微细电解加工技术的概况与展望

微细电解加工技术的概况与展望 谢岩甫,刘 � 壮,陈 � 伟 ( 南京航空航天大学机电学院,江苏南京 210016 ) � � 摘要: 概括总结了微细电解加工的典型技术, 综合分析了近几年微细电解加工技术的研究成果 和最新进展,包括脉冲电源、新型电解液、复合加工、微器件加工以及基础理论等方面,展望了其未 来的研究重点和发展趋势。 关键词:微细电解加工;技术概况;展望 中图分类号: TG662 � � 文献标识码: A � � 文章编号: 1009- 279X( 2010) 06- 0001- 06 The Overview and Prospect of the Micro Electrochemical Machining Technology Xie Yanfu, Liu Zhuang, Chen Wei ( Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China ) Abstract:This paper reviews the typical technology of micro electrochemical machining(ECM) , and sum� marizes the study situat ion and the recent advancement of micro ECM in recent years, including pulse power, new electrolyte, hybrid processed, micro components machining and fundamental theories and so on. The focus research and the future trend of micro ECM are presented in this paper. Key words:micro ECM; technical overview; prospect � � 随着现代科学技术的发展,产品功能集成化、结 构小型化的要求越来越显重要, 越来越多的微细结 构出现在工业应用中, 微细加工的研究得到了广泛 的重视。近几年来,由于许多其他领域新技术新工 艺的引入以及对电解加工过程机理的更深入研究, 电解加工一改原来加工精度不高的特点, 被应用于 高精度微细结构的加工中, 在微细电解技术方面的 研究迅速发展起来。 1 � 典型微细电解加工技术 电解加工是利用金属在电解液中发生电化学阳 极溶解的原理对材料进行腐蚀成形的加工方法。从 加工机理上看, 工件阳极上的金属原子在加工中不 断地失去电子成为离子而从工件上溶解, 其材料的 减少过程以离子的形式进行, 这种微离子去除方式 使电解加工具有微细加工能力。又因为电解加工过 收稿日期: 2010- 05- 14 第一作者简介: 谢岩甫,男, 1981年生,硕士研究生。 程中工具电极和工件不接触,具有加工材料范围广 泛,不受材料强度、硬度、韧性的影响,工件 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面无加 工应力、无变形以及热影响区、无工具电极损耗、加 工表面质量好等一系列独特的优点[ 1] , 微细电解加 工技术是当前电化学加工领域中最活跃也是最热点 的研究方向[ 2]。近几年来,微细电解加工技术延续 了 20世纪 90年代以来的良好发展势头, 工艺技术 水平和设备性能均得到了稳步发展, 应用领域进一 步扩展。下面简要对几种典型微细电解加工技术进 行介绍和讨论。 1. 1 � 掩膜微细电解加工 掩膜微细电解加工是结合了掩膜光刻技术的电 解加工方法。它是在工件的表面(单面或双面)涂敷 一层光刻胶,经过光刻显影后,工件上形成具有一定 图案的裸露表面, 然后通过束流电解加工或浸液电 解加工,选择性地溶解未被光刻胶保护的裸露部分, 最终加工出所需形状工件[ 3]。由于金属溶解是各向 同性的,金属在径向溶解的同时也横向被溶解, 因此 研究如何控制溶解形状、尽量减少横向溶解等对保 �1� 综 � 述 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 电加工与模具! 2010 年第 6期 证掩膜微细电解的加工精度非常重要[ 4- 6]。为了提 高加工速度和加工精度, 可在工件两面都覆盖一层 图案完全相同的掩膜, 从两边相向同时进行溶解。 图1是单面和双面掩膜电解加工的微孔[ 7] , 图 2是 掩膜微细电解加工出的微传感器[ 8]。 1. 2 � 电液流微细电解加工 电液流微细加工是在金属管电极加工小孔的基 础上发展起来的一种微细电解加工方法, 主要用于 加工航空工业中的各种小孔结构[ 9]。