《特种加工》课程论文

目录摘要2关键字21.前言22. 电化学微细加工初探22.1 电化学微细加工的可行性.22.2 电化学微细加工之微细电铸.32.3 电化学微细加工之微细电.33. 主要微细电化学加工技术43.1 基于电化学扫描探针显微镜技术.43.2 EFBA 制作技术43.3 约束刻蚀层技术.43.4 超微细电极电解加工.44. 电化学微细加工初探54.1高频、窄脉冲电流电解加工54.2高速、高压、小间隙电解加工64.3 数控仿形电解加工.64.3 必须重视和解决环保问题.61. 结论6参考文献7电化学原理与微细加工孙伟西南大学工程技术学院 2012级机械设计制造及其自动化2 班 摘 要：本文讨论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 . 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：微细零件；微细电化学加工；超微细电极；微细加工; 电化学制造; 脉冲电流V -XX.11. 前言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，但已不局限于IC 工艺中的硅片刻蚀技术,LIGA、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即电铸, 另一类是基于阳极溶解的减材制造技术 电解加工。2. 电化学微细加工初探2.1电化学微细加工的可行性近年来， 随着微电子技术和微机电系统的日益发展，在微、纳米尺度上 的、具有三维加工能力的、能处理性能优异的金属材料特别是一些极限作业环境 下所要求的高强度、高韧性、高耐磨、耐高温、耐冲击、抗疲劳等性能的合金材 料的微细加工方法F正受到国内外科技界的广泛关注。电化学加工般没有宏观的 切削力作用，且复制精度、重复精度、表面质量、加工效率、加工过程稳定性等 方面都比较优良，因此在加工行业中有着不可替代的优越性。从机理上讲，由于 是通过金属离子的还原或金属的氧化对材料进行加工， 材料的增加或去除都是 以离子的形态进行的；因此，从理论上分析，只要控制好加工条件，选择适当的 加工参数， 可实现以离子数量级进行材料加工。实践也证明了用电化学的方 法进行微细加工是可行的。2.2 电化学加工之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LIGA技术中一个重要的不可替代的组成部分.在LIGA 过程中, 电铸具有的微细复制能力得到了充分发挥.在微细电铸过程中, 同时采 用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。1.3 电化学加工之微细电解微精电解加工, 是指电解加工过程中, 材料去除以离子溶解的形式进行。因 此, 从加工机理上讲, 控制加工条件, 选择加工参数, 可以实现以离子数量级 去除材料。如德国科学家研究以纳秒计的超短脉冲电解加工新技术, 成功地在纳 米尺度上去除金属材料, 加工精度可以达到几百纳米。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。3. 主要微细电化学加工技术目前电化学加工已在许多微型机械方面得到应用F如制造微型传感器、微型 齿轮泵、微型电机、电极探针、微型喷嘴等，以下为几种主要的微细电化学加工 技术。3.1 基于电化学扫描探针显微镜技术微细电化学加工技术扫描探针技术的发明，尤其是扫描隧道显微镜的出现， 用探针针尖构造纳米级的结构和原子的搬迁已变为现实。 随着其它扫描探针显 微镜技术发展则出现了电化学扫描技术，近年来，该技术的应用范围已经有了很 大的拓宽，不仅是研究表面形貌结构和电子结构的最重要手段之一，而且也发展 为表面微米、纳米加工的一个富有潜力的工具。