摘要
随着微小机械和微机电系统广泛运用于各个领域，机械电子装备制造技术也趋向高精密和微型化。微槽结构作为微型结构的基本单元，具有增加散热面积、存储润滑剂和减少阻力等功能，多用于大热流密度器件的散热或表面润滑，但其存在加工尺寸小，精度要求高以及加工难度大等问题。 激光烧蚀加工和微细电解加工在微细加工领域具有独特的优势，但激光烧蚀加工存在热影响区、加工精度低等问题，微细电解加工存在加工效率低等问题，本文结合激光烧蚀加工和微细电解加工的优势，提出一种组合加工工艺来实现微槽结构的高效率、高精度加工。论文以“微槽的激光烧蚀与微细电解组合加工研究”为题，研究微槽的激光烧蚀与微细电解组合加工工艺，首先使用激光烧蚀加工技术快速加工得到微槽的基本轮廓，再以微细电解加工技术消除激光烧蚀加工微槽产生的表面再铸层，同时改善微槽的表面精度以及降低表面粗糙度。 论文从微细加工技术、微槽的应用与加工技术现状两方面评述国内外研究现状和进展，总结微槽制造的关键难题，确定研究内容。主要工作包括： (1)激光烧蚀与微细电解组合加工机理研究。首先研究了激光烧蚀加工与微细电解加工的加工机理，计算得到了激光烧蚀加工不锈钢材料所需的最小单脉冲能量，并对不锈钢材料的溶解特性进行了研究；其次，研究了微槽的激光烧蚀与微细电解组合加工机理；最后，使用有限元分析软件对微阴极工具在电解液冲刷下的受力变形进行了仿真分析，结果表明针尖最大偏移不超过0.029μm，满足微细电解加工要求。 (2)根据微细电解加工的特点与待精加工微槽的形状特点及精度要求，搭建数控微细电解加工实验装置。分别对运动系统、电解加工槽、工件及阴极工具装夹方式、检测系统、电解液循环系统以及控制系统等进行了设计，并选择高频窄脉宽脉冲电源作为电解加工电源。搭建的微细电解加工装置可实现直槽、环槽、空间螺旋槽等微结构的加工，满足微细电解加工微槽的加工要求。 (3)不锈钢微槽的激光烧蚀与微细电解组合加工工艺研究。研究激光烧蚀加工扫描路径、脉宽、扫描速度、加工功率、加工层数等加工参数对微槽加工形状精度与表面形貌的影响，并得到一组最优参数；研究微细电解加工电解液成分及浓度、电解液冲刷方式、加工路径、阴极工具进给速度、脉冲电压、频率、占空比等加工参数对微槽加工表面形貌及加工效率的影响，并得到一组最优加工参数。使用得到的最优加工参数组合，最终加工得到长400μm，宽220μm，深120μm的微槽结构，并且激光烧蚀与微细电解组合加工微槽的表面粗糙度Ra由激光烧蚀加工后的5.36μm降低至1.23μm，其加工效率是微细电解加工的2.3倍。
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