微细阵列群电极群孔电化学加工关键技术研究

摘要

电解加工是以离子形式去除材料的一种加工方法，在加工过程中，工件阳极不断失电子成为金属阳离子进入溶液，而工具阴极在得电子过程中不会被破坏，能重复利用，且加工工件表面不会产生应力变形、加工表面质量好、加工精度高，因此微细电解加工在特种加工领域占有重要地位。微细群孔在航空航天、工业领域应用较多，本文主要通过有限元仿真优化阴极形状并制备圆柱度较好的圆柱状阵列群电极和大长径比盘状阵列群电极，并以此为工具阴极电解加工微细群孔，探索加工参数对群孔加工的影响。
　　本文首先对现阶段阵列群孔和群电极制备现状进行了分析和总结，论述了微细电解加工阵列群孔的优缺点，主要研究内容及成果如下:
　　1)根据电化学腐蚀基本原理，通过有限元方法分析计算群电极电化学腐蚀加工过程中电极表面的电场分布，以在一个平面内电极点的电流密度分布均匀性为目标，优化设计阴极形状，制备出圆柱状阵列群电极。
　　(2)在制备出直径均匀的圆柱状阵列群电极基础上，探索用端部局部涂胶保护法制备大长径比盘状阵列群电极，用以微细群孔电解加工实验，提高了电解加工的定域性。
　　(3)搭建合理的电解液冲液系统、对刀系统、阵列电极和工件表面调平系统，研究了直流电压、电解液浓度、进给速度、脉冲电源的脉宽和占空比以及不同电极形状（凸台状群电极和圆柱状群电极）对群孔加工的影响，并探索了凸台状群电极的加工极限。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 微细电解加工技术概述

1．2 微群孔加工方法

1．2．1 LIGA技术

1．2．2 微细电火花加工技术

1．2．3 超声加工

1．2．4 掩膜微细电解加工

1．2．5 管电极电解加工技术

1．3 微细电极制备的现状与发展

1．4 课题来源、研究意义及研究内容

1．4．1 课题来源及研究意义

1．4．2 研究主要内容及研究方案

第2章 电解加工理论基础

2．1 电化学相关理论

2．1．1 电化学原理

2．1．2 法拉第定律

2．1．3 电极电位和电极极化

2．2 微细电解加工技术

2．2．1 微细电解加工特点

2．2．2 电解加工成型规律的分析

2．2．3 电解加工间隙中的电场特性

2．3 本章小结

第3章 微细阵列群电极的制备

3．1 电化学腐蚀有限元分析

3．1．1 阵列电极毛坯

3．1．2 电化学腐蚀加工微细阵列圆柱群电极原理

3．1．3 基于实际电场分布的阴极设计

3．1．4 电化学腐蚀有限元法求解

3．2 电化学腐蚀阴极优化设计

3．2．1 阵列电极腐蚀阴极模型选择

3．2．2 基于有限元优化语言APDL的阴极优化设计

3．3 制备微细阵列圆柱群电极

3．3．1 电化学腐蚀试验装置

3．3．2 电压对圆柱群电极形状的影响

3．4 极细圆柱阵列电极和多极阵列群电极的制备

3．4．1 极细圆柱阵列群电极的制备

3．4．2 微细多极阵列圆柱群电极制备

3．5 凸台状阵列群电极的制备

3．6 本章小结

第4章 微细阵列群孔电解加工工艺研究

4．1 电解群孔实验系统

4．1．1 电解加工机床系统

4．1．2 电极工件调平系统

4．1．3 微细电化学腐蚀电源系统

4．1．4 对刀系统的设计

4．1．5 电解液循环系统

4．2 微细阵列群孔电解加工试验

4．2．1 直流恒压电源对阵列群孔加工的影响

4．2．2 脉冲电源对阵列群电极电解加工的影响

4．2．3 微孔网板的电解加工

4．3 不同电极形状对群孔的加工影响

4．4 本章小结

第5章 总结和展望

5．1 论文研究工作总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果