基于界面酸化的微细电解加工用脉冲电源设计.docx资源-CSDN文库

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金属合金材料在制造业中占有重要地位。随着金属合金材料性能的不断提

升,在一些高端设备中,微小精密金属合金器件被大量使用于设备的核心部件中。

高端设备中,异形合金器件的尺寸在几十到几百微米之间,其性能决定着整个设

备的质量。以上所述合金器件主要是孔径为 0.1~0.2 mm、深度为 0.1~0.5 mm

的微孔或微槽。器件的主要要求为表面粗糙度小、尺寸精度高、无加工重熔层。

电解加工蚀除机理是利用氧化还原反应,以离子形式蚀除加工工件,因此能将加

工精度控制在微米和纳米尺寸。电解加工在面对合金材料微三维结构的加工中

具有显著优势

[1,2,3]

。

微细电解加工过程中脉冲电源性能对提高加工工艺水平起着决定性作用。

采用高频脉冲电源是提高加工质量和加工精度的重要手段之一

[4,5,6,7,8]

。针对阻

碍高频脉冲电源技术快速发展的难点,国内外学者进行了大量研究

[9,10,11,12]

。利

用双路 MOSFET 构成的斩波电路脉冲电源虽然在脉间期内泄放掉了极间的残

余电压,提高了工件的加工精度,但电解液中工具电极电作用面积小于工件电极

电作用面积,能量利用率低。利用 4 路 MOSFET 构成的斩波电路能在脉间期内

快速去极化,提高加工质量,但工具电极电作用面积小于工件电极电作用面积。

此外,利用两电极电源在脉间期施加反向电压会造成工具电极的损耗。带有平

衡电极的三电极脉冲电源解决了工具电极与工件电极加工表面的不对称性造

成的电流利用率低问题,提高了加工效率,但出现了杂散腐蚀问题,导致平衡电

极对应的工件电极处表面质量变差。目前,在微细电解加工脉冲电源技术中,面

临着在提高工件蚀除速率的情况下,需要统筹加工定域性的问题。

本文从微细电解加工原理出发,研究微细电解加工机理中界面酸性化特征,

寻找工件电极/电解液界面加酸对去除增厚的钝化膜、溶解加工产物、提升电

解液电导率的关系,继而提升工件蚀除速率和工件外观形貌。本文研制出具有

脉间输出能力的三电极高频脉冲电源,并与双电极脉冲电源进行微细电解加工

对比实验。实验证明了脉间期工件电极/电解液界面加酸工作机理的正确性及

三电极脉冲电源的可靠性。

1 脉间界面酸化特性机理

1.1 电解加工基本原理

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