第3卷第2期2005年6月纳 米 技 术 与 精 密 工 程Nanotechnology and Prec isi on Eng i n eer i n g Vol .3 No .2
Jun .2005
微细电化学加工技术3
朱 荻,王明环,明平美,张朝阳
(南京航空航天大学机电学院,南京210016)
摘 要:开展了微细电化学加工技术的试验研究工作,内容包括微细电铸和微细电解加工.讨论了微细电化学加工的工艺特点和主要技术步骤.针对若干典型微结构,提出了相应的微细电化学加工方法和技术方案,采取了纳秒脉宽脉冲电流、电化学微铣削等手段,结合若干实例进行了加工试验,例如:微缝电解加工、微轴电解加工、微针尖电解加工及微齿轮模具模芯电铸成型等,获得了很好的试验结果.提出的加工方法在金属零件微制造方面有着重要的应用前景.
关键词:微细加工;电化学制造;脉冲电流
中图分类号:TG661 文献标识码:A 文章编号:167226030(2005)022*******
M i cro Electrochem i ca l Fabr i ca ti on
Z HU D i,WANG M ing 2huan,M I N G Ping 2mei,Z HANG Zhao 2yang
(College of Mechanical and Electrical Engineering,Nanjing University of Aer onautics
and A str onautics,Nanjing 210016,China )
Abstract :This paper is focused on develop ing m icr o electr ochem ical fabrication p rocesses,including m icr o e 2lectrofor m ing and m icro electrochem ical machining .The p rincip le,advantage and so me i m portant issues of m i 2cro electrochem ical fabricati on p rocesses are discussed .For s ome ty p ical m icr ostructures,methods and techni 2cal r outes were suggested in m icr o electrochem ical fabrication by emp loying nanosecond 2width pulse current,and electrochem ical m icr omachining,etc .Several examp les of m icro electr ochem ical fabrication are intr oduced,such as m icro beaning,m icr o p ins and tip s,m icr o gear mould,etc .The p resented method has a potential ap 2p licati on in the m icr o part fabricati on .
Keywords :m icro machining;electr ochem ical fabrication;pulse current
微细加工在许多工业领域中有着重要而广阔的应
用前景,是当今最为活跃的研究领域之一.微细加工技术源于半导体集成电路制造工艺,但发展至今其内涵已经大大拓宽,不局限于I C 工艺中的硅片刻蚀技术,L I G A 、L I G A 2L I KE 、微细电加工、微细束流加工及微细
切削等多种加工技术已经成为微细加工技术中的重要组成部分.微细加工任务不是由某一项技术独自完成的,而是由许多方法和技术所共同承担.这些方法各有所长,相辅相成,构成了微细加工技术群,承担着丰富多样的微细加工任务.就微型飞行器而言,在传感、控制和采集等单元部件上较多地采用微硅技术;而在推
进、动力及执行等单元系统方面,涉及到微齿轮、传动
轴、臂、机翼、尾舵、桨和减速器等的制造,则更多地依靠其它微细加工手段.微细加工目前主要涉及微米级的精度及结构,这是由已有的微细加工技术所具有的能力和工业需求所决定的.从发展的角度看,微细加工包括微米级加工和纳米级加工,或者说,微细加工技术正在向纳米尺度领域发展和延拓. 电化学制造技术是一种特种加工技术,目前在微细加工中已占有重要的位置.电化学制造技术按原理分为两类,一类是基于阴极沉积的增材制造技术———电铸(electr ofor m ing ),另一类是基于阳极溶解的减材
3收稿日期:2005203224. 作者简介:朱 荻(1954— ),男,博士,教授.E 2mail:dzhu@nuaa .edu .cn .
制造技术———电解加工(electr oche m ical machining ).
电解加工和电铸的基本原理过程如图1所示.电解加工过程中,在工具阴极和工件阳极之间保持较小间隙,电解液在间隙中流过.在间隙上施加低压直流电,按照法拉第定律,工件阳极开始溶解.溶解产物被流动的电解液排出加工区.工具阴极向工件恒速进给,以保持加工间隙的恒定.随着加工过程的延续,工件阳极的形状将近似复制工具阴极的形状.电铸是电解加工的逆过程.它是利用金属离子在阴极上沉积来制造金属制品.在电铸过程中,电解液中的金属离子不断向阴极迁移,并沉积在阴极母模上,直到达到所需要的厚度.然后,沉积的金属层被机械剥离,经过必要的后续加工,获得所需的金属制品.电铸制品能够极其精确地复制母模的形状
.
(
a )电解加工
(b )电 铸
图1 电化学制造技术原理
电铸和电解加工这两种技术有一个共同点:无论
是材料的减少还是增加,制造过程都是以离子的形式进行的.由于金属离子的尺寸非常微小,因此这种微去除方式使得电化学制造技术在微细制造领域具有重要的应用前景. 近些年来,德国、美国及韩国等工业发达国家对于微细电化学加工技术给予高度重视,进行了大量的研究,并取得了长足的进展.利用微细电化学加工技术,日本制造出了直径为数微米、高表面质量的轴;英国在高速转子上加工出了数十微米线宽、数微米深的储油槽;荷兰菲利浦公司实现了薄板上微孔、微缝的高效电解加工;美国I B M 公司对电子工业中微小零件进行微
细电化学蚀刻加工[1～5]
.美国一研究机构通过可移动的微细电极(阳极)在空间缓慢移动,诱导金属离子按指
定的方向电沉积生长,形成某种特殊的空间三维微
细结构(例如微型金属螺旋线圈).德国K AR I SRUHE 研究所将微细电铸与光刻技术集成,发明了L I G A 技术,实现了高深宽比的金属微结构的制造.2000年,德国MPG 采用纳秒级超短脉宽脉冲电流技术,使得电化学溶解定域性突变性提高,从而实现了数十微米尺度
的金属三维复杂型腔的微细加工[6]
.MPG 经过进一步研究,取得了新的进展,已经加工出100n m 宽的沟槽[7]
. 本文主要针对目前工业生产和新品研发中存在的Mes o 2Scale (尺寸从几微米至几百微米)的微细结构,介绍笔者开展的研究工作,讨论采用电化学加工方法进行经济、高效的微细加工.