电液流加工 时,采用呈收敛形状的绝缘玻璃管喷嘴抑制电化学 反应的杂散腐蚀,高压电解液由玻璃管中的高压金 属丝极化后,高速射向工件待加工部位,利用高电压 电场进行金属的电化学去除加工。 玻璃管电极是电射流加工的主要工具。玻璃管 的直径大小决定了电射流加工的尺度, 通常加工孔 径为 0. 13~ 1. 30 mm。据国外报道, 可加工最小孔 径为0. 025 mm, 加工精度为孔径的 ∀ 5% 或 ∀ 0. 025 mm。电射流加工技术非常适合加工航空发动 机高温涡轮叶片的深小孔、孔轴线与表面夹角很小 的斜孔和群孔[ 3- 6]等。电液流加工方法不存在切削 力,因此可对薄壁零件进行切割。由于玻璃管阴极 的制造工艺限制了阴极直径尺寸不可能任意缩小, 从而大大限制了电液束加工的能力。采用阴极不进 给的方式,加工孔径不受电极直径尺寸的限制, 故可 加工出直径小于 0. 1 mm 的微孔, 但加工深度很有 限。而采用阴极进给方式,加工孔径至少要大于阴 极管的外径。目前的研究水平表明, 对于直径为 0. 2 mm以上的微孔,采用阴极进给方式加工, 可加工出 深径比为100#1的深小孔[ 9- 11]。 1. 3 � EFAB技术 EFAB( Electrochemical Fabricat ion)制作技术是由 美国南加州大学信息研究所的 Adam Coben 等人于 1999年提出的。它是基于 SFF( Solid Freeform Fabri� cation)的分层制造原理, 用一系列实时的掩模板选 择性电沉积金属将微结构层层堆积起来, 这些实时 的掩模板是通过将光刻胶涂于金属衬底上,经光刻 显影后形成的。在电沉积时,掩模板的衬底作为电 铸阳极, 这与 LIGA 和准 LIGA技术中的掩模电铸是 完全不同的[ 12]。利用 EFAB 制作三维金属微结构 需循环进行选择性电沉积、平铺电沉积和平坦化 3 个步骤以及最后的选择性刻蚀, 选择性电沉积和平 铺电沉积的金属, 既可是结构金属也可是牺牲层金 属,它克服了 LIGA 和准 LIGA只能加工简单平面三 维的缺点,能加工真正的三维图形,因而具有很好发 展前景。但 EFAB也存在着加工过程非常复杂、步 骤繁多的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,这使制造费用极其昂贵。 1. 4 � 约束刻蚀剂层技术 约束刻蚀剂层技术( Confined Etchant Layer Tech� nique, 简称 CELT)是 1992年由厦门大学的田昭武院 士等人提出的。该技术将传统的各向同性的湿法化 学刻蚀变为具有距离敏感性的化学刻蚀, 能在不同 的材料(半导体、金属和绝缘材料)上实现复杂三维 微图形的复制加工,已成功地在 Si、Cu、GaAs等材料 上加工出复杂三维立体结构。其加工的基本原理 是:利用电化学或光化学反应在三维图形的模板表 面产生刻蚀剂,当刻蚀剂向溶液中扩散时,与溶液中 的捕捉剂迅速发生反应, 致使刻蚀剂几乎无法从模 板表面往溶液深处扩散, 从而把刻蚀剂紧紧地约束 在模板表面轮廓附近的很小区域内。当模板逐步靠 近待加工材料的表面时, 被约束的刻蚀剂就能和待 �2� 电加工与模具! 2010 年第 6期 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 综 � 述 加工基底的表面发生化学反应, 从而加工出与模板 互补的三维微图形。图 3是利用规整的齿状结构为 模板、在 Cu的表面上加工的三维微结构, 其结构与 齿状模板互补。 图 3 � 利用 CELT方法在 Cu表面加工的三维微结构 该技术的最大特点: 一是具有距离敏感性,加工 精度能达到亚微米至纳米级; 二是可实现批量复制; 三是加工出的图形表面具有连续性,可加工出球面、 锥形等复杂的三维结构; 四是不必使用掩膜模板, 省 去了掩膜的精确定位和对准等工序。但该加工方法 也存在着两个问题:需采用其他技术制作加工所需 的高精密模板以及选择合适的刻蚀系统, 使其达到 纳米级精度刻蚀[ 13]。 1. 5 � 脉冲微细电解加工技术 虽然电解加工利用电化学溶解蚀除的方式加 工,理论上可达到离子级的加工精度,在加工质量上 又具有很多优点,但加工中在阳极工件表面不管是 加工区还是非加工区只要有电流通过, 都会发生电 化学反应,造成杂散腐蚀。因此,将其应用于微细加 工领域,必须解决杂散腐蚀的问题,提高电化学反应 的定域蚀除能力。早期研究发现,脉冲电解可提高 溶解的定域性和过程稳定性, 但对脉冲宽度在溶解 定域性上起多大作用及其起作用的具体机理并不清 楚。