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聚合物微流控芯片在生物医学等领域有广泛应用,主要成型工艺为热压成型及注塑成型,其中,具有微尺度结构的模具镶块制作是模具制造的关键。除了采用 LIGA、UV-LIGA工艺制作镍基微结构镶块以外,还可利用电火花成形技术(EDM)在高硬度模具钢镶块上实现微结构加工,这种方法不仅可以降低微流控芯片模具的制作成本,还可以延长模具使用寿命。目前,由电加工制作的微结构镶块,基本达到了使用要求,但仍存在由电加工异常放电导致的加工表面质量不尽如意等问题。因此,研发一种提高微尺度结构常规电火花加工质量的方法具有重要意义。 为此,为提高模具工件表面加工质量,在综合现有超声电火花复合加工方式的基础上,本文提出了一种新型超声振动电火花工作液的加工方式,将超声换能器放置于电火花工作液中,在一定超声作用范围内,通过液体的空化作用,促进加工过程中电蚀产物排出,从而减少工件表面存在的不良放电现象,达到改善表面质量的目的。 首先,根据超声空化作用特点,通过数值模拟探究超声参数(超声频率、超声声压幅值)及液体性质对电火花工作液中空化气泡运动行为的影响,以空化气泡产生溃灭为前提,得到可选超声参数范围,为超声在电火花工作液中的运用提供了理论支撑。 其次,应用上述模拟结果,利用铝箔腐蚀法探究超声作用在电火花工作液中的空化场分布,了解超声作用在电火花工作液中的衰减规律,确定了超声的作用范围,为后续超声振动电火花工作液加工试验提供了参考。 最后,根据以上数值模拟和铝箔试验的结果,以NAK80模具钢为试验对象,试验探究三种超声频率的空化作用对工件表面微观结构的影响。试验结果表明,超声振动电火花工作液加工方式通过促进电加工中电蚀产物的运动,可以减少异常放电的发生,减少由积碳及二次重熔金属造成的表面质量问题,从而提高工件表面微观形貌的均一性,改善工件的加工质量。