1 微细电铸
从原理上讲,如果不考虑芯模表面处理层、内应力变形及脱模变形等影响因素,电铸的复制精度可以达到纳米量级.目前,电铸已经在微细制造领域中得到了重要的应用.电铸是L I G A 技术中一个重要的不可替代的组成部分.在L I G A 过程中,电铸具有的微细复制能力得到了充分发挥. 笔者采取与L I G A 技术类似的过程,进行了微小金属零件制造的研究.主要工艺步骤包括光刻和电铸(如图2(a )所示).采用不锈钢片作为基底材料,在其上均匀涂覆感光胶,然后进行曝光和蚀刻等工艺步骤,在金属基底上形成带有特定图案的感光胶层.将带有图案胶层的金属模版放入电铸槽内进行电沉积,金属离子在模版上衬底材料裸露处沉积,直至将其填满;然后将金属沉积物和感光胶层分离,得到的金属结构就是所需的微细零件.采用该方法制备的微型铜齿轮如图2(b )所示. 在微细电铸过程中,同时采用了高频脉冲电流和高速冲液的方法,使电沉积在电化学极化度较高的情况下进行,从而细化了晶粒,获得了致密的金属沉积层.另外,还试验了压力正负交变等措施,利用较强的压力扰动,及时排除阴极上的吸附气泡,消除了阴极吸附气泡造成的针孔和麻点等问题.采取了低应力工作液,并对过程参数进行优化,控制了沉积应力,避免了变形. 采取类似的工艺过程制造了某型航空发动机微型过滤网(孔径为100μm ,厚度为200μm )和系列微型小模数齿轮注塑模具型芯,齿轮模数在0.2～0.4(如图3所示).
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251?纳 米 技 术 与 精 密 工 程 第3卷 第2期
(a )
工艺流程(b )制备的微型齿轮
图2 准L I GA
工艺流程和制备的微型齿轮
图3 制造的微型齿轮注塑模具型芯和生产出的齿轮
2 微细电解加工
理论和试验研究表明,脉冲电解加工可以显著地
改进电解加工过程,是实现微细电解加工的重要措施.在脉冲电解加工中,电解液的间断及周期性的更新,使得间隙中的电解产物(溶解的金属、析出的氢气及产生的焦耳热)得到及时排除,因而可以在比传统直流更高的电流密度和更小的加工间隙下进行加工.高的电流密度使表面加工质量亦随之提高,而小间隙可以显著改善加工精度.脉冲电解加工系统的基本构成如
图4所示
.
图4 脉冲电解加工系统示意
本文在脉冲电解加工的基础上,采取了工具往复
运动方式,具体过程如图5所示.在每一个加工周期中,先施加一个对刀电压(1V 左右的低电压),工具电极进给至工件阳极,进行零位对刀(短路对刀);然后工具电极回退,使间隙至所需要的数值,施加相对较高的加工电压(5～20V )进行加工;加工后切断加工电压,工具电极回退到较大间隙,进行充分的电解液冲刷以排出加工产物.这种周期往复运动的方式改善了加工的稳定性且保证了加工过程的重复性,这对于处于小加工间隙情况下的微细电解加工是非常重要的
.
图5 带有工具周期往复运动的脉冲电流电解加工
以上措施为实现微细加工提供了保障.加工出的电动剃须刀网罩样件如图6所示,其材料为1Cr18N i9Ti,90个宽0.28mm 深0.8mm 的窄缝同时
加工,加工时间为100s .虽然0.28mm 的尺度并不算很微小,但是相比其它加工工艺,所达到的加工效率、表面加工质量及窄缝侧壁的垂直性则具有明显的优势,而且没有工具损耗,因此非常适合于电动剃须刀网罩这一类大批量生产的产品.实际上,这项技术在缩小槽宽方面仍有很大的潜力. 采用超短脉宽脉冲电流,可以显著提高加工的定域性,有利于微细加工.将超短(纳秒)脉冲电流、低浓
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351? 2005年6月 朱 荻等:微细电化学加工技术
度电解液及加工间隙的实时检测和调整等技术结合,
可以实现微米级精度的加工.图7为镍板上加工出的复杂几何轮廓的SE M 照片.采用微棒状电极仿造数控铣削方式进行电解加工.钨材料棒状电极直径为15μm;脉冲参数中,脉宽为50ns,周期为500ns,电压为4V.加工出边长为80μm 、中部有25μm ×35μm 矩形凸起的型腔.由图中可以看出,型腔有清晰的轮廓,边缘部位无明显杂散腐蚀,侧壁垂直度较好
.
图6
微细电解加工样件
图7 微小孔的SE M 照片
合理利用电解产物引起的电场分布情况变化,可
以制造出扫描探针显微镜(AF M )针尖和微细电火花及微细冲压加工所需的微细棒状工具.电解加工微细轴的试验系统和局部示意如图8所示.试验初始阶段,工件尖端电荷高度集中,故尖端溶解速度相比其它部位要快,形状有趋于“尖锥”状的趋势.随着反应的进
行,钨丝周围聚集着溶解的WO 42-离子,WO 42-离子在重力作用下会沿着工件向下移动,在工件周围形成上小下大的包裹状结构,导致上部的溶解速度大于下部的溶解速度,这样工件就有被溶解成上小下大的“纺锤”状结构的趋势.对试验参数进行合理控制,利用工件在溶解过程中趋于“尖锥”状和趋于“纺锤”状的作用,可以根据需求制备出微针尖或直径均匀的微细轴
.
(a )
测试系统示意
(b )局部示意
图8 微细轴电化学加工原理
采用该方法加工出的微细轴和微针尖分别如图9和图10所示,材料为钨
.
(a )微阶梯轴(右端长为
1180μm,直径为6μm,
初始直径为300μm,加工时间为20m in )
(b )微细轴(前端直径为3μm )
图9 制备出的微棒
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451?纳 米 技 术 与 精 密 工 程 第3卷 第2期
图10 制造出的微针尖
3 结 语
本文概要介绍了笔者在微细电化学加工方面的一些研究结果.
微细加工是高度交叉的综合性学科,它涉及到许多新概念、新技术和新思维,交叉融合了多学科知识.微细制造科学技术领域目前还存在着许多未知,需要人们去探索、了解、掌握、发明和创造.微细制造的新概念、新技术及新工艺将不断出现,在航空、航天、电子、信息、微机械、生物及医疗等领域的应用会愈来愈深入和广泛.
