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陽極振動輔助微細電解線切割技術

時間:2018-07-26 16:14   作者: www.hzjzc.cn 點擊:

  0刖目電解加工是基於金屬電化學溶解原理,以離子形式蝕除材料的一種製造技術,因此電解加工技術在微細甚至微納加工領域都有很大的發展潛力。

  德國科學家通過采用超短脈衝電流技術,使電化學溶解定域性發生突變式提高,實現了微米尺度的電解加工,使得微細電解加工成為業界研究的熱點。

  國內外學者研究了微細電化學加工機理,實現了微米級電極製備和三維結構加工。微細電解線切割是一種基於微細電解原理的線切割加工技術,特別適合高精度金屬窄縫、窄槽微細結構的加工製造。由於微細電解線切割技術還具有加工表麵無裂紋、加工表麵無應力、無變質層、與零件材料硬度無關等優點,尤其適合航空裝備中對加工表麵質量有特殊要求的金屬微結構製造。

  國內外學者對微細電解線切割加工技術進行了探索。SHIN等研究了超短脈衝、電解液濃度對加工間隙的影響;王昆等對微細電解線切割加工技術進行了深入、係統的研究,建立了加工的理論模型,提出了電化學腐蝕法在線製備線電極的新方法;利用這種方法,王少華等製備了直徑最小為2叫的絲電極,加工出了縫寬為8叫的微螺旋結構;為了加速微米量級加工間隙內電解產出的排出,王少華等提出了線電極往複運動加快產物輸送的方法,提高了加工效率和加工精度,最大加工速度達到5pm/s.微細電解線切割加工中產物的及時輸送對加工精度和穩定性有著極為重要的影響,為了進一步提高產物排出效率,本文提出加工過程中線電極往複運動的同時,陽極進行低頻微幅振動,通過振動擾動陽極表麵的電解液,促進陽極產物擴散和排出,並通過對比試驗說明了振動對加工精度的影響。

  1陽極振動對加工精度的影響1.1陽極振動輔助微細電解線切割陽極振動輔助微細電解線切割加工示意圖如所示。線電極作為陰極和電源負極相連,工件作為陽極連接電源正極。陰極和陽極在精密數控運動係統的驅動下進行相對運動,同時線電極沿自身軸線方向往複運動,工件進行振動,振動方向和線電極軸向一致。

  陽極振動輔助微細電解線切割加工示意。2影響微細電解線切割加工精度的因素為微細電解線切割加工模型,陰陽極之間等效電流電路如虛線方框內所示,其中Aa、Ca表示陽極表麵雙電層的等效電阻和等效電容,凡為溶液電阻,凡和G表示陰極雙電層的等效電阻和等效電容。微細電解線切加工采用納秒超短脈衝電流技術,每個脈衝周期內脈衝電流對電極/溶液界麵雙電層充電,過電位逐漸大,隨時間(的變化為r電極等效電路的時間常數R等效電路電阻在陽極表麵,每個脈衝內隻有過電位大於陽極金屬分解電位的區域才發生電化學溶解反應。在中,當線電極位於M立置時,工件表麵9上各點距離陰極更近,陰陽極之間的電解液電阻凡較小,等效電路電阻R相應較小,在一個脈衝內,可以超過陽極分解電位,因此味上各點金屬發生溶解。而991和5方1上各點距陰極較遠,R較大,速較慢,在脈衝結束時過電位不能達到分解電位,因此陽極表麵和SSi區域不發生金屬溶解反應。

  微細電解線切割加工模型如果在(0(1加工過程中,電解產物對電解液電阻的影響較小,則每個脈衝內陽極的溶解區域大小基本一致,切縫均勻性較高。但實際加工過程中,加工間隙內的電解產物會影響加工精度。假設在,2時,電解液中產物質量分數加,電解液電阻變大,陽極雙電層的充電常數變大,在一個脈衝內,工件表麵上僅有距離陰極更近的1區域內的過電位可以超過工件的分解電位,而原本應屬於加工區的32c、§2乃轉變為非加工區,縫寬相應變小。如果在2(3加工過程中,產物排出效率提高,尺減小,加工區域又逐漸變大,縫寬隨之相應加。

  由上述分析可知,微細電解線切割的加工產物會引起電解液尤其是加工區內電解液電導率的波動,進而改變加工區的大小。在線電極沿預定軌跡加工過程中,加工區大小的不斷變化會導致切縫寬度不一致,切縫精度下降。1.3陽極振動對加工精度的影響加工過程中陽極金屬溶解,陰極表麵生成氣體。因此在加工間隙內靠近工件表麵的電解液中金屬溶解產物質量分數較高,而靠近線電極表麵的溶液中氣體質量分數較高。由於線電極壁麵粘性作用,線電極運動可以帶動加工間隙內的電解液尤其是靠近線電極表麵的電解液運動,可以在一定程度上促進加工間隙內產物排出和電解液更新。但是加工間隙內工件加工表麵附近的電解液受工件壁麵粘性較受線電極壁麵粘性作用更為顯著,線電極運動對加工間隙內工件加工表麵附近的產物排出影響不大。若僅有線電極運動,工件加工表麵附近電解液幾乎靜止,產物排出效率則相對較低。陽極振動一方麵可以使陽極產物快速脫離加工表麵,並在線電極運動的作用下從間隙中排出,同時還強了對間隙內電解液擾動,進一步提高間隙內電解產物的排出效率。由於加工間隙內電解液中電解產物排出較快,降低了電解液電導率出現較大波動的概率,因此陽極疊加振動會使切縫更寬更均勻。
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