鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好的優(yōu)點(diǎn),在兵器制造、醫(yī)療器械、航空航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在這些領(lǐng)域應(yīng)用的鈦合金工件通常包含大量的精密微細(xì)結(jié)構(gòu),如人造種植體上的光滑微孔和微軸、燃料電池的流道和航空工業(yè)中渦輪葉片的散熱孔等。因?yàn)殁伜辖鸺庸るy度大(硬度大、強(qiáng)度高),微米級(jí)刀具剛度不足,所以鈦合金的微細(xì)結(jié)構(gòu)很難采用機(jī)械方法加工。微細(xì)電解加工基于電化學(xué)溶解去除多余材料,不受工件材料硬度等力學(xué)性能影響,因此尤其適合鈦合金微細(xì)結(jié)構(gòu)的精密加工。鈦合金的微細(xì)電解加工必須解決兩方面的關(guān)鍵技術(shù)問題:一是微細(xì)電解加工過程中必需的高精度微細(xì)電極的加工,二是鈦合金自鈍化特性劣化加工精度的問題。針對(duì)上述關(guān)鍵問題,本課題開展以下幾方面的研究工作:根據(jù)電極反應(yīng)過程中擴(kuò)散層的流動(dòng)狀態(tài),提出了利用準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)(瓊脂水凝膠)加工微細(xì)電極的方法。采用反拷法加工微細(xì)電極時(shí),液態(tài)擴(kuò)散層的流動(dòng)會(huì)劣化加工精度;準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)能夠抑制擴(kuò)散層流動(dòng),保證擴(kuò)散層均勻分布,電解加工出大長(zhǎng)徑比、小錐度的圓柱電極。通過單變量工藝實(shí)驗(yàn)研究主要工藝參數(shù)(極-液距離、占空比和脈沖峰值電壓)對(duì)加工效果的影響,并優(yōu)化工藝參數(shù)。針對(duì)鈦合金自鈍化特性,提出采用非水基電解質(zhì)——乙二醇基電解質(zhì)電解加工鈦合金微細(xì)結(jié)構(gòu)。對(duì)比鈦合金在水基電解質(zhì)和乙二醇基電解質(zhì)中的極化曲線、電化學(xué)腐蝕過程和加工區(qū)域底面狀態(tài),研究鈦合金的電化學(xué)腐蝕機(jī)理。在水基電解質(zhì)中,由于陽極極化,鈦電極表面不斷生成氧化膜,劣化加工精度。在乙二醇基電解質(zhì)中,固有氧化膜破除后,不再形成新的氧化膜,加工精度高。利用自主搭建的精密電解加工平臺(tái),在乙二醇基電解質(zhì)中進(jìn)行微孔加工的工藝實(shí)驗(yàn)。通過工藝實(shí)驗(yàn)研究脈沖峰值電壓、進(jìn)給速度和占空比對(duì)加工精度和加工效率的影響,在實(shí)驗(yàn)條件下得到最優(yōu)參數(shù)為:脈沖峰值電壓40 V、進(jìn)給速度1μm/s、占空比12.5%。利用最優(yōu)參數(shù)在鈦板上加工出深300μm,平均直徑148μm的深微孔。增加工件在X-Y平面上的運(yùn)動(dòng),采用乙二醇基電解質(zhì)中進(jìn)行微槽的電解加工實(shí)驗(yàn)。分析影響加工精度的主要因素,通過工藝實(shí)驗(yàn)研究行走速度、初始加工間隙和脈沖峰值電壓對(duì)加工效果的影響,在實(shí)驗(yàn)條件下得到最優(yōu)參數(shù)為:行走速度3μm/s,初始加工間隙10μm,脈沖峰值電壓30 V。利用最優(yōu)參數(shù)在鈦板上加工出形狀精度高、表面質(zhì)量好的“TJU”字母圖案。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.23;TG661
【部分圖文】：

圖 1-1 微細(xì)銑削加工的微結(jié)構(gòu)[6,7]微細(xì)機(jī)械加工方法細(xì)機(jī)械加工方法還包括微細(xì)磨削（Micro-grinding）和ping）加工等。加工的磨具是具有微小磨粒的微砂輪或微磨棒，通過磨削，可用于鈦合金微結(jié)構(gòu)的加工和后處理，能加工微米或亞工精度高，加工面光滑平整。但是磨具尺寸小，剛度不足獲得足夠的磨削線速度，磨具轉(zhuǎn)速快，對(duì)設(shè)備的要求高，國(guó)的 Aurich 等人利用直徑 4 μm 的微磨棒，加工出粗糙構(gòu)[9]。加工多用于加工鈦合金微孔，在儀器儀表制造等行業(yè)應(yīng)用與對(duì)應(yīng)形狀的凹模，施加一定的外力，將板材沖出一定尺 等采用微細(xì)沖壓加工方法，沖壓出直徑 25 μm 的微細(xì)孔

實(shí)現(xiàn)無接觸加工[11]。激光微細(xì)加工有很多優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)、導(dǎo)電性等影響；光斑集中，光斑直徑可以小于 1μm，足存在切削力，不受刀具剛度影響，可以加工薄壁類工件加工最初用來加工微孔，尤其適合加工大長(zhǎng)徑比的微細(xì)孔刻寫復(fù)雜的圖案和花紋。其中，微細(xì)激光立體光刻技術(shù)，激光加工技術(shù)，能夠加工出具有三維曲面的復(fù)雜微細(xì)結(jié)研究突飛猛進(jìn)，飛秒激光甚至皮秒激光的出現(xiàn)，大大推動(dòng)展。飛秒是 10-15s，飛秒激光即脈沖寬度在飛秒量級(jí)的激功率以及極強(qiáng)的聚焦能力，而激光所需能量維持在較低水學(xué)者使用飛秒激光加工出的高精度深微孔，孔深 1 mm[13激光在不銹鋼板上加工出微齒輪結(jié)構(gòu)，如圖 1-（b）所示[1仍然有很多問題無法解決，例如：對(duì)材料吸光性要求高，輔助噴砂預(yù)處理；加工面粗糙，表面精度不足；工件受熱變形；激光器設(shè)備昂貴，不利于大范圍推廣和應(yīng)用。

圖 1- 1 LIGA 技術(shù)的加工過程[15]準(zhǔn) LIGA 技術(shù)來解決上述問題。準(zhǔn) LIGA 技術(shù)是線，降低生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化工藝流程，例如激光術(shù)、硅準(zhǔn) LIGA 技術(shù)、紫外線立體成形光刻技一些問題，如產(chǎn)品的深寬比減小，加工精度降細(xì)加工工（Ultrasonic Micro-machining）是向帶有磨粒粒在工件表面振動(dòng)、拋磨、沖擊，并發(fā)生空化的[18]。超聲微細(xì)加工適合鈦合金等脆硬材料的大，而且加工精度高，表面粗糙度達(dá)到 Ra 0.變形。工主要用來加工深小孔。日本學(xué)者研制出型號(hào)

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本文編號(hào)：2829612