3.2 EFBA制作技术EFBA制作技术是由美国南加州大学信息研究所提出的，它以一种自动化的电 镀方式形成图形互相独立的多重金属层）。从原理上来说，EFBA制作技术与立体 光刻等快速原型制作技术类似，但它是一种批量化加工技术，适于大批量制造具 有完整功能的器件，而不仅仅是模型和原型机。另外，EFBA制作技术采用工程化 材料，而且精度优于立体光刻。3.3约束刻蚀层技术CLET1992年，厦门大学的田昭武院士等人提出了约束刻蚀剂层技术，用于三维超 微、纳米图形复制加工的新技术。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，初生的刻蚀剂在向外扩散过程中迅速与溶 液中的捕捉剂发生；均相 氧化 还原反应而失活，不被还原的刻蚀剂只能被约 束在紧贴模板表面的微小区域内，当模板非常靠近被加工工件的表面时，被约束 的刻蚀剂与待加工工件表面发生反应，这样就加工出与模板互补的图形。作为三 维电化学微加工的这项技术，距离敏感性是其进行复杂三维微加工技术的关键。 这种加工方法存在的两个问题是需要采用其他技术制作加工所需要和复制后的 三维微图形，发现刻蚀的误差仅为6%，德国教授提出了一种基于约束刻蚀思想的 双电层约束刻蚀加工超微立体图形的电化学微加工法。3.4 超微细电极电解加工超微电极进行电解加工是微细电化学加工的又一发展方向。超微电极是指电 极的一维尺寸为微、纳米级的一类电极，具有常规微电极;毫米级 无法比拟的 许多优良的电化学特性，它们的电化学理论是建立在多维扩散基础之上，把电解 加工应用于微细加工，对其电源的频率、波形等输出特性提出了特殊的要求。一 方面由于加工工件的微小化，要求电源将进一步小型化；另一方面为了保证较高 的加工精度和表面质量，微细电化学加工的电源应具有更宽的频率调节范围、更 精确的可调电压以及方便地产生多种加工波形的特性。该技术领域核心在于：1）工具电极与数控展成电解加工利用化学侵蚀、微细电火花线电极磨削制作、光学刻蚀等方法进行微、纳米 尺寸圆柱电极的加工，然后利用工具电极垂直插入工件加工，移动圆柱电极类似 铣刀一样在工件上进行三维微细零件的加工；或控制工具与工件作相对数 控展成送进运动，实现数控展成电化学加工。2）电源目前主要应用高频、窄脉冲电源进行微细电化学加工。因为采用高频、窄脉 冲电流后，使间隙流场改善，加工间隙得以更加缩小，使电流密度提高，另外， 由于电流脉冲只持续很短的时间，工件的溶解与沉积都只发生在非常靠近微细电 极表面被极化的双电层很小的区域内，双电层的空间约束控制电解的形状精度与 尺寸精度，加工精度极高。通过进一步缩小脉宽E能获得更高的加工精度。3）间隙控制 微细电解加工的极间间隙是直接影响到加工零件的形状和尺寸精度的关键因素， 实现小间隙加工是提高加工精度的有效途径。影响间隙大小的因素很多，如加工 电压、电流脉宽、工作液、工件材料等。4. 电化学微细加工发展方向电化学微细加工的发展方向源于新工艺技术将得到不断发展，整体而言，以 电解加工为例呈现以下的发展态势。4.1 高频、窄脉冲电流电解加工试验研究表明, 高频、窄脉冲电流的采用, 在电解加工间隙中将产生特殊的 物理、化学作用, 使得高频、窄脉冲电流电解加工比较低频脉冲电流电解加工, 在复制精度、表面质量、加工效率、加工过程的稳定性等方面都有显著提高, 展 示了其在零件微精加工中的重要应用前景4.2 高速、高压、小间隙电解加工4.3 数控仿形电解加工 计算机数控技术同电解加工技术的结合所形成的柔性电解加工技术研究方向, 得到了国内外特种加工专家的认同。计算机控制技术的应用需要解决以下问 题：1）电解加工过程（ 参数） 的控制 电解加工是一项综合电化学、流体力学、电磁学、机械学和自动控制等多学 科交叉的加工工艺技术。