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超声扰动电解液微细电解加工的基础研究

作　者: 盖江宁
导　师: 王蕾
学　校: 青岛科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 超声扰动电解液微细电解加工试验
分类号: TG662
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着现代工业向微细化、精密化的不断发展,微电子、航空航天、精密仪器和精密模具等领域中出现了越来越多尺度在几微米至几百微米的金属微细结构,它们的加工精度、加工质量、加工效率等对产品的性能、质量和成本有很大影响。微细加工技术作为实现其应用的关键技术和重要基础,得到了国内外的广泛关注。微细电解加工是微细加工技术的重要组成部分,也成为当今的一个研究热点。电解加工具有生产效率高、加工表面质量好、工件表面无残余应力以及无工具损耗等优点,但就加工尺寸精度来说,电解加工与微细加工所要求的加工尺度还有差距。提高微细电解加工精度一直是研究者不懈追求的目标,而加工过程中的溶解定域性是影响微细电解加工精度最关键的核心问题。本文以微细电解加工理论为基础,为提高加工定域性和加工精度,提出了一种超声扰动电解液的微细电解加工新方法。通过对两种超声扰动方案的比较分析,确定了采用超声定向作用于加工部位,即给加工区电解液一个“激励”的方法,使电解液在一定范围内由“静”变为“动”,研究其对加工间隙分布和工件溶解速度的影响机理。根据电解加工间隙理论,本文采用有限元数值方法结合分析软件ANSYS重点讨论了间隙内的电场分布,基于流体力学相关理论及计算分析软件FLUENT模拟了超声扰动电解液流场特征参数的变化规律,进而分析了超声扰动电解液对微细电解加工定域性及加工稳定性的影响。结合上述关键技术的研究,本文设计了一套专用夹具以解决激励加工区电解液振动的难题。在数字化超声辅助微细电解加工试验平台上,以微孔结构为例,使用螺旋圆柱电极分别进行了微细电解加工及超声扰动电解液微细电解加工试验。试验结果表明,采用超声扰动电解液的辅助加工方法有效地提高了微细电解加工的定域蚀除能力,提高了加工精度、加工速度和加工稳定性。这一研究对进一步提高微细电解加工精度提供了新的技术途径,为研究的深入进行奠定了理论基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
符号说明  9-10
1 绪论  10-23
  1.1 电解加工技术概述  10-14
  1.2 微细电解加工国内外研究现状  14-20
    1.2.1 国外研究现状  15-17
    1.2.2 国内研究现状  17-20
  1.3 课题研究目的及意义  20-21
    1.3.1 微细电解加工存在的问题  20-21
    1.3.2 论文研究背景  21
  1.4 论文主要研究内容  21-23
2 超声扰动电解液微细电解加工理论基础  23-38
  2.1 电解加工  23-30
    2.1.1 电解加工原理  23-24
    2.1.2 电解加工的特点  24-25
    2.1.3 电解液  25-28
    2.1.4 脉冲电源  28-30
  2.2 微细电解加工理论分析  30-34
    2.2.1 基础理论概述  30-32
    2.2.2 影响微细加工的主要因素  32-34
  2.3 超声扰动电解液微细电解加工  34-37
    2.3.1 超声扰动电解液微细电解加工方法  34-35
    2.3.2 加工原理  35-36
    2.3.3 技术优势  36-37
  2.4 本章小结  37-38
3 超声扰动电解液微细电解加工电场与流场特性  38-54
  3.1 电场特性分析  38-44
    3.1.1 电解加工间隙中实际电场分布  38-39
    3.1.2 ANSYS介绍  39-40
    3.1.3 电场数值模拟  40-44
  3.2 流场特性分析  44-53
    3.2.1 气液两相流模型  44-45
    3.2.2 超声扰动电解液下的流场分析  45-46
    3.2.3 CFD介绍  46-48
    3.2.4 基于CFD的流场分析  48-53
  3.3 本章小结  53-54
4 超声扰动电解液微细电解加工试验平台  54-63
  4.1 总体功能要求  54
  4.2 试验平台介绍  54-59
    4.2.1 总体结构及特色  54-55
    4.2.2 运动与控制单元  55-56
    4.2.3 加工电源  56-58
    4.2.4 试验平台参数  58-59
  4.3 超声扰动微细电解加工专用夹具设计  59-62
    4.3.1 试验需求分析  59-60
    4.3.2 结构设计与功能实现  60-62
  4.4 本章小结  62-63
5 基础试验及结果分析  63-82
  5.1 主要设备与仪器  63
  5.2 试验条件  63-66
    5.2.1 加工试件  64
    5.2.2 工具阴极  64-65
    5.2.3 电解液  65
    5.2.4 电源参数  65-66
    5.2.5 超声参数  66
  5.3 试验方案  66-67
  5.4 微细电解加工  67-72
    5.4.1 加工试验一  67-69
    5.4.2 加工试验二  69-70
    5.4.3 加工试验三  70-72
  5.5 超声扰动电解液微细电解加工  72-77
    5.5.1 超声扰动加工试验一  73-74
    5.5.2 超声扰动加工试验二  74-76
    5.5.3 超声扰动加工试验三  76-77
  5.6 实验结果对比分析  77-80
  5.7 本章小结  80-82
总结与展望  82-84
  论文工作总结  82
  未来工作展望  82-84
参考文献  84-91
致谢  91-92
攻读硕士学位期间发表的论文  92-93

超声扰动电解液微细电解加工的基础研究

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