基于平行电场的液态金属电极电火花加工研究

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当今社会,伴随着科技与工业化的快速发展,在精密医疗器械、航空航天技术、光电与通讯等诸多领域,对微小型零件的需求日益剧增。微细电火花放电加工技术因其具有非接触式加工、无明显机械切屑力、加工材料适用范围广以及对工具电极的强度和硬度要求低等优势,近年来在微小型零件加工领域展现出巨大的潜能而引起了广泛的关注,已逐渐成为微小型零件精密制造的关键技术手段之一,有着大量不可替代的作用。然而,如果微细电火花加工需要加工越是精细的零件,那么就需要越微细的工具电极。但是,微细电极的制备十分不易,并且随着加工的进行微细电极会存在电极损耗严重的现象,这是不可避免的,它影响了加工精度,使微细电火花技术的发展和应用受到限制。针对微细电火花加工过程的电极损耗现象,本文使用一种较新型的液态金属电极放电技术来进行改进,一方面减少了微细电极制备的需求,另一方面也通过液体流动自动补充的特殊方式解决了微细电极损耗严重的问题。目前利用液态金属电极电火花技术加工出来的工件,加工出来的直线槽宽一般情况下能达到三百到五百微米的级别,但是这还远远不能满足微细加工的精度要求。本文针对如何提高液态金属的加工精度问题,提出了一种利用平行电场对液态金属电极放电进行辅助的方法。通过这种电场辅助作用,对加工过程中的液态金属电极末端进行约束和控制,以提高液态金属电极电火花加工的精度。为了分析平行电场对液态金属电极电火花电火花加工精度的影响效能,本文对电极末端的电场强度进行了计算分析,并使用数值仿真软件COMSOL实现对液态金属电极末端建模和附加平行静电场仿真,结果发现附加平行电场能够对液体金属末端具有一定的约束和控型的作用。为了进一步验证平行电场的实际辅助作用,搭建了三轴精密电机加工实验运动平台,并通过编程实现平台的运动控制,然后对平行电场辅助液态金属电极放电加工的效果进行了实验研究。实验采用大约100V的RC脉冲电源、0.1μF电容和500?的电阻,使用不导电的镀膜点胶针头搭载液态金属作为工具电极进行放电加工实验。实验结果表明,附加平行电场的液态金属电极放电加工,可以在一定范围内有效提高加工精度,同时也证明了附加平行电场对固体电极的电火花放电加工没有提高加工精度的效果。
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