【摘要】：非導(dǎo)電硬脆材料由于其優(yōu)異的性能:高硬度、高強(qiáng)度、耐磨性好、絕緣和導(dǎo)熱性能等,被越來(lái)越廣泛的使用在各種工程領(lǐng)域,特別是隨著微機(jī)電系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展,各種非導(dǎo)電硬脆材料微結(jié)構(gòu)被大量應(yīng)用于航空航天、汽車電子、生物醫(yī)療、國(guó)防科技等領(lǐng)域。由于非導(dǎo)電硬脆材料本身的屬性,導(dǎo)致其微結(jié)構(gòu)的加工非常困難。電解電火花加工技術(shù)已經(jīng)被報(bào)道是一種經(jīng)濟(jì)有效的非導(dǎo)電硬脆材料微結(jié)構(gòu)加工方法,可以克服其硬脆及非導(dǎo)電特性。針對(duì)非導(dǎo)電硬脆材料微結(jié)構(gòu)的巨大需求,本文選取玻璃作為研究對(duì)象,利用微細(xì)電解電火花加工技術(shù)進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)研究,主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)對(duì)電解電火花加工機(jī)理進(jìn)行了深入分析,對(duì)其"電介質(zhì)"—?dú)饽さ男纬蓹C(jī)理和材料去除機(jī)理進(jìn)行探討,認(rèn)為工具電極放電熱去除和高溫加速化學(xué)反應(yīng)去除是其材料去除的主要方式。根據(jù)加工機(jī)理及試驗(yàn)要求,搭建了微細(xì)電解電火花加工試驗(yàn)平臺(tái)。(2)建立了微細(xì)電解電火花鉆銑削加工的間隙流場(chǎng)仿真模型,仿真結(jié)果表明,高速旋轉(zhuǎn)的螺紋型工具電極對(duì)間隙流場(chǎng)中電解液的更新有非常重要的作用;建立了微細(xì)電解電火花鉆銑削加工中能量和側(cè)面加工間隙的數(shù)學(xué)模型,分別試驗(yàn)研究了主要工藝參數(shù)對(duì)加工定域性的影響,加工定域性由側(cè)面加工間隙表征。研究結(jié)果表明,隨著電壓和占空比的增大,加工定域性變差;隨著脈沖頻率和進(jìn)給速度的增大,加工定域性得到提高。利用優(yōu)化的工藝參數(shù)在玻璃工件上鉆削出微孔陣列、銑削出微槽陣列,加工出深小孔、復(fù)雜微流道、三維臺(tái)階等玻璃微結(jié)構(gòu)。初步討論了超聲振動(dòng)的電解液對(duì)鉆孔加工效果的影響,發(fā)現(xiàn)超聲振動(dòng)電解液可以獲得更好的入口加工質(zhì)量。(3)提出一種旋轉(zhuǎn)電極微細(xì)電解電火花切割加工方法,建立了該方法的間隙流場(chǎng)仿真模型,仿真結(jié)果表明,該方法可以有效提高切割加工間隙中的電解液更新。建立了使用該方法加工中能量和側(cè)面加工間隙的數(shù)學(xué)模型,并試驗(yàn)研究了各工藝參數(shù)對(duì)加工定域性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著電壓、占空比和電解液濃度的增高,加工定域性變差;隨著脈沖頻率、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的增加,加工定域性變好。對(duì)玻璃材料進(jìn)行切割加工試驗(yàn),選用優(yōu)化的參數(shù)加工出微縫陣列,成功加工出多個(gè)典型玻璃微結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果證明,本文提出的旋轉(zhuǎn)電極切割方法可以有效加工玻璃微結(jié)構(gòu)。本文分別利用微細(xì)電解電火花鉆銑削及切割加工方式研究了主要工藝參數(shù)對(duì)加工定域性的影響,加工出微孔、微槽、微縫陣列,鉆削出玻璃深小孔,銑削加工出復(fù)雜微流道、三維臺(tái)階結(jié)構(gòu)。利用本文提出的旋轉(zhuǎn)電極切割方法加工出許多典型玻璃微結(jié)構(gòu),獲得了良好的加工效果。
[Abstract]:Non-conductive hard brittle materials are more and more widely used in various engineering fields, especially with the rapid development of MEMS, because of their excellent properties, such as high hardness, high strength, good wear resistance, insulation and thermal conductivity, etc. All kinds of non-conductive hard-brittle materials are widely used in aerospace, automotive electronics, biomedicine, defense science and technology and so on. Due to the properties of non-conductive hard brittle materials, it is very difficult to process the microstructure. Electrolysis EDM (EDM) has been reported to be an economical and effective method for micro-structure machining of non-conductive hard brittle materials, which can overcome its hard-brittle and non-conductive characteristics. In order to meet the great demand for the microstructure of non-conductive hard brittle materials, a series of experiments were carried out in this paper by using the micro-electrolysis EDM (EDM) technology, and glass was selected as the research object. The main research contents are as follows: (1) the mechanism of EDM is analyzed, and the mechanism of dielectric film formation and material removal are discussed. It is considered that the main ways of material removal are tool electrode discharge electrothermal removal and high temperature accelerated chemical reaction removal. According to the machining mechanism and test requirements, a micro-electrolysis EDM test platform is set up. (2) the simulation model of gap flow field in micro-ECEDM milling is established, and the simulation results show that, The threaded tool electrode with high speed rotation plays an important role in the renewal of electrolyte in the gap flow field, and the mathematical model of energy and side machining gap in micro electrolysis EDM milling is established. The effects of main process parameters on machining localization were studied respectively. The processing localization was characterized by side machining clearance. The results show that the processing localization becomes worse with the increase of voltage and duty cycle, and increases with the increase of pulse frequency and feed speed. The optimized process parameters are used to drill out the microporous array on the glass workpiece, milling the microgroove array, and machining the glass microstructures such as deep holes, complex microchannels, three-dimensional steps, and so on. The effect of ultrasonic vibration electrolyte on drilling efficiency is discussed. It is found that ultrasonic vibration electrolyte can obtain better quality of inlet machining. (3) A method of micro electrolysis EDM with rotating electrode is proposed. The simulation model of the gap flow field of this method is established. The simulation results show that the method can effectively improve the electrolyte renewal in the cutting gap. A mathematical model of energy and side machining clearance is established by using this method, and the effects of various process parameters on processing localization are studied experimentally. The experimental results show that with the increase of voltage, duty cycle and electrolyte concentration, the processing localization becomes worse, and with the increase of pulse frequency, spindle speed and feed speed, the processing localization becomes better. The glass material was cut and processed, and the optimized parameters were used to fabricate the microslot array, and several typical glass microstructures were successfully machined. The results show that the rotating electrode cutting method proposed in this paper can effectively process glass microstructures. In this paper, the effects of main technological parameters on machining localization are studied by means of micro electrolytic EDM drilling and cutting respectively. Microholes, microgrooves, microslot arrays, deep glass holes are drilled, and complex microchannels are machined by milling. Three dimensional step structure. Many typical glass microstructures have been fabricated by using the rotating electrode cutting method proposed in this paper, and good processing results have been obtained.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ171.68

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本文編號(hào)：2279921