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&&&一种微秒级脉冲电解加工工程化电源研制
一种微秒级脉冲电解加工工程化电源研制
Research on the Industrialization Power Supply for Microsecond-grade Pulse Electrochemical Machining
针对针阀体喷孔的去毛刺技术要求,研制了一种以IGBT为开关器件的微秒级脉冲电源.该电源采用直流加斩波输出方案,直流部分采用现有稳压直流电源,设计了该电源斩波部分脉冲发生电路、推动电路、电源主电路和保护电路.使用该电源进行了针阀体电解去毛刺工艺实验,实验数据表明喷孔流量和压力室杂散腐蚀程度达到设计技术要求.
摘要： 针对针阀体喷孔的去毛刺技术要求,研制了一种以IGBT为开关器件的微秒级脉冲电源.该电源采用直流加斩波输出方案,直流部分采用现有稳压直流电源,设计了该电源斩波部分脉冲发生电路、推动电路、电源主电路和保护电路.使用该电源进行了针阀体电解去毛刺工艺实验,实验数据表明喷孔流量和压力室杂散腐蚀程度达到设计技术要求.&&
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快速查看收藏过的文献纳秒脉宽电化学加工电源研究
微细电化学加工是在离子层次进行材料去除加工的特种加工方法,具有工具电极无损耗、加工精度高、无机械外应力以及加工工艺多样化等显著优点。从理论上说,微细电化学加工和现代数字技术相结合,可以实现微结构的高精度加工。本文在分析了影响微细电化学加工中各种因素的基础上,从影响微细电化学加工的关键因素—加工电源去考虑,研制适用于微细电化学加工的纳秒脉宽脉冲电源。该电源的整体设计采用直流斩波方案,输出加工电压峰值为10v,脉冲频率在100KHz~200KHz之间,占空比最小可达0.10,最小脉宽约为500ns。该电源的研制基于FPGA芯片进行,由FPGA编程产生高频控制信号,该脉冲信号经放大电路放大后,驱动斩波电路中MOSFET的开通和关断,对加工电路中直流电压进行斩波,最终输出纳秒脉宽加工脉冲电压。硬件电路设计包括主回路电压转换、调节的设计、预驱放大电路放大控制信号的设计、斩波电路的设计和反馈回路的设计几部分,绘制电路图并制作出PCB。在应用&
(本文共66页)
权威出处：
利用纳秒及以下级持续时间的超短脉冲电流去除材料时,电化学加工能够将电化学蚀除局限在电极顶尖部位的微-纳尺寸范围,极大限制蚀除中的杂散腐蚀,成功实现微米级尺寸的微细工件的加工,精度可达几百纳米[1]。随着脉冲宽度的减小,精度明显提高。相较于其他微细加工方法,微细电化学加工具有非接触、无切削力、无热熔除等特点,已经在某些特殊的微细加工场合获得较好效果[2-3]。利用这种工艺,德国Friz_Haber研究所[4]、美国的IBM[5]以及国内的南京航空航天大学[6-8]、上海交通大学[9]等机构先后制作了微米量级的微孔、槽、坑与其他微细结构。电源及其品质是微细电化学加工的关键影响因素,高频、窄脉宽脉冲电源是微细电化学加工的重要研究内容[1,10]。目前,微细电化学加工电源尚处在实验室阶段,尚存在参数调节范围有限、功能较为单一等问题。针对上述问题,结合微细电化学加工的发展,本文采用大规模可编程逻辑器件,从调整方便性、易于系统集成等角度出发...&
(本文共4页)
权威出处：
微细电化学加工是微细加工领域的一个重要研究方向,作为一种无宏观切削力、无刀具损耗的微细加工方法,微细电化学加工技术已经得到了世界上越来越多国家的重视。微细电化学加工电源及检测技术是微细电化学加工系统的关键技术之一,其性能好坏直接关系到微细电化学加工工艺指标的优劣,因而对其关键技术进行研究具有重要的意义。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,在对微细电化学加工原理及间隙特性分析的基础上,研制出了用于微细电化学加工的纳秒级脉冲电源及间隙状态检测系统。脉冲电源采用直接功率放大输出方案,以单片机和CPLD(ComPlex Programmable Logic Device:复杂可编程逻辑器件)作为控制核心,并设计了快速放电电路,解决了波形失真问题。电源最小稳定输出脉宽60ns,输出电流100mA,脉宽、占空比均独立可调。根据微细电化学加工的工艺特点及间隙特性,完成了间隙检测方案的设计。设计了平均电压...&
(本文共63页)
