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基于静电感应的微细电火花线切割加工技术的研究

作　者: 吴赵兵
导　师: 杨晓冬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 微细电火花线切割加工静电感应微细化微细阵列电极微细阵列孔
分类号: TG484
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在微细加工领域,一般有LIGA、MEMS和微细电火花等加工方法。微细电火花加工的加工过程几乎不受宏观力作用,可加工所有导电材料,并且在保证加工精度和一致性的前提下同时保证加工效率,而LIGA和MEMS高昂的加工成本以及较为受限的加工对象,这些原因共同使得微细电火花加工成为首选的加工方法。在微细电火花加工中有电火花成型加工、电火花磨削、电火花铣削和电火花线切割加工等,而微细电火花线切割加工一直被认为是最有效最常利用的微细加工方法,常用来加工喷嘴、切削工具、型腔、拔丝模具以及电子光学设备。微细电火花加工常用的电源为传统RC张弛式脉冲电源和独立式晶体管脉冲电源等,但由于分布电容决定了最小放电能量的极限,因而制约了其微细加工能力。静电感应原理在微细电火花线切割中的应用是一种新的尝试,相对于传统的RC张弛式微细电火花加工,该方法可以避免RC电路中分布电容的影响,从而可以实现单个脉冲放电能量的最小化。另外,该方法可以通过静电感应的原理对电极丝实现非接触给电,可有效避免普通电刷给电带来的电刷磨损和加工方向上的电极丝振动,所以可以实现高精度的微细电火花线切割加工。本文对静电感应微细电火花线切割的加工原理进行了分析研究,根据实验需要完成了静电感应微细电火花线切割加工实验平台的搭建;对静电感应微细电火花线切割加工中加工极性的影响、极间电压调节方式和电源脉冲频率的影响方面进行系统的分析研究,并实现了非接触给电加工;对微细电火花线切割加工中常用电极及工件材料,从材料结构构成和其物理特性出发,并通过具体实验分析了分析了相关材料的静电感应微细电火花线切割加工特性;提出并实现了微细阵列电极及阵列孔的在线卧式电火花加工方法,分析了微细阵列孔在线卧式加工的关键技术问题,并找到了相应的解决措施,根据加工要求完成了微细阵列电极孔在线卧式加工的专用配套夹具的设计和制作,最后利用该方法成功加工出正方形截面边长为8.05±0.02μm、电极长为160μm的5×5微细阵列电极,以及单孔平均边长为13.1±0.05μm、孔平均间距为45μm的5×5微细阵列方孔,并对微细阵列电极和阵列孔的加工质量的影响因素进行了分析研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  9-11
  1.2 国内外相关领域研究现状及分析  11-15
    1.2.1 微细电火花线切割加工研究现状  11-13
    1.2.2 微细电火花线切割加工的应用  13-15
  1.3 课题主要研究内容  15-16
第2章静电感应微细电火花线切割加工原理及其实验装置  16-23
  2.1 基于静电感应的微细电火花线切割加工的原理  16-17
  2.2 静电感应微细电火花线切割加工的优点  17-19
  2.3 实验装置  19-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章静电感应微细电火花线切割加工工艺特性分析  23-36
  3.1 加工极性的影响  23-28
    3.1.1 正极性放电的实现  23-24
    3.1.2 加工极性对电极丝损耗的影响  24-26
    3.1.3 加工极性对白层的影响  26-27
    3.1.4 加工极性对加工速度的影响  27-28
  3.2 极间电压调节方式  28-31
  3.3 电源脉冲频率的影响  31-33
    3.3.1 电源脉冲频率对放电间隙和白层厚度的影响  31-32
    3.3.2 电源脉冲频率对热变形的影响  32-33
  3.4 非接触给电的实现  33-35
  3.5 本章小结  35-36
第4章相关材料的静电感应给电电火花加工性能分析  36-45
  4.1 材料本身特性对微细电火花加工的影响  36-39
    4.1.1 材料结构组成的影响  36-38
    4.1.2 残余应力的影响  38-39
  4.2 不锈钢和WC-Co类硬质合金的加工参数优化  39-41
  4.3 WC-Co类硬质合金的试加工实验  41-43
  4.4 微小车刀和微小锐边的加工  43-44
  4.5 本章小结  44-45
第5章微细阵列电极/孔的在线卧式静电感应给电电火花加工  45-59
  5.1 微细阵列电极/孔的一体式在线卧式加工方法  45-47
  5.2 微细阵列孔在线卧式加工的关键技术  47-50
    5.2.1 工作液的冲液方式  47-48
    5.2.2 放电屑的排屑  48
    5.2.3 电磁力的影响  48-50
  5.3 微细阵列/孔的专用夹具及装夹方法  50-52
    5.3.1 阵列电极专用夹具及装夹方法  50-51
    5.3.2 阵列孔专用夹具及装夹方法  51-52
  5.4 微细阵列电极/孔的加工  52-53
    5.4.1 微细阵列电极的加工  52-53
    5.4.2 微细阵列孔的加工  53
  5.5 微细阵列电极/孔加工质量的影响因素分析  53-57
    5.5.1 电极材料对阵列电极加工质量的影响  53-54
    5.5.2 阵列电极对阵列孔加工质量的影响  54-55
    5.5.3 微细阵列电极电火花打孔的电极损耗情况  55-57
  5.6 本章小结  57-59
结论  59-60
参考文献  60-63
附录  63-66
攻读硕士学位期间发表的学术论文  66-67
攻读硕士学位期间专利申请情况  67-69
致谢  69

基于静电感应的微细电火花线切割加工技术的研究

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