运用悬浮B₄C磨粒电解液的三维叠层微电极振动辅助电解加工

【作者】 伍朝志； 伍晓宇； 雷建国； 徐斌； 江凯； 钟金明； 刁东风； 阮双琛；

【机构】 深圳大学机电与控制工程学院；

【摘要】 针对三维微电极难以实现大深宽比三维微型腔电解加工的问题,提出在电解液中添加碳化硼(W1)磨粒且采用三维叠层微电极振动辅助微细电解加工微型腔。第一,制备三维微电极。(1)根据所需加工的微型腔结构,设计相应的三维微电极。然后,将其沿纵向离散成薄片,得到二维薄片数量和各层轮廓几何坐标数据。(2)将所得几何坐标数据导入线切割机系统中,在一组叠层铜箔坯料上进行逐层切割,从而得到多层二维微结构。具体切割过程如下:首先,将叠层铜箔坯料的一端用微细电阻焊焊合后用夹具固定,另一端的第一层铜箔坯料在夹具上进行平铺固定,为了避免切割干涉,其余铜箔坯料通过挡块使其向上弹性弯曲固定;第一层切割完成后,通过挡块使其向下弹性弯曲固定,同时将第二层平铺固定在夹具上进行切割;反复操作以上步骤,直至完成对所有铜箔坯料的切割。(3)将所得多层二维微结构浸没于无水乙醇,用超声波清洗3 min。待其在室温下干燥后,放置于表面平整的两石墨块之间,并维持36 kPa的恒定压力,然后置于真空炉中加热至950℃并保温6 h进行热扩散焊连接,从而获得三维叠层微电极。特别是,本文所设计三维叠层微电极的上下底面分别切割出矩形孔,有利于电解产物的顺利排出和电解液的及时更新,同时也可减小该方向的加工间隙和微型腔侧壁斜度。此外,在三维微电极另一方向的非加工面切割出倒斜度,以便减小该方向的加工间隙和斜度。第二,使用制备的三维微电极进行微细电解加工。全过程分为两步:(1)微型腔电解加工,设置电压为25 V,进给速度为0.3μm/s,振幅为10μm和振动频率为10 Hz等参数,以单向进给方式电解加工给定深度的三维微型腔,在加工过程中通过磨粒的振动磨削去除电极和微型腔表面的电化学反应附着物,使电解加工得以高效平稳进行。(2)微型腔表面研磨,降低加工表面粗糙度。另外,本文分别探究了振幅(6-12μm),振动频率(10-200 Hz)和研磨时间(0-90min)对微型腔表面质量的影响。实验结果表明,研磨时间为30 min,振幅为10μm,振动频率为30 Hz时,得到的微型腔表面粗糙度较小(为0.216μm)。最后,采用最优的工艺参数进行微细电解加工,获得深度为800μm、分别含半圆柱和矩形孤岛的三维微型腔。更多还原