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2005年6月 朱 荻等:微细电化学加工技术
《先进制造技术》课程学习报告 题目：电火花加工技术概述 专业：机械类 姓名：喻娇艳 年级：2013级 班级：机械类 1306 班 学号：201303164193 武汉科技大学机械自动化学院 2016年 6月 10日
电火花加工技术概述 喻娇艳 （武汉科技大学机械自动化学院, 湖北 ,武汉） （13 级机械类专业,学号 201303164193 ） 摘要：电火花加工（ Electrospark Machining ）在日本和欧美又称为放电加工（ Electrical Discharge Machining, 简称EDM） ,是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺,本文从电火花加工的 研究现状、基本原理、发展前景等三方面加以论述关键词：电火花加工的研究现状基本原理 . 发展前景 Summarize of Electrospark Machining Technique YU Jiao-yan (College of Machinery and Automation, WuHan University of Science and Technology, HuBei WuHan 430074) Abstract : Electrospark Machining Technique is also called Electrical Discharge Machining(EDM) in Japan and Occident,it ’s a new technology of machining using electrical and heat energy directly.This article discusses it in addition in three aspects including it ’s research status,fundamental principle,future prospects,etc. Keywords: Research status;Fundamental principle; Future prospects 1、前言 从前苏联科学院拉扎连柯夫妇在1943 年研制出世界上第一台实用化电火花加工装置以 来,电火花加工已有 70 多年的历史 ,发展速度是惊人的 ,目前已广泛应用于机械、宇航、航空、电子、电机、仪器仪表、汽车、轻工等行业,它不仅是一种有效的机械加工手段,而且已经成为在某些场合不可替代的加工方法.例如 ,在解决难、硬材料及复杂零件的加工问题时,应用电火花加工技术十分有效 . 据统计 ,目前电火花加工机床的市场占有率已占世界机床市场的6%以上 .而且随着科学技术的不断发展 ,现代制造技术极其相关技术为电火花技术的发展提供了良好机遇.柔性制造、人工智能技术、网络技术、敏捷制造、虚拟制造和绿色制造等现代制造技术正逐渐渗透到电 火花加工技术中来 ,给电火花加工技术的发展带来了新的生机.近年来 ,国内外很多研究机构对电火花加工技术进行了大量的研究,并且在许多方面取得了显著进展[1-5]. 2、电火花加工技术的研究现状 经过60 多年的发展,电火花加工技术已日趋完善.2011年第十二届中国国际展览会 上 ,40余家国内外特种设备生产商携机参展.在高速铣削技术日趋成熟且飞速发展的今天,包
电化学加工（ECM）利用电化学反应（或电化学腐蚀）来加工金属材料。与机械加工相比，电化学加工不受材料硬度和韧性的限制，在工业生产中得到了广泛的应用。常见的电化学加工包括电化学加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电蚀和电解熔炼。 介绍 电化学加工是非传统加工的一个重要分支。它已经成为一种成熟的非传统加工技术，在许多领域得到了广泛的应用。 在电化学处理中，采用硅整流稳压电源。过去采用全波整流代替半波整流。纹波控制在5%以内，不仅提高了加工速度，而且限制了间隙中的电弧，防止了灰尘沉积在阴极上。在电压调节方面，采用饱和电感和晶闸管两种调压方式。前者更适合当前的电化学加工水平。电源规格分为三个等级：小电源，电流50-500A，用于加工中小型阴极孔、去毛刺、抛光、电解车削；中型电源，电流1000-5000A，用于加工中、大孔、型腔（50-150cm2）；使用大功率电流电源10000-40000A，加工面积在200-1000cm2或以上的大型零件。常用的电压范围是12-20伏。铜和硬质合金需要特殊的电解电源。原因是这些材料晶格中的一些原子不易电离，
而晶格中的其他原子易受腐蚀。例如，碳化钨晶格中的碳原子在正电位条件下不能被加工，必须有负电位（即电源电流有负半波）；加工铜锌合金的电源不仅要有负半波，而且要有负半波，正半波和负半波的间隔和排列也有一定的要求。使用专用电源还可以解决相对惰性离子在间隙中积累的问题，从而改变间隙电阻和电场分布，从而有效提高加工精度。 由于在电化学加工过程中间隙短路，电源系统通常具有良好的短路保护功能，因此在发生火花和短路时不会损坏阴极和工件。 国内形势 自20世纪50年代以来，电化学加工广泛应用于航空发动机叶片、圆柱形零件、花键孔、内齿轮、模具、阀板等异形零件的加工。近年来，一些高重复性电解液和混合气体电化学加工技术大大提高了电化学加工的成形精度，简化了刀具阴极的设计，促进了电化学加工技术的进一步发展。
表面微细加工技术 微细加工技术结合了超精增亮和超精抛光两项革新技术，能够有选择性地保留表面的微观结构，以提高表面的摩擦和滑动性能(表面技术)，以机械化和自动化取代传统的手工抛光，提高表面的美学功能。这种微细加工技术应用于切削刀具、冲压和锻造工具，航空、汽车、医疗器械、塑料注射模具等机械零件的表面处理，能够极大地改善零件表 面的性能。 微细加工技术采用全自动方式对金属零件表面进行超精加工，通过一种机械化学作用来清除金属零件表面上1～40μm的材料，实现被加工表面粗糙度达到或者好于ISO标准的N1级的表面质量。微细加工技术主要应用于超精抛光和超精增亮这两个领域。超精抛光使传统的手工抛光工艺自动化而超精增亮则生成新的表面拓扑结构。 纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。 纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。 ?光刻是一种以光复印图形和材料腐蚀相结合的表面精密加工技
术。前者是使图形复印到基片表面的光刻胶上，后者是把图形刻蚀到基片表面的各层材料(如Si02、Si3N4、多晶硅、铝等)上。 光刻胶上图形的复印是通过曝光和显影完成的。限制图形重复性及分辨率的主要因素，是图形加工过程中所涉及到的物理和化学问题。 ?在集成电路生产中，要经过多次光刻。虽然各次光刻的目的要求和工艺条件有所不同，但其工艺过程是基本相同的。光刻工艺一般都要经过涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、刻蚀和去胶7个步骤。 ?涂胶就是在SiO2或其他薄膜表面涂一层粘附良好、厚度适当、厚薄均匀的光刻胶膜。涂胶前的基片表面必须清洁干燥。生产中最好在氧化或蒸发后立即涂胶，此时基片表面清洁干燥，光刻胶的粘附性较好。涂胶的厚度要适当。 ?胶膜太薄-----针孔多，抗蚀能力差；