后来研究发现,脉冲电解中采用脉宽为毫秒级 和微秒级的脉冲,可使电流效率�电流密度曲线的斜 率增大,加工过程的非线性效应增强,工件溶解的定 域性得到提高, 有利于提高加工精度[ 14- 16]。 随着纳秒脉冲电源的应用,微细电解加工得以 向更细微化的方向发展。德国 Fritz- Haber 研究所 的R. Schuster、V.Kirchner等人采用脉冲宽度为纳秒 级的超短脉冲电流进行电化学微细加工新技术, 成 功地加工出了数微米尺寸的微细零件, 加工精度可 达几百纳米,充分发挥了脉冲电流微细电解加工的 潜力。该技术根据电化学测试技术,在电解加工系 统中又增加了参比电极和辅助电极,用电化学恒电 位仪严格监控工具和工件的电极电位(将工具电位 控制在被加工金属的平衡电位, 工件电位控制在高 于工具电位 0. 2 V) ; 通过对极间电流波形的高速采 样精密控制加工间隙至 1 �m, 使用超短脉冲(脉宽 30 ns、占空比 1#10)小容量电源提供能量, 实现了亚 微米级精度的电化学加工。图 4a 是用直径 10 �m 的铂丝在铜板上加工出的微结构, 底部平台上的棱 柱为5 �m ∃ 10 �m ∃ 12 �m; 图 4b是在 0. 2 mol/ L 的 HCl电解液中, 用直径2 �m钨丝电极、3 ns脉宽加工 出的微螺旋结构, 深度为 5 �m[ 17]。 ( a) ( b) 图4 � 超短脉冲微细电解加工的微细结构 1. 6 � 其他有关微细电解加工的研究进展 基于扫描探针显微术的微细电解加工技术近年 来受到广泛关注, 其中既有基于扫描电化学显微镜 ( SECM)的,也有基于扫描隧道显微镜( STM )的, 不 过基本上都是处于实验室研究阶段。该方法的特点 是加工尺度可达微米级以下,显示出微细电解加工 技术在微/纳加工领域的潜能。加工中的阴极通常 采用电化学腐蚀得到的探针电极, 探针的形状和尺 寸对加工的分辨率和加工质量有很大影响,探针针 尖尺寸可小至纳米级。日本研究人员采用 STM 进 行电解腐蚀, 加工出深 100 nm、宽 200~ 300 nm 的微 槽[ 18]。也有人尝试采用激光与 STM 联用进行电解 微/纳米材料加工的新方法。考虑到采用 STM进行 微细电解加工对设备和加工条件要求苛刻,有人提 出相对简单的基于扫描离子电导显微术的电解微细 加工方法:采用内部充满电解液的微滴管作为微探 针,微滴管的尖端口径从 0. 1 �m 到数十微米不等, 在微滴管内设置一金属电极构成阴极, 通过反馈控 制电路保持微滴管与阳极表面的间距恒定,移动微 滴管以不同路径横向扫描阳极, 即可在阳极表面加 工出任意形状的点、线、面结构[ 19]。 2 � 微细电解加工的最新成果 随着对微细电解加工机理研究的深入, 结合微 �3� 综 � 述 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 电加工与模具! 2010 年第 6期 细电解加工的特点, 综合运用现代控制技术理论、控 制检测设备以及高效精确的电源设备, 使电解加工 在微细领域的加工能力进一步提高,加工效率、加工 质量以及加工稳定性得到全面提升,主要的研究成 果和进展如下。 2. 1 � 基于纳秒级脉冲和高频群脉冲电源的微细电 解加工试验研究 基于高频窄脉冲的微细电解试验国外起步较 早, 取得了一定的成果。而国内起步较晚, 近几年 来,国内一些科研院校和机构也对纳秒脉冲电源、高 频窄脉冲电源和高频群脉冲电源的微细电解加工技 术进行了深入研究,包括加工机理、试验分析、加工 定域性分析等方面[ 20- 25] , 并成功地加工出一些微 细结构(图 5 和图 6)。其中图 5a 为选用质量浓度 10 g/ L 的NaNO3 溶液,加工电压为 5. 5 V、脉宽与脉 间都为 40 �s的脉冲电源, 在厚度为 300 �m 不锈钢 ( SUS304)上加工出宽约为 60 �m的曲梁; 图 5b是在 镍板上加工出的复杂几何轮廓的 SEM照片,电极直 径为 10 �m, 电解液浓度为 0. 2 mol/L 的 HCl溶液, 加工电压 3. 8 V, 脉宽40 ns,频率2MHz,每个字母的 大小为高 90 �m、宽60 �m,字母线条的宽度为20 �m 左右。图 6为利用高频群脉冲电源微细电解加工出 微细工件, 其中选用脉冲电压幅值 10 V,主脉冲频 率20 kHz,调制脉冲频率 1 kHz,所加工的 130 �m 的 微细槽(图 6a) , 精度为8 �m、模数为0. 2 mm 的齿轮 工件(图 6b) 的齿型和D形孔的精度为 10 �m左右。 ( a) (b) 图 5� 高频脉冲微细电解加工的微细结构 2. 