纳秒级脉冲电源研制及微细电解工艺试验

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电解加工是利用电化学阳极溶解的原理将零件加工成型,具有工具无损耗、加工表面质量好、与零件材料硬度无关、加工后工件无应力和变形等优点。而且加工过程中材料是以“离子”溶解的方式去除,这种微去除方式使得电解加工在微、纳米加工领域有着很大的发展前景。国内外大量研究表明,应用高频脉冲电源是提高电解加工精度最有希望的技术途径。采用纳秒脉冲电源进行微细电解加工,可将电化学反应集中在电极周围很小的区域内,也即可以实现定域蚀除,从而实现微米级的电化学加工。本文针对微细电解加工的要求,成功研制出用于微细电解加工的纳秒级脉冲电源,其最小稳定输出脉宽50ns,额定电流1A,占空比和频率均独立可调;针对微细电解加工工艺的特点设计了快速保护电路,短路保护控制在5μs以内;为实现高精度的微细电解加工提供了保证。该电源采用直流加斩波输出方案,直流部分采用稳压集成块调压,电路简单,可靠,成本低廉。设计的高频信号发生器工作频率范围宽,波形调节方便;快速驱动信号具有陡峭的上升和下降沿,为斩波器提供了良好的驱动保证。斩波主器件采用快速互补功率场效应管作为斩波开关,解决了波形失真问题。电源实际输出波形良好,体积小,效率高,方便携带。用本电源样机进行了微细电极加工实验。采用100ns的脉宽、5.2v电压,在微细电解装备上加工出直径约为20μm长约900μm的均匀圆柱体电极和100ns的脉宽、4.5v电压下加工出直径60μm、长4.2mm的螺旋电极,得出了加工电压对电极形状的影响。还用本电源进行了微细孔加工实验,采用300ns的脉宽、130μm直径的电极加工出直径为170μm的微细孔。试验结果验证了纳秒脉冲电源有利于提高加工的精度,同时也验证了此电源实用,性能稳定、可靠。
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