模板射流电解加工微沟槽实验研究

【作者】 董邦彦； 郭钟宁； 范国超； 陈晓磊；

【机构】 广东工业大学机电工程学院；

【摘要】 随着科技的不断发展,人们对微观世界的探索进一步深入。微沟槽作为一种典型微尺度结构大量应用于微传感器、微芯片、微流体器件以及微型燃料电池等关键零部件。如何实现复杂形状微沟槽的精密、高效、低成本制造成为研究的热点。电解加工因具有无应力接触、无切削热、无工具电极损耗、可实现离子级别的材料去除等特点,在金属微结构加工方面优势明显。针对现有掩模电解加工中掩模制作工艺复杂、电解产物排除困难、沟槽长度方向尺寸一致性差等问题,提出一种模板射流电解加工微沟槽结构新方法。该方法将带有单个或单排微通孔结构的模板与金属喷嘴集成为一体,加工过程中保持模板与工件表面接触,电解液通过喷嘴高速喷入模板微通孔到达工件表面,通过控制喷嘴与工件之间的相对运动便可由点到线扫描加工出复杂曲线形或阵列微沟槽结构。重点研究了不同加工参数,包括脉冲频率、占空比以及喷嘴扫描速度等对微沟槽加工尺寸及材料去除率的影响。实验结果表明:(1)脉冲占空比对微沟槽加工过切量和深度影响比较显著,而脉冲频率对加工尺寸影响不明显。当减小脉冲占空比时微沟槽加工过切量和深度均减小,在20%占空比下加工微沟槽过切量最小。(2)在相同扫描速度下,当脉冲占空比从20%增大到80%时,相应的有效加工时间增加,但脉冲间隔时间减少,不利于加工过程中电解液更新和电解产物的排除,从而导致有效材料去除率降低。(3)提高喷嘴扫描速度在一定程度上可以提高材料去除率,但同时也会导致微沟槽加工深度过浅,不能满足加工要求。最终通过参数优选,在脉冲电源电压30 V、脉冲频率1 kHz、占空比20%、扫描速度20μm/s的条件下成功加工出平均槽宽90μm,平均槽深20μm的弯曲蛇形、直线和交叉阵列形微沟槽结构,验证了该方法的有效性。更多还原