2 � 超纯水微细电解加工试验研究 超纯水电解加工是在常规电解加工原理的基础 上,利用超纯水作电解液,并采用强酸性阳离子交换 膜来提高超纯水中OH- 离子浓度,使电流密度达到 足够去除材料的一种新型电解加工工艺方法[ 26]。 日本学者率先提出以超纯水代替常规电解液, 实现 绿色、微细电解加工的思想。国内学者近年来也开 展了超纯水电解加工机理[ 26- 30]、超纯水小孔电解 加工[ 27- 28]、超纯水电化学扫描直写加工[ 31]、超声辅 助纯水微细电解加工[ 32]等研究,为超纯水电解加工 的应用奠定了基础。图 7为超纯水微细电解加工出 的字母样本, 这说明超纯水微细电解加工能实现微 米级的加工。 2. 3 � 微细电解复合加工技术试验研究 复合电解加工是指那些基于电化学阳极溶解与 其他加工作用(如机械研磨、电火花加工、超声加工、 磁力研磨)相复合的加工方法。由于两种或者多种 加工作用的复合, 则加工作用相互促进,取长补短, 增强了加工能力、扩大了加工范围,可全面实现高质 量、高效率、低成本的要求。而最近几年在微细制造 和加工方面, 有关微细电解复合加工方面的研究越 来越多, 有效地提升了加工的效率和精度。目前主 要集中在电解与超声复合、电解与电火花复合、电解 与线切割复合等加工工艺研究上。其中试验研究证 明,微细复合电解加工技术在对某些特殊材料(如硬 质合金)的加工方面具有比单一超声加工、单一电解 加工工艺更强的技术优势, 能获得较好的加工精度、 表面质量和生产效率[ 33]。利用微细电火花和微细 电化学组合加工工艺对加工微细阵列轴孔的分析和 研究,在加工过程中通过适度间歇抬刀、超声振动、 循环流动工作液等方法,较好地解决了微弧放电、排 �4� 电加工与模具! 2010 年第 6期 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 综 � 述 屑、加工区温度过高等加工难题, 获得了质量较好 的、大小在 30~ 100 �m 的阵列孔, 从而实现了微细 阵列轴孔的电火花、电化学组合加工,为大规模微细 阵列轴孔的加工开辟了高效、可行的新工艺方 法[ 34]。国内研究机构对微细电解线切割加工工艺 的基础研究,也取得了较好的效果[ 35]。 2. 4 � 结合工业实际对微细部件的电解加工试验研 究 随着航空、汽车、生物医疗等工业的发展, 一些 微细部件如微坑、微细网孔等被广泛应用。近几年 来,结合工业方面的需求,院校和科研机构也加大这 方面的研究力度,不再一味地追求微细电解加工的 极限能力, 而是有侧重地结合实际需要, 如何更有 效、更经济、更稳定地加工出微细部件。主要集中在 蜂窝状微坑、微细槽、微细轴、微细群孔和具有一定 结构的微器件上,并取得了一定的成果[ 36- 41]。 2. 5 � 关于微细电解加工的基础理论试验研究 为了提高微细电解加工的精度、效率及改善加 工过程的稳定性,国内外研究机构进行了大量基础 理论研究: 使用绝缘掩模屏蔽保护工件上不需加工 的部位,以制作高精度的阵列型孔或复杂图形[ 42] ; 电极侧壁形成绝缘层来降低杂散腐蚀, 减小侧壁锥 度和孔径, 提高加工的尺寸精度[ 43] ;利用高频窄脉 冲或超短脉冲提高微细电解加工的定域性, 进行微 米/ 亚微米精度的加工[ 44] ;利用工具电极高速旋转 增强电解液搅拌, 提高加工稳定性和效率[ 45] ; 使工 件作微量偏心摇动以匀化电解液液流, 增强加工稳 定性、提高加工精度等[ 46] ; 利用工具电极间隙回退 和周期性跳跃来移除电解产物, 增强电解液更新的 方法, 提高加工稳定性、效率以及加工精度[ 47- 49] ; 分析电解产物对微细电解加工的影响[ 50]等。 2. 6 � 有关微细电解加工的其他研究进展 结合微细电解加工发展的方向, 一些科研机构 逐步开发自己的微细电解加工系统:哈尔滨工业大 学开发了多功能三维微细电解加工系统[ 51] ,南京航 空航天大学研制了电化学微细加工监控系统[ 52]和 阴极周期往复运动的微细电解加工系统[ 53] ;加大了 电解加工间隙的检测和监控方法研究力度: 利用循 环迭代间隙控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,快速调整工具进给速度,使之 近似等于工件去除速度, 从而精确地维持恒定的小 间隙, 并利用虚拟仪器技术构建电解加工控制系 统[ 54] ;利用加工电流和流体作用在阴极上的六维力 为研究参数,用最小二乘多变元线性拟合法建立适 当的关系方程式, 在 15 %的误差范围内可用于在线 检测加工间隙[ 55- 56] ; 特别是针对高频窄脉冲电化 学加工,对加工间隙进行建模分析,提出间隙平均电 流检测法,从而精确地维持恒定的小间隙,实现快速 稳定的加工[ 57- 58]。