超声辅助微细电解加工的理论基础.doc

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1、超声辅助微细电解加工的理论基础微细电解加工是指在微细加工尺寸(1呵〜】mm)范围内，应用电解加工方法来得到高菇度、微小尺寸零件的加工方法，属于电解加工领域.Z所以称之为“微细”，主要体现在两个方面：一是加工疋彖本身尺寸很小，在微细尺寸范国内：二是进行电解加工时加工间隙微小.精度较底•原理上，號细电解加工与需规电解加工一样，都是適过对金属PE极产生电化学洛解来达到去除材料的.大爭的硏咒和试验活动等表明微细电解如工在微机电系统和先进制造坟域非常有发展前景⑴皿久微细电解加工的工艺待点是影响因素多且复您，这

2、里只讨论加工间陳、电艇液配比和加工电源等参数对电解加工的影响.(1)高频窄脉冲电源加工电压是电解加工过程中可调的参数之一，它克服双电层的反电势和溶液欧嫌压降而建立起必要的极间电流场，从而确保达到所选用的电流密度。脉冲电源是伴随港半导体功塞开关器件发展而发展的，微细加工所使用的电源向着禺频窄脉宽的微能电源方向发展。高频、窄脉究脉冲电源在电輯加工过程中会使加工间隙中出现特殊的物理、化学特性，其电流能导致集中蚀除能力的加强和散t®能力的减弱，这就使得电解加工左尺寸精度.形状精度、表面质魁、加工效率、加工过

3、程稳定性方面有很犬的提高.脉冲宽度小时加工误差小，加工楕度髙：随脉冲宽度增大，误差迅速增大，加工芹度下降.这是因为：①当脉冲宽度小时，压力波在通电期间充分发挥了其改善流场的搅拌作用，这种波动效应能显苕提高阳极我面的活化程度，扩大活化溶解范围与钝化溶解范圉，使阳极产生从钝化状态向超钝化状态转化的电流密度比直潦条件下高得多，从而可以减小电导率不匀匀分布和提高如工成总菇度和更复精度.而采用较窄的脉冲宽度与较大的脉冲何隔能加强脉冲条件对阳极过程优化作用.②当脉冲宽度增加时.通电时间增长，压力液振荡幅值逐渐减

4、小，搅样作用减弱，则加工精度降低.通过合理调整脉冲宽度和脉冲何隔，在很短的脉冲加工时间内反应产物就很少.使极何电解液在脉冲间歇时间内极易得到更新和恢复，从而加工稽度和加工更小尺寸工件的能力有很大的提高【5。(1)低浓度非线性钝化电解液通常在选择电解液时应考虑两个条件：一是阳极活化电位和稳定电位之间差异应尽可能大。在两电位间的区域内，电极处于钝化状态，有放氧反应，金属不发生洛解。二是钝化膜破坏后，金属开始洛解，此时金属开姐离子化反应的超电压应很小，而放氣反应超电压应剧烈增大.以保证在阳极活化电位大于稳

5、定电位时电流效率随电流密度急恳上升。另外，电解液成分的不同也会对电解加工的精度产生影响，电解液常分为活性电解液和钝化性电餅液•微细电解加工中，當采用純化性电解液，以利于阳极衷面生成可洛性覆盖膜而产生不完全钝化，所以可获得均匀、光潸的表面。浓度也是电解液的一个重要特性，通过降低电解液的浓度•工具阴极和工件阳极Z间的间陳可小至数微米【切。(2)加工间隙加工间瞭是指加工过程中工具阴极与工件阳极之间的距离,是直接影响加工精度的核心工艺参蠻，间I©大小对工件材料的去除有若非常大的影响•在二维表面加工中分为底面

6、间隙&和侧面间隙厶，三维表而加工中加工间隙可分为底面间隙b和法向间隙山。加工间隙受电场、流场等多种复杂因素的影响,间隙公式如下：(2—2)(2—3)式中：■为端面平衡加工间隙；△"为法向平衡加工间隙：&为侧面平術加工间限;f为电流密度：7为电流效率；4为体积电化学当£；K为电解液电导率；S为间限电解液欧姆压降：％为工具阴极进给速度；方为加工深度。间Rffll愈小，成形精度就胚，微细加工的效果就越好.当加工间隙增大到一定值时，其对捉高加工搐度的作用果然下降.但间隙适当增大可使渡动条件得到改善，其作用也

7、具有压力波搅拌作用的效果而使加工精度探高。综合比较，小间隙加工对于提髙加工精度的作用更为显著，因为在此条件下不仅加工精度高，而且加工效率也高，且表面粗糙度低“在徴细电解加工中，加工间隙一股控制在50凹1以下.目前.通过降低加工电压和电解液浓度，己成功地将加工间隙控制在10屮n以下㈣•综上所述，由于脉冲电流的正负阶跃产生了加工间隙中的压力波，压力波的搅拌作用有利于改善流场，便于进行小何隙加工，而小间限加工提高了电解加工的整平能力。同时压力波的搅拌作用促使加工间隙中电解液的电导率分布趋于均匀.这就使成型

8、精度显著提高，并保迂获得较高的更复加工精度.采用超短脉宽脉冲电流，可以显著提高加工的定域性，有利于微细电解加工”儿将低电压超短脉冲电流.低浓度电解液及加工间隙的实时检测和调整等技术结合，可以实现微来级精度的加工•2.2超声辅助微细电解加工形响微细电解加工的因素很多，微细电解加工中阳极洛解定域性的进一步提蔑一H都是研咒的热点。近年，对提高微细电解加工的渚馨定域性的探索主要有以下三个努力方向：（1）探素脉冲电流对浴解定域性的影响：（2）探索电解波参数対溶解定域性的影场；（