其加工过程受到多因素、多参数的影响。因此, 加工过 程的控制、加工参数的优选, 成为提高电解加工技术经济指标的必要保证。采用 计算机控制技术, 对电解加工过程的工艺参数进行模糊逻辑控制; 建立电解加 工工艺数据库, 优选工艺参数; 或者最简单地对各主要参数进行单因素稳定控 制, 对于提高加工精度、速度和改善表面质量都有积极作用, 将继续在电解加工 中得到发展和应用, 其中模糊逻辑控制将可能成为主要研究方向。4.4 必须重视并解决环保问题为使电解加工能得到持续发展, 也为了生产工人的健康和周围环境的安全, 必须重视并解决电解加工过程中的环境保护问题。对加工过程中逸出的气体要 通风排放, 特别对电解泥要进行处理和回收, 化解其中某些有害离子（ Cr6+ ） , 严格按照国家有关标准规定排放。为了达到绿色制造的目的, 要加强电解液成分 和电解加工过程在线处理电解液的研究, 以保证在电解加工过程中不产生或很 少产生有害物质, 或者在电解加工过程中就已经在线将这些有害物质化解。这是 电解加工发展中必须要重视并解决的问题。5. 结论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。绿色制造是世界工业发展的潮流，它必将随着人类可持续发展战 略的提出和经济的全球化趋势，显示出它的优势。追求人与自然的和谐统一，使 得绿色制造具有广阔的发展前景。因此大力推进绿色制造技术，具有非常重要的 现实意义。参考文献1 李永志.电解加工在微细制造中的应用研究.机械设计与制造，2006.2 朱荻.微细电解加工技术.纳米科技与精密工程，2002.3 曾繁章.微细电化学加工技术.机电工程技术,2005.4 徐家文.电解加工在航空制造中的应用和发展.航空制造技术,2002.5 刘飞.21 世纪制造业的绿色变革.机械工程学报,2000.6 张艳.现代制造业的发展趋势绿色制造.国外建材科技,2004.1要求：1、字数 30004000 字左右；2、A4 纸打印。课程论文的排版格式规范化要求I. 版面尺寸：A4（210X297毫米）。2装订位置：左面竖装，装订位置距左边界810毫米。3. 版芯位置（正文位置）：上、下边界25毫米、左边界30毫米、右边界20毫 米、装订线位置定义为0毫米。4. 页码：采用页脚方式设定，采用五号宋体，处于页面下方、居中、距下边 界 15 毫米的位置。5. 目录：采用多级符号版式。如：一级标题用阿拉伯数字（1、2、3 ） 标引，采用四号宋体并左对齐排列；二级标题缩进2个字符并用阿拉伯数字（1 . 1、 1.2、1.3）标引，字体采用四号宋体。三级标题以此类推。在每一级标题后 要标注页码。6. 正文文本：宋体小四号、标准字间距、行间距为 1.5 倍行距、所有标点符 号采用宋体全角、英文字母和阿拉伯数字采用半角的要求排版。7. 论文标题：三号黑体，居中。8. 作者和指导教师：标题下隔一行，居中，采用小四号仿宋体，作者在上， 指导教师在下。9. 中文摘要和中文关键词：用五号仿宋体、两端对齐方式排列。10. 英文摘要和英文关键词：用五号Times New Roma体、左面对齐排列。II. 正文内标题：一级标题采用阿拉伯数字（如 1、 2、 3、）标引、小三号 黑体并左对齐排列；二级标题采用阿拉伯数字（如 1.1、 1.2、 1.3、）标引、四 号黑体并左对齐排列；三级标题的数字标引以此类推，并采用与正文相同的字体， 左对齐排列；一级标题与上一段落和下一段落之间均隔一行；一级标题与二级标 题之间隔一行；二级标题单独一行，但与正文不隔行；三级标题与正文处于同一 行，与正文文字间隔两个字符。12. 