微细电化学加工技术现状与进展 摘要：微细电电化学加工是微细加工领域的一个重要研究方向，电化学加工是利用电化学阳极溶解的原理将零件加工成型，具有工具无损耗、加工表面质量好、与零件材料硬度无关、加工后工件无应力和变形等优点，近年来随着电解加工理论的进一步成熟，微细电解加工以其独特的优势有望成为微细加工领域的又一主流技术[1]。微细电化学在未来的微纳加工中必将大有作为。本文介绍了国内外微细电化学加工技术、微细电化学加工电源及检测技术的研究现状[2]。结合国内外微细电化学加工技术的最新进展，系统地综述了微细电化学加工在多个方面的研究情况和工艺特点[3]。 关键词：电化学；电化学加工；微细电化学加工；脉冲电源。 电化学 电化学是一项古老的技术，是从研究电能与化学能的相互转换开始形成的。到20 世纪50 年代中期，苏联、美国和我国才相继开始了电解加工工艺的试验研究，电解加工也逐渐得到了发展。随着科学技术的不断发展和深入，电化学的研究领域不断拓宽和扩展，在电化学基础上开拓的电化学加工技术，支撑了电铸、电镀、电解冶炼和电解合成、电解加工、材料腐蚀的控制等重要的产业部门，已迅速地发展成为具有重大工业意义的一项技术。 电化学加工 电化学加工技术主要是利用金属材料发生氧化还原的电化学过程来实现去除材料和增加材料的目的。电化学加工技术自问世以来，以其新颖的加工原理而得到了极为广泛的应用，已成为当前机械加工领域中不可缺少的加工方法。电化学加工技术是一种特种加工技术，目前在微细加工中已占有重要的位置。由于加工过程是以离子单位方式进行的，所以在微细加工中占有重要的位置。随着现代电力电子技术的发展，针对电化学加工对精度和表面质量的要求，逐渐采用脉冲电源替代直流电源，而且脉冲电源的频率也在不断提高。另外，计算机控制技术的发展，使采用简单形状电极加工复杂结构的工件成为可能，使电化学加工技术有了广阔的应用前景[4]。电化学加工是一种基于在溶液中通电，使离子从一个电极移向另一个电极，从而将材料去除或沉积的方法，因此。它应是未来微、纳
微细电火花加工技术与发展趋势 于同敏黄晓超 (大连理工大学机械工程学院模具研究所大连116023) 摘要：本文简要的介绍了微型制件及微型模具的定义和分类，并着重介绍了应用于微型模具型腔加工的微细加工技术—微细电火花加工。总结了微细电火花的发展趋势和关键技术。 关键词：微注塑模具微细电火花关键技术 Technology of Micro Electrical Discharge Machining and Its Development Trend YU Tongmin HUANG Xiaochao (Institute of Die and Mould of School of Mechanical Engineering of Dalian University of Technology, Dalian 116023 ) Abstract: The division and definition of micro part and micro mould were introduced in this paper. Emphsis was given to illustrate the micro-machining technology of mould cave manufactureng —Micro electrical discharge machining(M-EDM) . A conclusion of the development trend and key technology of MEDM was made in this paper. Key words：Micro-injection mould Micro-EDM Key technology 0 前言 为了满足塑料制件在各种工业产品中的使用要求，塑料成型技术正朝着复杂化、精密化、微小化等方向发展，例如应用于微机电系统的微马达、微小齿轮以及应用于生物工程领域的细胞培养皿和微流控芯片等的成型。除了必须研发或引进微型和精密成型设备外，微小且精密的塑料成型模具更是需要采用先进的模具CAD/CAE/CAM技术来设计制造，并运用各种先进的加工手段]1[。 微型模具的制造主要通过微细加工，目前的微细加工方法主要有：①微细切车削、铣削和磨削等；②微细特种加工如：电火花、电化学、激光、超声波、离了束和电了束等；③光刻、蚀刻和LIGA技术。其中微细电火花加工应用最为广泛，也是近年来研究的重点方向之一。 1 微型模具 1.1 微型模具的定义 应用微细加工方法制作微型模具，再通过微型模具成形微型制件，具有生产效率高、制件尺寸稳定性好的优点]2[。因此，近年来关于微型模具制造技术的研究普遍受到人们的关注。但到日前为止，对于微型模具，也没有统一的定义，通常人们习惯于在尺寸和制造精度
电化学加工（对金属材料的加工方法）： 电化学加工(electrochemical machining ) 利用电化学反应（或称电化学腐蚀）对金属材料进行加工的方法。与机械加工相比，电化学加工不受材料硬度、韧性的限制，已广泛用于工业生产中。常用的电化学加工有电解加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。 简介： 电化学加工(Electrochemical Machining，ECM)是特种加工的一个重要分支，目前已成为一种较为成熟的特种加工工艺，被广泛应用于众多领域。 电化学加工使用硅整流的稳压电源，并以全波整流取代了过去的半波整流，保持5%以内的纹波，不仅提高了加工速度，而且还遏制了间隙内的电弧和防止污物沉积于阴极。在调压方面，使用了饱和感抗器调压和晶闸管调压两种方式。前者更适应目前电化学加工的水平。电源规格分为3档：小型电源，电流为50～500安，用于加工小孔、去除毛刺、抛光和用于中小型的阴极进行电解车削；中型电源，电流为1000～5000安，用于加工中等面积（50～150厘米2）的型孔和型腔；大型电源，电流为10000～40000安，用于加工大型零件，加工面积可达200～1000厘米2或更大一些。通常使用的电压范围为12～20伏。对硬质合金、钨、铜、铜锌合金等材料进行电解加工时，要求使用特殊电源。因为若用普通的直流电源进行加工，则这些材料点格中的某些原子不易离子化，而点格中的另一些原子却受到大
量腐蚀。例如，碳化钨点格中的碳原子，在正电位条件下不能加工掉，而必须有负电位（即电源电流有负半波）；加工铜锌合金用的电源，不但要有负半波，而且对电流的波形，正半波与负半波的间隔和排列方式都有一定的要求。使用特殊电源也可解决间隙内某些相对惰性离子的积聚以及由此改变间隙电阻和电场分布的问题，从而能有效地提高加工精度。 由于电化学加工时，间隙内难免会产生短路，通常电源系统都具有良好的短路保护功能，以使阴极和工件在产生火花和短路时不发生损伤。 国内情况： 中国在20世纪50年代就开始应用电解加工方法对炮膛进行加工，现已广泛应用于航空发动机的叶片，筒形零件、花键孔、内齿轮、模具、阀片等异形零件的加工。近年来出现的重复加工精度较高的一些电解液以及混气电解加工工艺，大大提高了电解加工的成型精度，简化了工具阴极的设计，促进了电解加工工艺的进一步发展。 分类： 电解加工 利用阳极溶解的电化学反应对金属材料进行成型加工的方法。 当工具阴极不断向工件推进时，由于两表面之间间隙不等，间隙最小的地方，电流密度最大，工件阳极在此处溶解得最快。因此，金属材料按工具阴极型面的形状不断溶解，同时电解产物被电解液冲走，直至工件表面形成与阴极型面近似相反的形状为止，此时即加工出所
