柔性金属箔群槽微细电解加工技术研究

摘要

微群槽结构是微通道换热器、燃料电池双极板等零件中的典型结构，多用于高热流密度器件的散热。微槽结构的尺寸通常在10μm~500μm之间，精度要求高，加工易变形，加工难度大；而且材料通常为难切削加工材料，加工效率低。微细电解加工（Electrochemical micromachining，ECMM）依据电化学阳极溶解原理，以离子形式去除材料，从原理上是一种极具优势的微细加工方法。本文针对柔性金属箔微群槽结构的加工开展研究，首先制备钨材料高精度片状阵列微电极，再利用其作为工具电解加工出微群槽。本文主要工作如下： 1、利用微螺旋电极进行钨材料片状阵列微电极电解加工研究。测定了钨在不同类型溶液中的极化曲线，分析了电化学溶解特性，选择氢氧化钾作为电解质；试验研究了包括电解液浓度、脉冲电源占空比、频率三个参数对加工的精度、效率的影响规律，获得优化后的参数：电解液浓度0.4mol/L，脉冲电源占空比10%，脉冲频率500KHz。 2、钨片状阵列微电极的精确制备。搭建了钨片状阵列微电极电解加工试验系统；利用上文优化的参数，进行电压、进给速度双因素试验，获得了不同电压（6.5V至10V）与进给速度（0.1μm/s至0.5μm/s）下的侧面间隙数值。利用多元多项回归分析法分析并计算了侧面间隙与电压、进给速度之间的数值关系，绘制了侧面间隙与电压、进给速度之间的等值线图，以便于加工特殊缝宽切缝的参数选择，实现了特定侧面间隙的等截面钨片状阵列微电极和变截面钨片状阵列微电极的精确制备。 3、柔性金属箔片微群槽微细电解加工试验研究。首先，将柔性金属箔片紧贴固定在一圆盘夹具上，利用前文所制备的钨片状阵列微电极沿圆盘夹具径向进给至加工出一定深度后，圆盘夹具开始连续转动，带动柔性金属箔片沿圆盘夹具切线滑动，实现微群槽的连续电解加工。搭建了柔性金属箔片微群槽连续电解加工的试验系统，试验研究了包括脉冲电源占空比、脉冲周期以及工件转速对柔性金属箔片微群槽加工的影响规律，得到了优化参数：15%占空比，5μs脉冲周期。对不同厚度钨片状阵列电极电解加工过程进行数值分析，分析了微槽不同加工部位的电流密度分布，采用不同厚度钨片状阵列电极进行了微群槽加工试验；在100μm厚不锈钢箔片上实现了平均缝宽166.65μm、深度24.34μm五条微槽的稳定加工。

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