研究对象除了普通金属材料 外,还涉及硬质合金、纯钛和半导体等。 3 � 未来展望 综合分析了微细电解加工的发展现状, 可看到 电解加工在微细领域的加工能力呈加速发展趋势。 未来一段时间内, 微细电解加工的研究重点和发展 趋势主要会集中在以下几个方面: ( 1)进一步完善硬件系统,如微进给系统和微控 制工作台的性能和可靠性的提升, 加工过程自动检 测与适应控制研发的深化。 ( 2)加大微细电解加工机理的研究, 尤其是在 中、高频脉冲电流条件下,微细加工电化学反应系统 动力学等方面的研究。 ( 3)重点加强微细电解在加工三维形状能力上 的研究,使其微细加工能力更加广泛和具有竞争力。 ( 4)脉冲电源的深化研发,微秒级脉冲电源的工 程化完善以及推广应用,纳秒级脉冲电源、群脉冲电 源的性能完善。 ( 5)微细电极的研发制备。加强对微小电极制 备工艺的研究,特别是具有一定形状的微细电极制 备研究。 ( 6)新型电解液的试验研究。针对绿色制造,加 大对新型无污染电解液的研发力度。 ( 7)理论成果向实际应用的转化。目前大部分 的微细电解理论试验成果,还没有转化为实际的应 用,应尽快由实验室向工业应用转移,使之真正成为 生产力。 参考文献: [ 1] � 刘晋春,赵家齐,赵万生. 特种加工[ M ] . 北京:机械工业出版 社, 2000. [ 2] � 陈远龙,张超, 王天霁. 电化学加工技术与展望 [ C] / /第 13 届 全国特种加工学术会议 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 集. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版 社, 2009: 22- 25. [ 3] � Mineta T. Electrochemical etching of a shape memory al loy using new electrolyte solut ions[ J] . Journal of M icromechanics and Microengineer� ing, 2004, 14: 76- 80. [ 4] � Datta M. Fabricat ion of an array of precision nozzles by through�mask electro chemical micromachining[ J] . Journal of Electrochemical Soci� ety, 1995, 142( 11) : 655- 669. �5� 综 � 述 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 电加工与模具! 2010 年第 6期 [ 5] � Datta M ,Romankiw L T. Electrochemical micromachining tool and pro� cess for through�mask patterning of thin metallic films supported by non�conduct ing or poorly conducting surfaces: US, 5284554[ P] . 1994 - 02- 08. [ 6] � Shenoy R V, Datta M. Effect of mask wall angle on shape evolution during through�mask elect rochemical micromachining [ J ] . Journal of Electrochemical Society, 1996, 143: 544- 549. [ 7] � Datta M . Microfabricat ion by electrochemical metal removal[ J] . IBM Journal of Research and Development, 1998, 42( 5) : 655- 669. [ 8] � Mineta T. Electrochemical etching of a shape memory alloy using new electrolyte solutions[ J] . Journal of Micromechanics andMicroengineer� ing, 2004, 14: 76- 80. [ 9] � 施文轩,张明歧,殷 . 电液束加工工艺的研究及其发展 [ J] . 