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阳极振动辅助微细电解线切割技术

时间:2018-07-26 16:14   作者: www.njjljt.com 点击:

  0刖目电解加工是基于金属电化学溶解原理,以离子形式蚀除材料的一种制造技术,因此电解加工技术在微细甚至微纳加工领域都有很大的发展潜力。

  德国科学家通过采用超短脉冲电流技术,使电化学溶解定域性发生突变式提高,实现了微米尺度的电解加工,使得微细电解加工成为业界研究的热点。

  国内外学者研究了微细电化学加工机理,实现了微米级电极制备和三维结构加工。微细电解线切割是一种基于微细电解原理的线切割加工技术,特别适合高精度金属窄缝、窄槽微细结构的加工制造。由于微细电解线切割技术还具有加工表面无裂纹、加工表面无应力、无变质层、与零件材料硬度无关等优点,尤其适合航空装备中对加工表面质量有特殊要求的金属微结构制造。

  国内外学者对微细电解线切割加工技术进行了探索。SHIN等研究了超短脉冲、电解液浓度对加工间隙的影响;王昆等对微细电解线切割加工技术进行了深入、系统的研究,建立了加工的理论模型,提出了电化学腐蚀法在线制备线电极的新方法;利用这种方法,王少华等制备了直径最小为2叫的丝电极,加工出了缝宽为8叫的微螺旋结构;为了加速微米量级加工间隙内电解产出的排出,王少华等提出了线电极往复运动加快产物输送的方法,提高了加工效率和加工精度,最大加工速度达到5pm/s.微细电解线切割加工中产物的及时输送对加工精度和稳定性有着极为重要的影响,为了进一步提高产物排出效率,本文提出加工过程中线电极往复运动的同时,阳极进行低频微幅振动,通过振动扰动阳极表面的电解液,促进阳极产物扩散和排出,并通过对比试验说明了振动对加工精度的影响。

  1阳极振动对加工精度的影响1.1阳极振动辅助微细电解线切割阳极振动辅助微细电解线切割加工示意图如所示。线电极作为阴极和电源负极相连,工件作为阳极连接电源正极。阴极和阳极在精密数控运动系统的驱动下进行相对运动,同时线电极沿自身轴线方向往复运动,工件进行振动,振动方向和线电极轴向一致。

  阳极振动辅助微细电解线切割加工示意。2影响微细电解线切割加工精度的因素为微细电解线切割加工模型,阴阳极之间等效电流电路如虚线方框内所示,其中Aa、Ca表示阳极表面双电层的等效电阻和等效电容,凡为溶液电阻,凡和G表示阴极双电层的等效电阻和等效电容。微细电解线切加工采用纳秒超短脉冲电流技术,每个脉冲周期内脉冲电流对电极/溶液界面双电层充电,过电位逐渐大,随时间(的变化为r电极等效电路的时间常数R等效电路电阻在阳极表面,每个脉冲内只有过电位大于阳极金属分解电位的区域才发生电化学溶解反应。在中,当线电极位于M立置时,工件表面9上各点距离阴极更近,阴阳极之间的电解液电阻凡较小,等效电路电阻R相应较小,在一个脉冲内,可以超过阳极分解电位,因此味上各点金属发生溶解。而991和5方1上各点距阴极较远,R较大,速较慢,在脉冲结束时过电位不能达到分解电位,因此阳极表面和SSi区域不发生金属溶解反应。

  微细电解线切割加工模型如果在(0(1加工过程中,电解产物对电解液电阻的影响较小,则每个脉冲内阳极的溶解区域大小基本一致,切缝均匀性较高。但实际加工过程中,加工间隙内的电解产物会影响加工精度。假设在,2时,电解液中产物质量分数加,电解液电阻变大,阳极双电层的充电常数变大,在一个脉冲内,工件表面上仅有距离阴极更近的1区域内的过电位可以超过工件的分解电位,而原本应属于加工区的32c、§2乃转变为非加工区,缝宽相应变小。如果在2(3加工过程中,产物排出效率提高,尺减小,加工区域又逐渐变大,缝宽随之相应加。

  由上述分析可知,微细电解线切割的加工产物会引起电解液尤其是加工区内电解液电导率的波动,进而改变加工区的大小。在线电极沿预定轨迹加工过程中,加工区大小的不断变化会导致切缝宽度不一致,切缝精度下降。1.3阳极振动对加工精度的影响加工过程中阳极金属溶解,阴极表面生成气体。因此在加工间隙内靠近工件表面的电解液中金属溶解产物质量分数较高,而靠近线电极表面的溶液中气体质量分数较高。由于线电极壁面粘性作用,线电极运动可以带动加工间隙内的电解液尤其是靠近线电极表面的电解液运动,可以在一定程度上促进加工间隙内产物排出和电解液更新。但是加工间隙内工件加工表面附近的电解液受工件壁面粘性较受线电极壁面粘性作用更为显著,线电极运动对加工间隙内工件加工表面附近的产物排出影响不大。若仅有线电极运动,工件加工表面附近电解液几乎静止,产物排出效率则相对较低。阳极振动一方面可以使阳极产物快速脱离加工表面,并在线电极运动的作用下从间隙中排出,同时还强了对间隙内电解液扰动,进一步提高间隙内电解产物的排出效率。由于加工间隙内电解液中电解产物排出较快,降低了电解液电导率出现较大波动的概率,因此阳极叠加振动会使切缝更宽更均匀。
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