回转体内表面波纹微结构的电化学加工技术基础研究

摘要

回转体内表面波纹微结构是微机电系统中广泛使用的典型结构，波纹筋槽宽仅有0.1mm，深宽比大，无法通过传统的加工方式制备。电化学加工以“自然状态”近似原子单位的尺度量级实现材料的去除与堆积，从原理上是极具优势的微结构加工方法。本文采用电铸技术制备回转体内表面波纹微结构，提出了两种芯模制备方案并展开技术研究，对各自的加工效果进行了试验研究及对比分析。主要研究内容如下：
　　1、提出了微细电解线切割加工整体芯模的方法。建立了微细电解线切割回转体外表面波纹微结构的电场模型，阐明了回转体外表面电解线切割过程中加工区域电流密度的变化规律。改造微细电解线切割的试验系统，基于LabWindows/CVI平台开发了相应的加工控制和检测系统。分析了铝在电解过程中的钝化现象。试验探究了不同工艺参数（加工电压、脉冲频率、主轴转速）对回转体外表面波纹微结构微细电解线切割加工的影响。采用优化的工艺参数组合：加工电压9V、脉冲频率150KHz、电极转速2000rpm，加工出槽宽80μm、槽深100μm、槽间距100μm的回转体外表面波纹微结构。
　　2、提出了电化学组合加工方法制备组合芯模：利用微细电解切割加工出的铝环和电铸加工的铜环进行组装，得到组合芯模。分析了微螺旋电极电解切割加工的强化传质机理，探究了络合剂的络合反应对提高电解加工表面质量的机理。改造微螺旋电极电解切割的试验系统，并试验探究了不同工艺参数（加工电压、微螺旋电极直径、络合剂浓度）对于加工缝宽和加工效率的影响。采用优化的工艺参数组合：加工电压8.5V、微螺旋电极直径0.3mm、络合剂GLDA浓度15g/L、进给速度1.2μm/s，在100μm厚铝片上加工出外径4.2mm，内径3.2mm的铝环。最后对组合芯模的装配效果进行了分析。
　　3、介绍了电铸加工回转体内表面波纹微结构的试验原理，搭建了回转体内表面波纹微结构电铸加工的试验装置。对不同方法制备的芯模电铸效果进行了比较分析。最后确定了采用电化学加工方法制备组合芯模，再进行回转体内表面波纹微结构电铸加工的工艺路线，制备出筋宽104.8±6.5μm、深476.2±9.2μm的回转体内表面波纹微结构。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 波纹微结构应用及加工技术现状

1.2 铝的加工技术研究

1.3 微细电化学加工技术

1.4 微细电解线切割加工技术

1.5 课题研究意义以主要研究内容

第二章 微细电解线切割加工整体芯模

2.1 技术路线

2.2 铝制回转体外表面微细电解线切割

2.3 试验系统

2.4 试验结果分析

2.5 本章小结

第三章 电化学加工组合芯模

3.1 技术路线

3.2 铝环微螺旋电极电解切割

3.3 组合芯模的装配

3.4 本章小结

第四章 回转体内表面波纹微结构的电铸加工

4.1回转体芯模电铸加工

4.2效果分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本论文研究工作总结

5.2 未来研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的发表的学术论文及研究成果