航空制造技术, 2001( 6) : 25- 27. [ 10] � Kozak J, Rajurkar K P, Balkrishna R. Study of elect rochemical jet machining process[ J] . Transact ions of the ASME, 1996, 118: 490- 499. [ 11] � 施文轩,张明歧, 殷 ,等. 电射流加工工艺研究和发展 [ J] . 电加工与模具, 2001( 1) : 36- 39. [ 12] � Cohen A, Frodis U, Tseng F G, et al. EFAB: Low�cost , automated electrochemical batch fabrication of arbitrary 3D microstructures [ J] . Proc. SPIE, 1999, 3874: 236- 247. [ 13] � 田昭武,林华水, 孙建军,等. 微系统科技的发展及电化学的 新应用[ J] . 电化学, 2001, 7(1) : 1- 9. [ 14] � 王建业. 高频窄脉冲电解加工的机理研究[ J] . 华南理工大学 学报(自然科学版) , 2002, 30( 1) : 6- 11. [ 15] � Rybalko A V, Dikusar A. Electrochemical machining with microsec� ond pulses [ J] . Proceedings of the ISEM- 11, 1995: 491- 504. [ 16] � Kozak J,Rajurkar K P, Makkar Y. Selected problems of micro elec� trochemical machining [ J] . Journal of Materials Processing Technolo� gy, 2004, 149(1- 3) : 426- 431. [ 17] � Kock M, Kirchner V, Schuster R. Electrochemical micromachining with ultrashort voltage pulses � a versatile method with l ithographical precision [ J ] . Elect rochimica Acta, 2003, 48 ( 20- 22 ) : 3213- 3219. [ 18] � Suda M, Nakajima K, Furuta K, et al. Electrochemical and optical processing of microstructures by scaning probe microscopy ( SPM) [ J] . Proceedings of IEEE MEMS, 1996: 296- 300. [ 19] � 章海军,黄峰. 基于扫描离子电导显微术的电化学微细加工 方法[ J] . 电子显微学报, 1999, 18( 1) : 90- 93. [ 20] � 张朝阳,朱荻,王明环. 纳秒脉冲微细电化学加工的理论及试 验[ J] . 机械工程学报, 2007, 43: 208- 213. [ 21] � 王贤成,狄士春. 高频窄脉冲微细电解加工实验研究 [ J] . 机 械工程师, 2004(7) : 40- 42. [ 22] � 谢晓芬,朱荻,曲宁松,等. 纳秒级脉冲电流电解加工定域性 的实验研究[ J] . 电加工与模具, 2006( 2) : 23- 26. [ 23] � 李小海,王振龙,赵万生. 基于多功能加工平台的微细电解加 工工艺[ J] . 上海交通大学学报, 2006, 40( 6) : 909- 913. [ 24] � 付伟,张之敬,温楠. 微细工件的高频群脉冲 ECLM试验研究 [ J] . 微细加工技术, 2007( 5) : 22- 25. [ 25] � 唐兴伦,张之敬,王建平,等. 高频群脉冲电化学微小型加工 中的反向电流与压力波[ J] . 中国工程机械, 2004, 15( 21) : 3- 8. [ 26] � 鲍怀谦,徐家文. 超纯水电解加工机理及工艺基础[ J] . 化工 学报, 2006, 57( 3) : 626- 629. [ 27] � 李颖,徐家文,彭思平. 超纯水微细电解加工的基础研究[ J ] . 电加工与模具, 2005( 3) : 27- 29. [ 28] � 鲍怀谦,徐家文,曹连民. 超纯水微细电解加工的可行性研究 [ J] . 哈尔滨工业大学学报, 2009, 41(5) : 234- 237. [29] � 鲍怀谦,徐家文. 