高频脉冲微细电解钻铣削加工多物理场仿真及试验研究

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随着微电子技术的发展与微器件需求的增加,微细电解加工技术被广泛地应用于航空航天、精密仪器、生物医疗等领域。但目前普通的电解加工杂散腐蚀严重,加工定域性较差,为此本文结合高频脉冲电解加工理论与高转速螺旋电极的加工原理,提出了一种高效微细电解加工工艺,对微细电解钻铣削加工间隙的电场和流场进行了仿真研究,并进行了一系列试验研究。本文主要的研究内容如下:  (1)深入分析了高频脉冲微细电解加工的基本原理与特点。采用高频脉冲电源进行电解加工能够较好地抑制杂散腐蚀,显著提高加工的定域性,并分析了电解加工中的电化学特性与流场特性,为后续的仿真研究提供理论指导。  (2)提出了一种高效的微细电解钻铣削加工工艺一高频脉冲电源与高转速螺旋微电极联合作用,介绍了多物理场仿真方法与试验装置。分别建立了高频脉冲电解加工间隙电场与间隙流场的数学模型,从理论上讨论了高转速螺旋电极促进电解液更新的原因,并搭建了微细电解加工试验平台。  (3)对高频脉冲微细电解钻削加工过程中的间隙电场与间隙流场进行仿真,并进行了试验研究。依次考虑电场、电化学极化、浓差极化因素,对加工间隙的电流密度与工件表面的轮廓变化进行了仿真分析与预测,当考虑的因素增加时,电流密度分布趋于平缓,工件成型深度呈递减趋势。对加工过程的间隙流场进行了仿真分析,仿真结果证明了高转速螺旋电极在微细电解钻削加工中的优越性,有助于排出电解产物、更新电解液、减小甚至消除孔的锥度等。通过控制单一变量法完成了一系列微细电解钻削试验,成功加工出了定域性较好的微孔。  (4)对高频脉冲微细电解铣削加工过程中的间隙电场与间隙流场进行数值模拟,并完成了一系列试验。分析了加工间隙内的电场强度分布,成功预测了一次、二次、三次电流密度分布下电解铣削加工的槽宽。对电解铣削间隙流场进行了仿真模拟,证明了在电解加工中采用高转速螺旋电极有助于提高加工精度与加工效率。利用试验平台完成了一系列微细电解铣削试验,成功加工出了表面质量好、加工精度高的微槽,证明了本文提出的高效微细钻铣削加工工艺的可行性。
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