文中图表：所涉及到的全部图、表，不论计算机绘制还是手工绘制，都 应规范化，符号、代号符合国家标准，字体大小与正文协调，手工绘制的要用绘 图笔，图表名称和编号准确无误。13. 参考文献：位于正文结尾后下隔 2 行，“参考文献” 四字左对齐，采用 宋体小四号加粗；具体参考文献目录按五号宋体、靠左对齐、阿拉伯数字标引序 号（、）的方式排列。14. 附录：附录必须按正文中出现的顺序编号排列，并用小三号黑体靠左对齐方本科课程论文题 目 学院工程技术学院专业专业全名年级学号_姓名_指 导 教 师 成 绩 年月日特别说明：1、若有图表，图表的标题应有中英文对照，字体为宋体，五号，居中，表格采 用三线表；2、A4 纸打印，页边距上下右均为 2.5 厘米，左3厘米；3、若为基金项目资助，在首页脚注中注明； 4、参考文献中应有外文文献；5、中文标点一律采用全角。（目录编排格式）（新起一页） （空 1 行）摘要引言.1.1考试模式现状1.1.1传统考试模式及其特点.1.1.2 C/S模式考试系统及其特点5.51.2考试系统建设.1.2.1 系统建设原则771.2.2 系统建设目标 72考试系统的相关技术介绍和分析 82.1 ASP 动态网站开发技术 82.1.1 ASP 特点102.2 系统的运行环境和开发工具2.2.1 Windows 2000 Server 和 IIS103 考试系统数据结构 143.1 系统分析数据流图144 信息技术考试系统结构设计框图165 信息技术考试系统各个功能及其关系175.1 学生子系统功能介绍175.1.1 身份确认子系统185.2 30 6 结论 40 附录42参考文献：.44（论文摘要编排格式）（新起一页）（空1行）（题目* ）（采用三号黑体，居中）（空 1 行）王宜兰（宋体小四号、居中）西南大学工程技术学院，重庆 400716（宋体、五号、居中）空 1 行）摘要（仿宋体五号加粗）:（仿宋体五号）关于高等教育改革体制问题的思想观念问题,（正文用宋体小四号）能力和素质培养.1.1有关关系的处理（黑体小四号, 左对齐）（正文用宋体小四号，1.5 倍行距）在知识传授与能力和素质培养的关系上 树立注重素质教育，融传授知识、培养能力与提高素质为一体，.。在理论与实践的关系上，树立理论联系实际，.。2 考试系统的相关技术介绍和分析（ 一级标题前空 1 行 ）公式：（用 word 公式编辑器编辑）,可表示为:Y 二 Y - Y + N - M(2-2)i 1 2表格后空 0.5 行）如图 2 所示。Fig.2 （英文）图名称后空 0.5行）（空2 行）参考文献 （黑体四号，左对齐）参考文献的著录格式如下：（顶格，连续编号，宋体，五号，单倍行距。请注意标点符号）连续出版刊物：标引序号作者.文题J.刊名，年，卷（期）：起止页码.专 著：标引序号作者.书名M.出版地：出版者，出版年.起止页码.译 著：标引序号作者.书名M.译者.出版地：出版者，出版年.起止页码.论文集：标引序号作者.文题A.编者.文集C.出版地：出版者，出版年.起止 页码.学位论文：标引序号作者.文题D.所在城市：保存单位，年份.专利：标引序号申请者.专利名P.国名及专利号，发布日期.技术标准：标引序号技术标准代号.技术标准名称S.技术报告：标引序号作者.文题R.报告代码及编号，地名：责任单位，年份.报纸文章：标引序号作者.文题N.报纸名，出版日期（版次）.在线文献（电子公告）：标引序号作者.文题EB/OL. http:/.,日期.光盘文献（数据库）：标引 序号作者.文题DB/CD.出版地：出版者，出版年（注：作者不超过3人的全部写出，超过3人的只写前3名，后加“等”或“et al”英、美、德、俄等国人名书写时，应姓前名后，名用缩写；中国人名不用缩写。）要求；参考文献 15 篇以上，其中有 5 种以上期刊，外文资料2 篇以上。