2011 年春季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:微细超精密机械加工技术原理及系统设计学生所在院（系）:机电工程学院 学生所在学科:机械设计及理论 学生姓名:杨嘉 学号:10S008214 学生类别:学术型 考核结果阅卷人
微细加工技术概述及其应用 摘要 微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法，现代微细加工技术已经不仅仅局限于纯机械加工方面，电、磁、声等多种手段已经被广泛应用于微细加工，从微细加工的发展来看，美国和德国在世界处于领先的地位，日本发展最快，中国有很大差距。本文从用电火花加工方法加工微凹坑和用微铣削方法加工微小零件两方面描述了微细加工技术的实际应用。 关键词：微细加工；电火花；微铣削 1微细加工技术简介及国内外研究成果 1.1微细加工技术的概念 微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法。在微机械研究领域中，从尺寸角度，微机械可分为1mm~10mm的微小机械，1μm~1mm的微机械，1nm~1μm的纳米机械，微细加工则是微米级精细加工、亚微米级微细加工、纳米级微细加工的通称。广义上的微细加工，其方式十分丰富，几乎涉及现代特种加工、微型精密切削加工等多种方式，微机械制造过程又往往是多种加工方法的组合。从基本加工类型看，微细加工可大致分为四类：分离加工——将材料的某一部分分离出去的加工方式，如分解、蒸发、溅射、切削、破碎等；接合加工——同种或不同材料的附和加工或相互结合加工方式，如蒸镀、淀积、生长等；变形加工——使材料形状发生改变的加工方式，如塑性变形加工、流体变形加工等；材料处理或改性和热处理或表面改性等。微细加工技术曾广泛用于大规模集成电路的加工制作，正是借助于微细加工技术才使得众多的微电子器件及相关技术和产业蓬勃兴起。目前，微细加工技术已逐渐被赋予更广泛的内容和更高的要求，已在特种新型器件、电子零件和电子装置、机械零件和装置、表面分析、材料改性等方面发挥日益重要的作用，特别是微机械研究和制作方面，微细加工技术已成为必不可少的基本环节。 现代微细加工技术已经不仅仅局限于纯机械加工方面，电、磁、声等多种手段已经被广泛应用于微细加工，微细超精密加工的主要方法如下： 微细电火花加工技术的研究起步于20世纪60年代末，是在绝缘的工作液中通过工具电极和工件间脉冲火花放电产生的瞬时、局部高温来熔化和汽化蚀除金属的一种加工技术。由于其在微细轴孔加工及微三维结构制作方面存在的巨大潜力和应用背景，得到了
电火花加工技术 一：电火花技术概述 电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象，放电时局部瞬时产生的高温把金属蚀除下来。 早在十九世纪，人们就发现了电器开光的触点开闭时，以为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。起初，电腐蚀被认为是有害的，为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研究电副食产生的原因和防止的办法。当人们掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为益，把电腐蚀用于生产中。1870年，英国科学家普利斯特里最早发现电火花对金属的腐蚀作用。当两极产生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材料表面局部熔化或汽化，并在一定条件下，熔化或汽化的部分能抛离电极表面，形成放电腐蚀的坑穴。直到1934年，前苏联科学家拉扎连柯等把电火花对金属的腐蚀作用利用起来。 后来，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术之一，最早应用于二战时期折断丝锥取出时的加工。随着人类进入信息化时代，电加工技术取得了突飞猛进的发展，可控性更高，数字化程度更好。 在中国电火花加工技术起步稍晚。根据中国的国情，实现电火花加工技术的原始创新是很困难的，只能采取引进消化吸收再创新的策
略，因为这套系统集成了很多学科领域的知识，如计算机的软硬件、微电子、数控、电力半导体、机械技术、电气技术等，是多方面、多学科集成的产品，是比较复杂的高科技产品。国内现在显然还没有一个能够独立进行原始创新的团队，因此注定要经历一个长时间痛苦的积淀过程，所以我认为中国的电火花技术创新之路别无选择。政府也越来越认识到高校已经不再是创新的主战场，必须依托企业才能实现。 制造业是一个传统行业。一个国家的发展终归要落脚于制造业，因此作为基础工业，制造业必定拥有永久的生命力，而电加工行业也不例外。随着各项技术的不断发展，电加工技术也在进步，至于一项技术能够发展多久，也要看这个行业中的人怎样去尽心敬业、钻研并推进它。 二: 加工原理及原理图 电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电 蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。 电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01～ 0.05mm）。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近
电化学加工 摘要：电化学进行加工的各种方法的研究。电化学加工是通过化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。近几十年来，借助高新科学技术，在精密电铸、复合电解加工、电化学微细加工等发展较快。目前电化学加工已成为一种不可缺少的微细加工方法，并在国民经济中发挥着重要作用。 关键词:电化学加工、微细加工、 一、电化学加工的发展历程 早在1834年法拉利发现了电化学作用原理，后又开发出如:电镀，电铸，点解加工等化学方法，并在工业上得到广泛的应用。中国在20世纪50年代就开始应用电解加工方法对炮膛进行加工，现已广泛应用于航空发动机的叶片，筒形零件、花键孔、内齿轮、模具、阀片等异形零件的加工。近年来出现的重复加工精度较高的一些电解液以及混气电解加工工艺,大大提高了电解加工的成型精度,简化了工具阴极的设计，促进了电解加工工艺的进一步发展。利用电化学反应对金属材料进行加工的方法。与机械加工相比，电化学加工不受材料硬度、韧性的限制，已广泛用于工业生产中。常用的电化学加工有电解加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。电化学加工的基本原理是用两片金属作为电电极，通电并浸入电解溶液中，形成通路。导线和溶液中均有电流通过。但是金属导线和电解溶液是两类性质不同的导体，前者是靠自由电子在外电场大的作用下沿一定方向移动导电的：后者是靠溶液中正、负离子移动而导电的，是离子导体。当上述两类导体形成通路时，在金属片和溶液的界面上产生交换电子的反应，机电化学反应。 二、电化学加工的基本原理和特点 基本原理：电化学加工的基本原理是用两片金属作为电极，通电并浸入电解溶液中，形成通路。导线和溶液中均有电流通过。但是金属导线和电解溶液是两类性质不同的导体，前者是靠自由电子在外电场大的作用下沿一定方向移动导电的：后者是靠溶液中正、负离子移动而导电的，是离子导体。当上述两类导体形成通路时，在金属片和溶液的界面上产生交换电子的反应，机电化学反应。 特点：电化学加工的最大优点是可以用来加工复杂的三维曲面，而且不会留下来条纹痕迹。采用不锈钢制造的阴极工具，可以把很多初步形成的零件加工到具有极高的外形尺寸要求。电化学加工的特点是： 1、可对任何金属材料进行形状，尺寸和表面的加工。加工高温合金，钛合金，淬硬钢，硬质合金等难加工金属材料时，有点更加突出。 2、加工无机械切削力和切削热的作用，因此加工后表面无冷硬层，残余应力。 3、无毛刺加工。 4、工具和工件不接触，工具无磨损。 5、加工可以在大面积上同时进行，也无需划分粗，精加工，具有较高的生产率。 6、电化学作用的产物（气体和废液）对环境有污染，对设备也有腐蚀。 三、电化学加工的工艺类型 电化学加工按其作用原理课分为三大类。 第一类是利用电化学阳极溶解来进行加工，主要有点解加工，电镀抛光等； 第二类是利用电化学阴极沉积，涂覆进行加工，主要有电镀，涂镀，电铸等； 第三类是利用电化学加工与其他加工方法复合加工工艺，目前主要有电化学加工与机械加工相结合，如电解磨削，电化学阳极机械加工。 四、电化学加工设备