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微机电系统(MEMS)的发展,带动了微细加工技术的发展.电化学加工是利用金属材料发生氧化还原的电化学过程来去除材料或增加材料,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[1,2].随着现代电力电子技术的发展,针对微细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[3,4].脉冲电源频率的提高,脉冲周期的减小,使得短暂的脉冲间隙不足以让电解液的电容充分放电,所以脉冲电源一直有一个维持电压存在.微细电解加工为了保持加工精度所以加工电压很小,而一直存在的维持电压对加工电压产生了很大的影响,使得加工的散蚀增加,工件的形状精度降低.本文在对单路控制微细电化学脉冲电源分析的基础上,研究了维持电压的特性,设计了双路控制的绝缘栅型场效应管(MOSFET)开关脉冲电源,快速消除了脉间维持电压,减小了加工散蚀,提高了加工的尺寸精度和表面质量.1单路控制微细电化学脉冲电源存在的问...&
(本文共4页)
权威出处：
0引言随着科技的发展,面向精密微机电器件的微细加工技术已经成为各国研究的热点。微细加工技术主要有聚焦离子束、电子束、激光微细加工、微细电火花加工以及微细电化学加工等[1]。电化学加工的原理是利用电化学反应去除工件材料,理论上可以达到离子级的加工精度[2],但由于存在杂散腐蚀、加工稳定性差等缺陷,因此加工精度不够高。将电化学加工应用于微细加工必须提高定域蚀除能力,解决微能脉冲加工电源、工具电极制作以及加工状态的检测控制等问题。国外的研究人员利用纳秒脉冲电流实现了微细电化学加工,但对于超短脉冲电源和微细电极的制作都没有给出相关的论述[3]。本文利用所构建的加工系统,对微细电化学加工的关键技术提出了解决方案,实现了高精度的微细电化学加工。1加工系统的组成微细电化学加工相对于常规的电化学加工的最大区别就是工件的加工量非常小。为精确控制反应过程,减小单位去除量,必须选用小的加工电流及低浓度的电解液。由于工具电极和被加工的微器件尺寸小、刚度...&
(本文共4页)
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1微细电化学加工的原理及特点近年来,随着微电子(microelectronics)技术和微机电系统(MicroElectroMechanicalSystem:MEMS)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,正受到国内外科技界的广泛关注。电化学加工(ElectrochemicalMachining——ECM)一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ECM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...&
(本文共6页)
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3秒自动关闭窗口纳秒级脉冲电源研制及微细电解工艺试验--《广东工业大学》2007年硕士论文
纳秒级脉冲电源研制及微细电解工艺试验
【摘要】：
电解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。而且加工过程中材料是以“离子”溶解的方式去除，这种微去除方式使得电解加工在微、纳米加工领域有着很大的发展前景。
国内外大量研究表明，应用高频脉冲电源是提高电解加工精度最有希望的技术途径。采用纳秒脉冲电源进行微细电解加工，可将电化学反应集中在电极周围很小的区域内，也即可以实现定域蚀除，从而实现微米级的电化学加工。
本文针对微细电解加工的要求，成功研制出用于微细电解加工的纳秒级脉冲电源，其最小稳定输出脉宽50ns，额定电流1A，占空比和频率均独立可调；针对微细电解加工工艺的特点设计了快速保护电路，短路保护控制在5μs以内；为实现高精度的微细电解加工提供了保证。
该电源采用直流加斩波输出方案，直流部分采用稳压集成块调压，电路简单，可靠，成本低廉。设计的高频信号发生器工作频率范围宽，波形调节方便；快速驱动信号具有陡峭的上升和下降沿，为斩波器提供了良好的驱动保证。斩波主器件采用快速互补功率场效应管作为斩波开关，解决了波形失真问题。电源实际输出波形良好，体积小，效率高，方便携带。
用本电源样机进行了微细电极加工实验。采用100ns的脉宽、5.2v电压，在微细电解装备上加工出直径约为20μm长约900μm的均匀圆柱体电极和100ns的脉宽、4.5v电压下加工出直径60μm、长4.2mm的螺旋电极，得出了加工电压对电极形状的影响。还用本电源进行了微细孔加工实验，采用300ns的脉宽、130μm直径的电极加工出直径为170μm的微细孔。试验结果验证了纳秒脉冲电源有利于提高加工的精度，同时也验证了此电源实用，性能稳定、可靠。
【学位授予单位】：广东工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2007【分类号】：TG662
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