环形微线电极单向走丝微细电解线切割技术研究

针对目前微细电解线切割加工由于加工间隙内传质受限导致加工效率极低的问题，本项目提出利用环形金属微丝作为工具电极在加工区始终沿重力方向运动，使加工过程中的传质效果始终是走丝强化传质与自然因素传质的有益叠加，从而显著增强传质能力，大幅提高加工效率。围绕提出的环形微线电极单向走丝微细电解线切割技术，本项目将深入揭示单向走丝条件下微加工间隙内关于物质迁移的机理和阳极材料的去除规律，建立微尺度空间内包括走丝强化传质和自然因素传质在内的物质输运方程；突破环形微线电极制备、微线电极走丝过程张力的精确控制、微加工间隙的在线检测与主动控制等关键技术，实现金属及合金材料高深宽比微结构的高品质、高效加工，进而推动我国金属微尺度产品制造业的更高水平发展。

为了强化加工间隙内电解产物的传质过程，提高微细电解线切割的加工精度和加工效率，本项目提出了走丝电解线切割加工方法，对走丝电解线切割加工的基础理论、试验系统以及关键技术进行了研究。以巴特勒-伏尔摩方程和电极电位变化规律为基础，建立了直流电解线切割加工的间隙模型；分析了加工间隙内电解产物对电解线切割加工精度的影响；建立了单向走丝电解线切割加工间隙流场的数学模型。采用冷压焊技术制备了首尾无缝对接的环形线电极；研制了高精度张力控制的恒张力走丝系统，实现了环形线电极张力的实时精确控制；通过实时检测加工过程中的电流信号，实现了加工状态的实时监控。深入系统开展了环形线电极单向走丝微细电解线切割加工试验研究，揭示了走丝速度、进给速度、电解液浓度、加工电压和工件厚度等因素对单向走丝微细电解线切割加工的影响规律；开展了阳极振动辅助走丝微细电解线切割技术试验研究，掌握了振动频率和振动幅值等参数对加工的影响规律。通过本项目的研究，实现了金属及合金材料微结构的高品质、高效加工，最高深宽比达66.7，最小切缝宽度达4.28μm，且稳定加工速度达到1μm/s。. 已发表学术论文8篇，录用待发表学术论文2篇，其中SCI、 EI源期刊5篇。获授权发明专利2项。已毕业博士研究生1名、硕士研究生3名，另有在读硕士研究生1名。