随着微机械系统的不断发展,金属微结构高效、高精度、高质量加工已成为目前制造科学研究的热点之一。近年来,国内外许多专家学者特别关注微细电解加工技术,期望利用其独特的加工原理和特性,实现对金属材料的高品质加工。微细电解线切割加工技术不仅继承了微细电解加工技术的可加工材料范围广、加工表面质量好、工具无损耗等优点,同时还省去了制备复杂阴极工具的工艺过程,缩短了加工前期准备时间,特别适合于制备形状复杂的、大深宽比的金属微结构/零件。微尺度加工间隙内产物的快速运输是提高微细电解线切割加工效率,改善加工质量最为有效的途径之一。本论文旨在通过强化微细电解线切割加工过程中微间隙内的传质速度,实现对金属微结构/零件的高品质加工,研究内容主要包括以下几个方面:(1)提出了表面织构化线电极微细电解切割加工技术。通过建立线电极轴向运丝微加工间隙内流场分布的等效分析模型,发现线电极壁面速度滑移会导致间隙内电解液流速降低,不利于电解加工产物的快速排出。建立了线电极壁面速度滑移等效分析模型,揭示出在电解加工过程中,线电极表面粘附的氢气泡对壁面速度滑移具有很大的影响,气泡尺寸越大和/或气泡层内含气率越高会导致线电极壁面速度滑移增大。通过对线电极壁面粘附的氢气泡进行受力分析,发现采用表面织构化线电极有助于促进氢气泡从线电极壁面脱附,减小壁面气泡层厚度及含气率,降低壁面速度滑移,增强微尺度加工间隙内的传质速度。(2)通过理论分析回转表面激光扫描加工的特点,设计了针对微细线电极回转表面激光扫描加工工艺方法,并成功在直径25μm和50μm的金属钨丝表面加工出有序且均匀分布的微织构。探讨了激光能量密度、扫描间距和扫描速度对微织构形貌及织构化区域润湿性能的影响,最终制备出具有不同表面亲水性的织构化微细线电极。(3)开展了表面织构化线电极超短脉冲微细电解切割加工试验研究。结果表明,通过选择合适的加工参数,采用表面织构化线电极能够有效提高微细电解切割加工的加工效率、缝宽均匀性及表面质量。织构化微细线电极表面越亲水,稳定加工的最大进给速度越快,加工缝宽均匀性越好。采用表面织构化线电极的最大进给速度达到了0.5μm/s,是采用光滑线电极的2.5倍。(4)提出了线电极间歇回退辅助轴向运丝微细电解切割加工技术。通过流场仿真,分析了线电极间歇回退辅助轴向运丝微尺度加工间隙内流场分布的特点,并进行了试验验证。结果表明,该方法能够有效增强微加工间隙内电解产物的排出速度,提高加工效率,改善缝宽均匀性。探讨了线电极回退距离、回退速度和单次进给量对加工缝宽、缝宽标准差及加工效率的影响规律。采用优化后的工艺参数,在厚100μm的304不锈钢基体上加工出缝宽13.8μm、缝宽标准差0.53μm、表面粗糙度R_a 0.042μm的高质量群缝微结构,且各微缝之间具有良好的缝宽一致性。(5)提出了多线电极轴向高速运丝微细电解线切割加工技术。分析了线电极运丝速度对壁面速度滑移和加工间隙内传质速度的影响。研究了采用高频窄脉冲进行加工时,脉冲频率、占空比、线电极数量和运丝幅值等参数对加工缝宽、进给速度和总加工速度的影响规律。最终实现了15根线电极同时加工,总加工速度达到了75μm/s。采用15根直径50μm的线电极,在3mm厚的工件上加工出深宽比20的阵列梳齿微结构;采用7根线电极,一次加工出多个粗糙度R_a仅为0.128μm的“X”型微零件。