页码 1 — 6 埃马克高精密电解加工(PECM 技术——应对难加工材料的解决方案 汽车生产行业发展飞速,其趋势之一就是,建设新的生产基地,迎接新的挑战。特别是南美和中国,正在建设大量的生产基地,这些基地的规划会受到多种需求的影响。不仅需要建设具备创新技术和高度灵活的生产线来确保产量的提高(例如,每天出厂的乘用车数量,还要必须保障产品质量的不断提高。因此,在研发更有效的新工艺方面,对机械工程设计行业的创新者们提出了更高的要求,而埃马克(EMAG 的PECM 技术在对难加工材料制成的复杂零部件进行加工时拥有巨大的优势。 汽车工业、航空工业以及其他工业部门的发展为加工行业带来了巨大挑战,因为随着这些行业的发展和技术的进步,他们需要越来越多的难加工材料,以及制造更多具有特别复杂几何形状的新零部件。制造这些零部件所需的新工艺必须能够保证高效的生产工艺,和保证绝对的工艺完整性。 关注高难度的加工要求 在这种背景下,显而易见,生产计划人员必须要努力寻找新的创新性加工工艺。同时人们经常会问:那些机械工程设计领域中的新技术能否应对不断增长的生产需求?对于这一问题,埃马克集团旗下的一家电解加工(ECM 技术公司 EMAG ECM GmbH 给出了一个特殊的答案。埃马克的专家们利用他们称之为 PECM 的技术(“ P ”代表“精密”,进一步改进了该工艺。他们从一开始就特别关注加工复杂零部件
过程中所需的高难度任务。正如 EMAG ECM 技术销售主管理查德 ·凯勒所说:“在加工高强度合金时,许多用户至今仍依赖高速铣削和电火花放电加工。但是这项技术有自己的劣势,比如,工具磨损非常大,而且产生高温对材料造成不良影响。在PECM 中,则不会存在这些问 页码 2 — 6 题,即使出现这些现象,所造成的影响也是微不足道的。事实上,这正是该项工艺的特殊优势所在。” 高质量的工艺 该项工艺具有出众的优势:加工高强度合金(又被称为“超级合金”以及其它难加工材料时,工具基本上没有明显的磨损。产品表面光洁度非常高:没有毛刺,也没有材料结构损害。这是如何实现的呢?首先, EMC 工艺在清除材料的过程中,动作非常柔和。工件作为阳极,工具作为阴极,在这两极之间有电解液,电解液可以将金属离子从工件上剥离。由于工具的阴极形状代表了所期望的工件形状,因此仅在需要清除的地方清除材料即可。通过这种技术, 可以在非接触式、不受热效应影响的情况下加工出曲面、环形通道、凹槽或腔室等形状,并且能够确保最高的精确度。 更高的效率 凯勒先生说:“这项工艺使我们能够生产最为精致和复杂的零部件。我们已经有意识地将 ECM 发展为 PECM ,以确保我们能够在越来越小的部件上实现更高精度
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电火花加工 1.概述 电火花加工是一种自激放电，故又称放电加工（EDM）,于20世纪40年代开始研究并逐步应用于生产，是目前机械制造业中应用最广泛的特种加工方法之一，在难切削材料、复杂型面零件等的加工中得到了广泛应用。 2.原理 火花放电的两个电极间在放电前具较高的电压，当两电极接近时，其间介质被击穿后，随即发生火花放电。伴随击穿过程，两电极间的电阻急剧变小，两极之间的电压也随之急剧变低。火花通道必须在维持暂短的时间(通常为后及时熄灭，才可保持火花放电的“冷极”特性(即通道能量转换的热能来不及传至电极纵深)，使通道能量作用于极小范围。通道能量的作用，可使电极局部被腐蚀。利用火花放电时产生的腐蚀现象对材料进行尺寸加工的方法，叫电火花加工。电火花加工是在较低的电压范围内，在液体介质中的火花放电。 3.特点 1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。 2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。 3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。 4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。基于.上述特点，电火花加工的主要用途有以下几项: 1)制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。 2)加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。 3)在金属板材上切割出零件。4)加工窄缝。 5)磨削平面和圆面。
微细加工技术及其应用 Last revised by LE LE in 2021
微细加工技术及其应用 微细加工技术是由瑞士BinC公司发明的一种新型加工工艺，在2004年法国巴黎举办的国际表面处理展览会（SITS）和2004年在法国里昂举办的ALLIANCE展览会上荣获2项发明奖。微细加工工艺和设备拥有国际专利。 微细加工技术结合了超精增亮和超精抛光两项革新技术，能够有选择性地保留表面的微观结构，以提高表面的摩擦和滑动性能（表面技术），以机械化和化取代传统的手工抛光，提高表面的美学功能。这种微细加工技术应用于切削刀具、冲压和锻造工具，航空、汽车、医疗器械、塑料注射模具等机械零件的表面处理，能够极大地改善零件表面的性能。 微细加工原理 微细加工技术采用全方式对金属零件表面进行超精加工，通过一种机械化学作用来清除金属零件表面上1～40μm的材料，实现被加工表面粗糙度达到或者好于ISO标准的N1级的表面质量。微细加工技术主要应用于超精抛光和超精增亮这两个领域。超精抛光使传统的手工抛光工艺化；而超精增亮则生成新的表面拓扑结构。 微细加工技术的一个突出优点是能够赋予零件表面新的微观结构。这些微观结构能提高零件表面对特定应用功能的适应性。如减小摩擦和机械差异、提高抗磨损性能、改善涂镀前后表面的沉积性能等。 总的说来，超精增亮可去除次级微观粗糙表面，次级粗糙表面的厚度在0～20μm之间，位于零件表面初级微观粗糙面的峰尖之间。而超精抛光则部分或整体去除初级微观粗糙表面，其值在10～40μm之间，当然这取决于零件材料表面的初始状态。
