微細(xì)超聲波加工微孔底面形貌的形成機(jī)理研究.pdf

1、機(jī)械的微型化是21世紀(jì)技術(shù)發(fā)展的趨勢。利用MEMS技術(shù)制造的微執(zhí)行器、微型構(gòu)件和微機(jī)械光學(xué)器件等已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、航空航天和新能源等重要的領(lǐng)域。支撐機(jī)械微型化的關(guān)鍵就是先進(jìn)的微細(xì)特種加工技術(shù)，如微細(xì)電火花加工、激光加工和微細(xì)超聲波加工等。單晶硅和工程陶瓷等硬脆材料，具有高強(qiáng)度硬度、耐高溫、耐腐蝕和耐磨損等優(yōu)異的材料性能，故在MEMS等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍。這些材料由于硬度高，難以用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法來加工，不僅加工質(zhì)量差而且加工

2、效率低。微細(xì)超聲波加工就是適合用來加工這些硬脆材料的微細(xì)特種加工技術(shù)。
　　從微細(xì)超聲波加工微孔的底面輪廓可知，在不同的加工條件下，微孔底面會呈現(xiàn)出凹或者凸兩種不同的形貌。本文研究的目的，就是探索分析微孔底面出現(xiàn)凹凸兩種不同形貌的原因。
　　微細(xì)超聲波加工是利用加工液中的磨粒沖擊工件導(dǎo)致工件材料破碎，進(jìn)而進(jìn)行材料去除。只有磨粒存在的位置，才有工件材料的去除。故加工區(qū)域磨粒的分布不同，加工出的微孔底面形貌就不同。本文運用固液二

3、相流的相關(guān)理論，分析了磨粒在加工液中的受力情況。然后利用液體的不可壓縮性得到加工區(qū)域的徑向流速分布，從而建立了加工液中的磨粒的運動微分方程。仿真計算的結(jié)果顯示，在超聲波振動下加工區(qū)域的磨粒是向中心位置運動的。振幅越大或者磨粒粒徑越大，磨粒向中心聚集的速度越快，導(dǎo)致微孔底面出現(xiàn)凹陷狀。當(dāng)采用小粒徑的磨?；蛘叱暡ㄕ穹苄r，微孔底面出現(xiàn)凸起狀。實驗結(jié)果和理論分析吻合地很好。
　　本研究的所有實驗是運用自主開發(fā)的數(shù)控加工程序進(jìn)行的。<