壓絲狀況,導(dǎo)致加工無法繼續(xù),且加工表面質(zhì)量不佳;“進給-靜止-回退”控制策略下,加工效率隨著加工深度的增加而逐漸降低;而基于PID算法的控制策略下,加工效率較為穩(wěn)定,且運用PID算法的控制策略可以有效提高加工效率,顯著改善加工表面質(zhì)量。針對電化學(xué)放電線切割加工方法,設(shè)計了基于力信號反饋控制進給的模糊控制系統(tǒng),以加工過程中的力反饋信號以及其變化率作為輸入,根據(jù)加工實驗制定了模糊控制規(guī)則,將進給軸的進給速度作為輸出,并使用MATLAB軟件對該系統(tǒng)進行了仿真。在此基礎(chǔ)上,將模糊控制系統(tǒng)應(yīng)用到了閉環(huán)控制進給的WECDM加工平臺上,并進行了微槽加工實驗。相較于PID算法控制,模糊控制系統(tǒng)有效的改善了微槽兩側(cè)的過切現(xiàn)象,加工得到的工件槽寬約160μm,且加工效率提高了大約五倍,驗證了模糊控制策略在電化學(xué)放電線切割加工過程中的實用性。
【圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論及意義、半導(dǎo)體和航空航天等領(lǐng)域科技的發(fā)展，工業(yè)陶瓷、光學(xué)玻著越來越重要的作用。因為石英、陶瓷等硬脆材料具有獨特點以及高脆性等，且相較于常見金屬材料，它們還具有難導(dǎo)與有機體相容等優(yōu)勢，故硬脆材料的應(yīng)用十分廣泛，圖 1-材料在工業(yè)上的一些應(yīng)用。料特殊的物理性能，使得其機械加工變得困難。因為傳統(tǒng)的削等，，在加工過程中存在宏觀切削力，因此很難實現(xiàn)微小零是特種加工方法應(yīng)運而生[1]。

江南大學(xué)碩士學(xué)位論文理、氣膜的形成與厚度特征、放電強度等過程上；工藝參數(shù)方面主要包括電源參數(shù)、電解液種類和濃度、工具電極的形狀和轉(zhuǎn)速以及進給控制方法等；加工對象包括陶瓷、石英、復(fù)合材料等[18]。圖 1-3 為應(yīng)用電化學(xué)放電加工方法對非導(dǎo)電硬脆材料進行加工得到的微型工件。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB30

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本文編號：2638856