微细加工技术迄今能够加工的材料有退火及淬火钢、铜及铜合金、铸铁、Inconel镍合金（镍基合金）、钛金属、表面硬涂层处理前后的预处理（PVD、CVD、电镀）。 技术专利 微细加工技术是一种有选择性地精修被加工对象表面微观粗糙度和拓扑结构的创新性微观加工工艺。这种机械化学加工工艺是一种全化的加工工艺，适用于汽车制造、电子、化工、冶金、机械制造、航空制造等行业，尤其是模具、刀具和机床工具、高精密零件、光学器件，以及硬涂层处理前后的表面预处理加工。 微细加工技术的应用 微细加工技术通过改变材料表面的微细结构，能够减小摩擦、提高抗磨损性能，显着地提高材料的表面性能，在刀具行业具有广阔的应用前景。如采用超精增亮技术，彻底消除次级微观粗糙表面，减小摩擦，能够提高刀具的排屑性能，降低切削力；而保持初级粗糙表面，有利于润滑油膜，提高刀具的排屑性能，减少发热；如果在涂层处理前优化预处理涂层基面，或者在涂层之后彻底清除涂层引起粗糙表面，则能够提高PVD涂层的附着性能，延长刀具的使用寿命，消除刀具表面的积屑瘤问题。 这种创新的加工工艺近几年来在诸多工业领域的实际应用清楚地表明，微细加工技术能够大幅降低超精加工的成本；极大地缩短生产周期；方便地提高表面的质量，并且采用这种加工工艺加工出来的表面具有无以伦比的一致性和再现性。
纳秒脉冲电流提高微细电化学加工精度的研究 张朝阳1 朱 荻2 1.江苏大学,镇江,212013 2.南京航空航天大学,南京,210016 摘要:分析了电极反应的暂态过程,探讨了超短脉冲电流提高电化学加工精度的机理,并根据法拉 第定律和巴特勒伏尔摩方程建立了电化学暂态加工的数学模型。在微细电化学加工系统中,采用纳秒 级的超短脉冲电流,通过加工试验验证了理论分析,加工出了直径为20 μm 的微小孔。关键词:微细电化学加工;纳秒脉冲电流;理论模型;加工精度 中图分类号:T G662 文章编号:1004—132X (2008)14—1716—04 R esearch on Improving the Machining Accuracy of Micro -ECM by N anosecond Pulse Current Zhang Zhaoyang 1 Zhu Di 2 1.Jiangsu U niversity ,Zhenjiang ,Jiangsu ,212013 2.Nanjing University of Aeronautics and Ast ronautics ,Nanjing ,210016 Abstract :According to t he t ransient p rocess of electrochemical reactions ,t he mechanism of t hat ult ra -short p ulse current can imp rove t he machining accuracy of ECM was investigated.And t he t heoretical model of ECM transient process was developed based on t he Faraday ’law and Butler -Volmer equatio n.The t heoretical analysis was verified wit h t he subsequent machining experiment s. U sing t he application of nano second p ulse current ,t he micro -hole wit h 20μm in diameter is machined in t he micro -ECM experimental system. K ey w ords :micro -ECM ;nanosecond p ulse current ;t heoretical model ;machining accuracy 收稿日期:2007—07—02 基金项目:国家自然科学基金资助重点项目(50635040) 0 引言 电化学去除加工技术———电解加工(elect ro 2chemical machining ,ECM )是利用电化学反应溶解去除工件材料,实现成形加工的制造技术。由于工件被加工表面不会出现熔凝层、热影响区和残余应力等加工缺陷,而且工具电极不存在损耗等特点,使其具有一定的优势,尤其是对于毫米或微米级的微小零件的加工更是如此[1,2]。然而,电化学加工过程中的杂散腐蚀现象会严重影响微细加工的精度。最近国外的研究人员在电解加工系统中采用参比电极和辅助电极技术,精确控制电极电位,并利用纳秒脉冲电源,抑制杂散腐蚀作用,实现了微米级去除量的可控电化学反应[3]。本文通过纳秒脉冲电解加工与一般电解加工的比较,分析了纳秒脉冲对电化学反应的影响作用。根据电极反应的暂态过程,探讨纳秒脉冲微细电解加工的机理,建立加工过程的数学模型,并利用加工试验验证所作的理论分析。 1 纳秒脉冲电解加工的特点 纳秒脉冲电解加工作为一项新技术与以往的 电解加工有很大区别。一般电解加工采用直流电源,对工具阴极和工件阳极连续供电,电解液流过两极之间的加工间隙构成导电通路。阳极表面在电化学反应作用下不断溶解,实现工件材料的去除,加工效率高,但加工精度只有012～017mm 。为提高加工精度,脉冲电源逐渐替代了直流电源。脉冲电解加工时电源周期间歇供电,利用加工过程中压力波的脉冲效应产生去极化、散热的效果,提高加工间隙内流场、电场的均匀性以及加工过程的稳定性,强化电流效率η对电流密度i 的非线性特性。早期的脉冲电解以低频(数十赫兹)宽脉冲(毫秒级)电流周期供电,使加工精度提高到了011～012mm 。但加工效率较低,脉冲效应未能充分体现。于是研究人员提出了高频(千赫兹)窄脉冲(数十微秒)电解加工,脉冲效应随着频率提高而相应加强,使电解加工的非线性特性被进一步强化。同时脉宽变窄,使单个脉冲能量减小,导致间隙热平衡温度下降,稳定加工的最小间隙 变小,加工精度可以达到50μm ,使其进入了微细加工领域。 随着加工精度的提高,加工间隙减小至数十微米,电解产物的及时排出变得越来越困难。因为金属工件在NaNO 3等非线性电解液中的加工 中国机械工程第19卷第14期2008年7月下半月
电火花加工技术概述-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
《先进制造技术》课程学习报告 题目：电火花加工技术概述 专业：机械类 姓名：喻娇艳 年级： 2013 级 班级：机械类1306班 学号： 201303164193 武汉科技大学机械自动化学院 2016年 6月 10日
电火花加工技术概述 喻娇艳 （武汉科技大学机械自动化学院, 湖北,武汉） （13级机械类专业,学号201303164193） 摘要：电火花加工（Electrospark Machining）在日本和欧美又称为放电加工（Electrical Discharge Machining,简称EDM）,是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺,本文从电火花加工的研究现状、基本原理、发展前景等三方面加以论述. 