本文選題：微細(xì)電解加工 + 三電極脈沖電源　； 參考：《清華大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：為解決高深寬比微細(xì)孔及微三維結(jié)構(gòu)電解加工中,定域性與效率間的矛盾,產(chǎn)物排除與電解液更新困難,加工間隙難以精密檢測等問題,本文從微細(xì)電解加工機(jī)理、基礎(chǔ)工藝及關(guān)鍵技術(shù)等方面,進(jìn)行了深入研究。從金屬/溶液界面處電化學(xué)反應(yīng)過程方面,深入研究加工表面電解產(chǎn)物的選擇性產(chǎn)生及其去除或減少對微細(xì)電解加工的影響規(guī)律,通過分析工件表面鈍化膜的增厚過程,提出了基于界面加酸過程的抑氣促溶微細(xì)電解加工機(jī)理,在不改變鈍性電解液的非線性特征和環(huán)保性的同時,有效提高了加工效率和工件表面質(zhì)量。根據(jù)微細(xì)電解加工的特征,分析了加工間隙與界面雙電層電容的變化規(guī)律,提出了基于雙電層電容的微細(xì)電解加工間隙檢測方法。利用工具電極/溶液界面上雙電層電容值隨加工間隙增大而單調(diào)遞增的變化關(guān)系,精確、快速地實(shí)現(xiàn)加工間隙的在線檢測,為實(shí)現(xiàn)微細(xì)加工間隙的精密檢測提供了一種新的技術(shù)途徑。研制了具有脈間輸出的三電極高頻脈沖電源,利用其輔助電極在加工脈間施加于工件/溶液界面的反向電流,完成了界面加酸,實(shí)現(xiàn)了抑氣促溶過程。并將抑氣促溶機(jī)理延伸應(yīng)用于超短脈沖電解加工中,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了三電極超短脈沖電源,通過在輔助電極、工具與工件之間,施加同步、等脈寬、等周期、不等幅的負(fù)脈沖超短復(fù)合電壓,完成加工過程,在導(dǎo)出部分陰極氣體的同時,蝕除量提高了13%。研究電解加工用微細(xì)電極的制備方法,提出了一種嵌套式微細(xì)中空電極的制備工藝,制備出前段加工用內(nèi)徑65μm、外徑130μm、長3.5mm左右、后段裝夾和連通用的嵌套式中空電極。并優(yōu)化微細(xì)中空電極長度,分析了其中的過流特性,確定供液壓力。在供液壓力為1.15MPa時,出口流速可達(dá)10m/s左右,解決了產(chǎn)物排除與電解液更新困難的問題,提高了微細(xì)電解加工效率和加工穩(wěn)定性。采用微細(xì)中空電極和三電極脈沖電源,進(jìn)行了高深寬比微細(xì)孔及微細(xì)槽電解加工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。優(yōu)化工藝參數(shù),分別在0.5mm厚的304不銹鋼和18CrNi8上,加工出直徑為175μm左右的、圓度較高、形狀一致性較好的高深寬比陣列微細(xì)孔,和寬為160μm左右、深220μm左右的、形狀精度及表面質(zhì)量較高的微細(xì)槽。通過高深寬比微細(xì)孔及微細(xì)糟的電解加工實(shí)驗(yàn)表明,采用本研究所提出的基礎(chǔ)工藝及方法,在兼顧定域性的同時,有效提高了加工效率、加工精度及表面質(zhì)量,為探索直徑在100μm~200μm、深寬比更大的變截面異形孔電解加工,打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
[Abstract]:In order to solve the problems such as the contradiction between localization and efficiency, the difficulty of product elimination and electrolyte renewal, and the difficulty of precision detection of machining gap in ECM with high aspect ratio and micro three-dimensional structure, the mechanism of micro-ECM is discussed in this paper. The basic technology and key technology are studied deeply. From the electrochemical reaction process at the metal / solution interface, the selective production of electrolytic products on the machined surface and the influence of the removal or reduction on the micro-ECM are studied in depth. The thickening process of the passivated film on the workpiece surface is analyzed. The mechanism of gas suppression and solubilizing micro-electrolysis machining based on the process of adding acid at the interface is proposed. The machining efficiency and the surface quality of the workpiece are improved effectively without changing the nonlinear characteristics and environmental protection of the blunt electrolyte. According to the characteristics of micro electrolysis machining, the change law of double layer capacitance between machining gap and interface is analyzed, and a method of measuring gap in micro ECM based on double layer capacitance is proposed. Based on the relationship between the capacitance of double electric layer on the tool electrode / solution interface and the increasing of machining gap, the on-line measurement of machining gap is realized accurately and quickly. It provides a new technical approach for the precision detection of micro machining clearance. A three electrode high frequency pulse power supply with interpulse output is developed. The reverse current applied to the workpiece / solution interface by its auxiliary electrode is used to complete the acid addition at the interface and the process of gas suppression and solubilization is realized. The mechanism of gas inhibition and solubilization is extended to ultrashort pulse electrolytic machining, and a three-electrode ultrashort pulse power supply is designed and realized. By applying synchronization, equal pulse width and equal period between auxiliary electrodes, tools and workpieces, a three-electrode ultrashort pulse power supply is designed and realized. The negative pulse ultrashort recombination voltage with different amplitudes completes the machining process and increases the etching amount by 13% while the partial cathode gas is derived. The preparation method of micro electrode for ECM was studied, and a nesting micro hollow electrode was proposed. The inner diameter, external diameter, 3.5mm length, inner diameter and outer diameter of front section were 65 渭 m, 130 渭 m, and about, respectively, and the nesting hollow electrode was fabricated with inner diameter of 65 渭 m and external diameter of 130 渭 m. The length of the micro hollow electrode was optimized and the overcurrent characteristics were analyzed to determine the supply pressure. When the supply pressure is 1.15MPa, the outlet velocity can reach 10m/s, which solves the problem of product elimination and electrolyte renewal, and improves the efficiency and stability of micro-electrolysis machining. The basic experiments of high aspect ratio micro hole and micro groove electrolytic machining were carried out by using micro hollow electrode and three electrode pulse power supply. The optimized process parameters were fabricated on 0.5mm thick 304 stainless steel and 18CrNi8, respectively, with a diameter of about 175 渭 m, high roundness and good shape consistency. The microholes with a width of 160 渭 m and a depth of 220 渭 m were fabricated, respectively. Fine grooves with high shape accuracy and surface quality. The experiments of ECM with fine holes and fine grains at high aspect ratio show that the basic technology and method proposed in this paper can effectively improve the machining efficiency, machining precision and surface quality while giving consideration to localization. A solid foundation has been laid for the exploration of ECM with a diameter of 100 渭 m ~ (200) 渭 m and a larger depth to width ratio.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG662

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本文編號：2072315