基于超纯水电解加工的水解离机理研究 [ J] . 宇航材料与工艺, 2006( 5) : 58- 60. [ 30] � 刘云飞,朱荻,曲宁松. 基于双极膜水解离的超纯水电解加工 研究[ J] . 电加工与模具, 2007(3) : 24- 26. [31] � 鲍怀谦,徐家文. 基于超纯水电化学加工的扫描直写技术 [ J] . 纳米技术与精密工程, 2008, 6(4) : 312- 315. [ 32] � 鲍怀谦,徐家文,王昌田. 超声辅助纯水微细电解加工[ J] . 山 东大学学报(工学版) , 2008, 38( 6) : 30- 36. [ 33] � 李红英,云乃彰,朱永伟. 超声电解复合微细加工硬质合金试 验研究[ J] . 航空制造技术, 2009(1) : 78- 82. [ 34] � 翁浩明,王振龙. 微细陈列方形轴孔的电火花和电化学组合 加工工艺研究[ J] . 电加工与模具, 2007( 5) : 5- 8. [ 35] � 王昆,朱荻,张朝阳. 微细电解线切割加工的基础研究[ J] . 中 国机械工程, 2007, 18( 7) : 833- 837. [ 36] � 王磊,朱荻,曲宁松,等. 金属微孔网板微细电解加工技术研 究[ J] . 电加工与模具, 2007( 2) : 24- 27. [ 37] � 王光强,朱荻,曲宁松. 蜂窝状微坑结构的电化学加工研究 [ J] . 电加工与模具, 2007(2) : 32- 34. [ 38] � 陈伟. 薄片复杂细槽的微细电解加工[ J ] . 机械工程师, 2007 ( 10) : 118- 119. [ 39] � 朱保国,王振龙. 微细轴电加工技术[ J ] . 电加工与模具, 2005 ( 4) : 1- 4. [ 40] � 胡建华,汪炜. 纯钛微细群孔的超声辅助光刻电解技术[ J ] . 中国机械工程, 2008, 19( 22) : 2670- 2672. [ 41] � 王磊,朱荻,曲宁松, 等. 电化学腐蚀法制备微细群圆柱[ J ] . 机械科学与技术, 2007, 26( 7) : 856- 861. [ 42] � Datta M, Landolt D. Fundamental aspects and applications of elect ro� chemical microfabrication [ J ] . Elect rochimica Acta, 2000, 45( 15- 16) : 2535- 2558. [ 43] � Li Yong, Zheng Yunfei,Yang Guanga, et al . Localized elect ro�chemi� cal micromachining with gap control [ J ] . Sensors and Actuators, 2003, 108: 144- 148. [ 44] � Schuster R, Kirchner V, Allongue P, et al. Elect rochemical microma� chining [ J] . Science, 2000, 289: 98- 101. [ 45] � 王明环,朱荻,徐惠宇. 微螺旋电极在改善微细电解加工性能 中的应用[ J] . 机械科学与技术, 2006, 25(3) : 348- 351. [ 46] � Rajurkar K P, Zhu Di,McGeough J A, et al. Improvement of elect ro� chemical machining accuracy by using orbital electrode movement [ J] . CIRP Annals Manufacturing Technology, 1999, 48 ( 1) : 139- 142. (下转第35页) �6� 电加工与模具!2010 年第 6 期 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 %研究 应力为主。由于激光焊接能量密度大、焊接速度快、 奥氏体不锈钢导热系数低, 导致焊缝两侧和母材之 间形成了很大的温度梯度。大的温度梯度和自身较 大的热膨胀系数导致其残余应力分布梯度较大。 4. 2 � 线能量对 T型接头残余应力分布的影响 焊接熔池在冷却过程中, 由于低温区金属对高 温区金属有一个阻碍作用, 使平衡焊缝金属的热收 缩受阻产生拉应力,而此时焊缝金属的热收缩受阻 产生拉应力,且此时焊缝金属温度处于力学熔点, 所 以产生了拉伸塑性变形; 当焊缝金属冷却至弹性温 度以内时, 产生了弹性拉伸应变和拉伸应力。