关键词：电火花加工的研究现状基本原理发展前景 Summarize of Electrospark Machining Technique YU Jiao-yan (College of Machinery and Automation, WuHan University of Science and Technology, HuBei WuHan 430074) Abstract: Electrospark Machining Technique is also called Electrical Discharge Machining(EDM) in Japan and Occident,it’s a new technology of machining using electrical and heat energy directly.This article discusses it in addition in three aspects including it’s research status,fundamental principle,future prospects,etc. Keywords: Research status;Fundamental principle; Future prospects 1、前言 从前苏联科学院拉扎连柯夫妇在1943年研制出世界上第一台实用化电火花加工装置以来,电火花加工已有70多年的历史,发展速度是惊人的,目前已广泛应用于机械、宇航、航空、电子、电机、仪器仪表、汽车、轻工等行业,它不仅是一种有效的机械加工手段,而且已经成为在某些场合不可替代的加工方法.例如,在解决难、硬材料及复杂零件的加工问题时,应用电火花加工技术十分有效. 据统计,目前电火花加工机床的市场占有率已占世界机床市场的6%以上.而且随着科学技术的不断发展,现代制造技术极其相关技术为电火花技术的发展提
微细电化学直写加工技术的研究 郑云飞李勇杨光周兆英 （清华大学精密仪器与机械学系） 摘要：围绕微细电化学加工技术的探索雌及在微型机械／ＭＥＭｓ中的应用，构建了基于微细电化学加工用电源、微进给机构、状态检测模块和计算机的微细电化学直写加工系统，初步实验研究了微小探针和微小孔的制作工艺，以及分别采用材料去除和淀积的直写加工技术。 关键词：微细电化学加工微细探针微小孔直写加工 １前言 电化学加工包括材料去除的电解加工和材料淀积的电铸加工。微细电化学加工（ＭＥＣＭ：ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＣｈｅｍｉｃａｌＭａｃｈｉｎｉｎｇ）用去除加工方式可以制作微小孔、微细探针和微小三维形状等；用淀积加工方式可以进行复杂结构的制作，特别是其与光刻等技术结合更可以获得微小的三维复杂结构。微细电化学加工独有的特点使其在微型机械／ＭＥＭＳ中得到越来越广泛的应用。 微细电化学加工的探索和研究．主要是基于生长和去除两种方式的微细电化学直写加工技术的研究，以及基于光刻技术的电铸成型三维微小结构的探索。 微细电化学直写加工包括微细探针的制作、淀积直写加工和去除直写加工。在微细探针制作方面，天津大学精仪系采用了反馈控制技术和纵向进给技术获得了尖端曲率半径可控并且表面无台阶的光滑的微细ＳＰＭ探针【１】。日本东京工业大学利用直流电抛光技术，对利用交流电抛光技术获得的微细钨探针形状进行了优化，并对直流和交流屯抛光的电参数进行了对比口Ｉ。土耳其Ｏｓｍａｎｇａｚｉ大学物理系采用电化学刻蚀技术并利用环状电极之间厚度一定的电解液薄膜获得尖端半径在１２５－－５００ｎｍ的Ａｕ微细ＳＴＭ探针【３】，这项技术使加工电流自然切断，解决了电解液中的残存电流损坏刚形成的ＳＴＭ针尖的问题。 在采用淀积直写加工方面，ＭＩＴ的Ｍａｄｄｅｎ和Ｈｕｎｔｅｒ采用局部淀积技术，通过部分绝缘的 超微探针电极，利用探针与工件间的相对运动获得了复杂的三维微小构件１４］。加拿大Ｍａｎｉｔｏｂａ大学利用基于扫描电化学显微镜的简单仪器，以金属Ｐｔ作为扫描电极，ＣｕＳＯ．溶液为电解液，获得了直径２５ｕｍ，高２ｍｍ的铜柱，并对加工过程中的各种工艺参数进行了对比和优化ｐＩ。 对于微细电化学去除加工，日本精工将电化学加工与扫描探针显微加工技术结合，加工线宽达到１００ｎｍ的量级嗍。 在基于光刻技术对于微小三维结构的制作研究方面，主要是利用光刻技术制作掩模板．然后运用电铸技术进行微小三维结构制作。其中最典型的～种加工方式是ＬＩＧＡ工艺¨Ｉ。通过引入ｘ射线深度曝光以及电铸、注塑的方法，ＬＩＧＡ工艺在对各种材料和深度加工方面有着明显的优势，基于电化学原理的电铸技术是其中的核心技术。另外，为了实现更为复杂的三维结构，美国ＵＳＣＦ８Ｉ，以及韩国ＫＡＩＳＴｔ９】等分别在电化学加工与光刻加工直接结合的多层电铸技术方面取得较大进展。这种技术的主要优点在于直接成型金属结构，加工层数大幅度提高，这样便有利于三维复杂结构的制作，另外加工温度很低可以与Ｉｃ工艺兼容，并且可以批量制作，不需要超净加工环境，只是加工分辨率尚在一二十微米量级。 ２基本加工原理与系统构成 去除直写加工是基于电解加工原理。即在一定的外加电压下，将电流通过电解池，在阴、阳两极分别发生氧化、还原反应的电化学
电火花加工技术的应用及其发展 1.电火花加工技术的简介 从前苏联科学院拉扎连柯夫妇在1943年研制出世界上第一台实用化电火花加工装置以来,电火花加工技术得到了飞速的发展,电火花加工技术是历史最悠久的特种加工方法之一，在模具制造业，航空和航天，电子等众多领域得到了广泛的应用。电火花加工又称放电加工，也有称电脉冲加工，它是一种直接利用热能和电能进行加工的工艺。电火花加工与金属切削加工的原理完全不同，在加工过程中，工件和工具不接触，而是靠工具与工件之间的脉冲性火花放电，产生局部，瞬间的高温把金属材料逐步的蚀除掉。由于放电的过程产生火花所以也称电火花加工。 图1. 电火花加工的原理图 如图1的原理图所示，工件与工具分别连接到脉冲电源的两个不同的极性的电极上。当两电极加上脉冲电源后，工件和电极保持适当的距离，就会把工件和工具之间的介质击穿，形成放电通道。放电通道产生瞬间高温，使工件表面的材料融化甚至气化，同时也使工作介质气化。在放电间隙处迅速热膨胀并产生爆炸。工件表面一部分材料被蚀除掉抛出，形成微小的电蚀坑。脉冲放电结束后，经过一段时间间隔，使工作液恢复绝缘，脉冲电源反复作用于工件和工具电极上，上述过程不断重复进行，工件逐渐被加工成想要的形状。
2.电火花加工技术的应用范围 由于电火花加工有其独特的优越性，再加上数控水平和工艺技术的不断提高，其利用领域日益扩大，已经覆盖到机械、宇航、航空、电子、核能、仪器、轻工等部门，用以解决各种难加工材料、复杂形状零件等有特殊要求的零件的制造，成为常规切削、磨削加工的重要补充和发展：模具制造是电火花成型加工应用最多的领域，而且非常的典型。 2.1以下简单介绍电火花成则加工在模具制造方面的的应用 1．高硬度零件加工 对于某些要求硬度较高的模具，或者是硬度要求特别高的滑块、顶块等零件，在热处理后其表固硬度高达50HRc以上，采用机加的方式将很难加工这么高硬度的件．采用屯火花加工可以不受材料硬度的影响。 2. 型腔尖角部位加工 如锻模、热固性利热塑性翅料模、压铸模、挤压模、橡皮模等各种模具的型腔常存在着一些尖角部位，在常规切削加工中因为工具半径而无法加工到位，使用电火花加工可以完全成型。 3.模具上的筋加工 在压铸件或者塑料件上，常有各种窄长的加强筋或者散热片，这种筋在模具上表现为下凹的深而窄的槽，用机加工的方法很难将其加工成型，而使用电火花可以很便利地进行加工。 4．深腔部位的加工 由于机加工时，没有足够长度的刀具，或者这种刀具没有足够的刚性，不能加工具有足够精度的零件．此时可以用电火花进行加工。 5．小孔加工 对各种圆形小孔、异形孔的加工，如线切割的穿丝孔、喷丝板型孔等，以及长深比非常大的深孔，很难采用钻孔方法加工，如采用电火花或者专用的高速小孔加工可以完成各种深度的小孔加工。 6 表面处理 如刻制文字、花纹，对金属表面的渗碳和涂覆特殊材料的电火花强化等。另外通过选择合理加工参数，也可以直接用电火花加工出一定形状的表面蚀纹。 2.2、电火花线切割加工的应用 电火花线切割加工与电火花成型加工不同的是，它是用细小的电极丝作为电极工具，可以用来加工复杂型面、微细结构或窄缝的零件：下面是其应用实例。 1．加工模具