铍铜合金的微细电火花加工及其表面的超疏水性研究.pdf

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1、博士学位论文铍铜合金的微细电火花加工及其表面的超疏水性研究RESEARCHONMICRO-EDMANDITSSUPERHYDROPHOBICPROPERTYOFBERYLLIUMCOPPERALLOY董树亮哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP273.2学校代码：10213国际图书分类号：629.127密级：公开工学博士学位论文铍铜合金的微细电火花加工及其表面的超疏水性研究博士研究生：董树亮导师：王振龙教授申请学位：工学博士学科：机械制造及其自动化所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:

2、TP273.2U.D.C:629.127DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONMICRO-EDMANDITSSUPERHYDROPHOBICPROPERTYOFBERYLLIUMCOPPERALLOYCandidate：DongShuliangSupervisor：Prof.WangZhenlongAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MechanicalManufacturingandAutomationAffilia

3、tion：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要微型陀螺仪因具有体积小、耐冲击和低成本的特性成为陀螺仪发展的新方向，开展战略级精度的微陀螺仪研究并进行产品开发具有重要现实意义。高精度陀螺仪的研制离不开高精度和高质量的微细零部件的支撑。由于微细零件结构尺寸的减小，运动结构的运动特性受其尺寸效应及表面效应的影响越发显著。所以微细零件制造不仅仅对其尺寸精度有严格的要求，并且对零件

4、的表面同样具有特殊的要求，如防腐、流体减阻、润滑等。要实现微型陀螺仪的稳定运转，需要高表面质量的微流道，高尺寸精度的配合偶件结构及其表面具有减阻效果。本文以具有特殊性能的铍铜合金为研究对象，开展关于电火花加工技术在铍铜材料上加工微小孔、微三维结构以及电火花加工后表面的超疏水性的相关研究。在微小孔电火花加工过程中，工作液的循环速度随深径比的增加而降低，堆积在加工区域的电蚀产物将严重影响加工的稳定性。本文通过对比电火花加工中工作液对铍铜大深径比微小孔加工的影响特性，提出了采用去离子水作为工作液的铍铜大深径比微小孔的加工方法，并实现了深径比为23.26，直径为215µ

5、m的微小孔加工。实验分析表明：该加工过程中同时存在着电火花和电化学效应，由于杂散腐蚀的存在，导致所加工的微小孔端面及孔壁存在质量差的问题。针对微小孔端面质量差的问题，采用了保护电极法，通过将微小孔端面的杂散腐蚀转移到保护电极表面的方式实现对微小孔端面的保护。针对微小孔表面质量差的问题，采用了原位混粉电火花加工法，在工作液中加入粒径为3.5-6μm的碳化硼颗粒，可成功将微小孔的表面粗糙度值由Ra2.65µm降为Ra0.92µm。由于工具电极损耗的存在，使得微三维结构的电火花加工成为难点，尤其是具有曲面形貌的微三维结构。本文分别研究了电火花分层铣削及电火花成形加工方

6、法对微球窝加工的影响规律。实验结果表明：采用电火花分层铣削由于铣削路径长和电极损耗，导致所加工的微球窝结构的形状精度和表面质量较差，难以满足微型陀螺偶件的使用性能要求，但研究结果对普通球窝类零件的电火花加工具有普适意义。针对微型陀螺偶件球窝的加工，提出了采用配合钢球做为工具电极进行电火花成形加工的方法，并针对钢球工具电极重复定位精度差的问题，研制了基于磁力吸附的球形工具电极快速装夹装置，实验研究了球窝加工过程中的工具损耗特性及其对加工质量的影响，实现了球形工具电极快速、高精度的装夹和配合偶件中球窝的高精度加工。材料表面的超疏水性不仅与材料的表面能有关，更重要的是

7、材料表面的微观-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文形貌。电火花加工特殊的材料去除方式决定了其加工后的表面具有微凸起与微凹坑共存、且结构相似的微观结构。本文通过对铍铜微细电火花加工表面形貌特征及铍铜表面的润湿状态的分析，初步确立了铍铜微细电火花加工表面形貌与超疏水性的关系。研究了铍铜微细电火花加工参数对表面形貌的影响规律。通过铍铜微细电火花加工表面接触角的理论值与测量值的对比，验证了铍铜微细电火花加工表面形貌与超疏水性关系的正确性。并以铍铜微细电火花加工表面的微米级结构为基础，采用火焰沉积法在其表面构建纳米结构，依靠微纳分级结构实现了其表面的超疏水性。利用液体蒸发

8、过程中毛细作用力对颗粒的