拉伸 塑性应变最大值在熔合线处[ 6] , 此处的残余拉应力 也最大。比较试件 1和试件 2的焊接工艺参数和残 余应力分布规律, 可看出, 随着焊接线能量的增加, 纵向残余拉应力峰值降低, 而横向残余应力峰值升 高(图 6、图7)。 5 � 结论 ( 1) 通孔法测量薄板残余应力, 根据理论公式 可直接计算释放系数 A、B, 这样可避免因标定 A、B 系数而引入的误差, 从而使测量结果更准确。 (2) 不锈钢激光焊接T 型接头焊缝区域的残余 应力以纵向拉应力为主, 横向残余拉应力相对较小。 随着焊接线能量的增大,最大纵向残余拉应力减小, 横向残余拉应力增大。T 型接头总体应力分布趋势 与对接接头焊接残余应力分布规律类似。 ( 3) 从测量结果可看出, 不锈钢激光焊接T 型 接头的纵向残余拉应力最大值都超过了材料屈服强 度的 1/ 2, 可能影响焊接接头的力学性能, 所以焊后 应采取相应的消应力措施,以降低残余应力对结构 的不利影响。 参考文献: [ 1] � 王者昌.焊接应力变形原理若干问题的探讨 (二) [ J] . 焊接学 报, 2008, 29( 7) : 69- 73. [ 2] � 唐慕尧.焊接测试技术[M ] .北京:机械工业出版社, 1998. [ 3] � Mather J. Determination of init ial stress by measureing the deformat ion around drilled hole[ J] . Tran. ASME, 1934, 56: 245- 254. [ 4] � Soete W, Vancrombrugge R. An indrustrial method for the determina� tion of residual stresses[ J] . Proc. SESA, 1950, 8( 1) : 17- 28. [ 5] � 陆才善.残余应力测试[M ] .西安:西安交通大学出版社, 1991. [ 6] � 王者昌.关于焊接应力应变问题的再探讨[ J] . 焊接学报, 2006, 27(8) : 108- 112. (上接第 6页) [ 47] � 马晓宇,李勇. 间歇回退对微细电解加工的影响分析与试验 研究[ C] / /第 13届全国特种加工学术会议论文集. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2009: 283- 289. [ 48] � 衡冲,刘壮,陈伟. 阴极周期跳跃式微细电解加工的正交试验 研究[ J] . 电加工与模具, 2009(6) : 50- 53. [ 49] � 马晓宇,李勇,胡满红, 等. 综合改善微细电解加工精度的工 艺研究[ J] . 电加工与模具, 2009( 5) : 24- 29. [ 50] � 马晓宇,李勇,吕善进, 等. 加工间隙内的电解产物对微细电 解加工的影响分析[ J] . 电加工与模具, 2008( 6) : 31- 35. [ 51] � 李小海,王振龙,赵万生. 基于多功能平台的微细电解加工工 艺[ J] . 上海交通大学学报, 2006, 40(6) : 909- 913. [ 52] � 徐惠宇,朱荻,史先传. 电化学微细加工监控系统研究[ J] . 传 感器技术, 2005, 24( 7) : 7- 9. [ 53] � 刘壮,邱中军,衡冲. 基于阴极周期往复运动的微细电解加工 系统[ J] . 传感器与微系统, 2009, 28(3) : 67- 69. [ 54] � 史先传,朱荻,徐惠宇. 电解加工的间隙监测与控制[ J] . 机械 科学与技术, 2005, 24( 5) : 536- 539. [ 55] � 陆永华,赵东标,云乃彰,等. 基于电流信号的电解加工间隙 在线检测试验研究[ J ] . 中国工程机械, 2008, 19( 24) : 2999- 3002. [ 56] � 陆永华,赵东标,云乃彰,等. 基于六维力电解加工间隙在线 检测试验研究[ J] . 机械工程学报, 2006, 42( 6) : 126- 131. [ 57] � 狄士春,吴海波,赵万生,等. 高频窄脉冲电化学加工间隙的 在线检测与控制[ J] . 哈尔滨工业大学学报, 2007, 39( 1) : 35- 37. [ 58] � 丁成伟,张玉林,曹洪民. 基于电容模型的高频窄脉冲电化学 加工极间间隙分析[ J] . 电加工与模具, 2008(增刊) : 41- 44. �35� 设计%研究 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 电加工与模具!2010年第 6 期