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1、博士學(xué)位論文鈹銅合金的微細(xì)電火花加工及其表面的超疏水性研究RESEARCHONMICRO-EDMANDITSSUPERHYDROPHOBICPROPERTYOFBERYLLIUMCOPPERALLOY董樹(shù)亮哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TP273.2學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：629.127密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)博士學(xué)位論文鈹銅合金的微細(xì)電火花加工及其表面的超疏水性研究博士研究生：董樹(shù)亮導(dǎo)師：王振龍教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：機(jī)械制造及其自動(dòng)化所在單位：機(jī)電工程學(xué)院答辯日期：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:
2、TP273.2U.D.C:629.127DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONMICRO-EDMANDITSSUPERHYDROPHOBICPROPERTYOFBERYLLIUMCOPPERALLOYCandidate：DongShuliangSupervisor：Prof.WangZhenlongAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MechanicalManufacturingandAutomationAffilia
3、tion：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要微型陀螺儀因具有體積小、耐沖擊和低成本的特性成為陀螺儀發(fā)展的新方向，開(kāi)展戰(zhàn)略級(jí)精度的微陀螺儀研究并進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。高精度陀螺儀的研制離不開(kāi)高精度和高質(zhì)量的微細(xì)零部件的支撐。由于微細(xì)零件結(jié)構(gòu)尺寸的減小，運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性受其尺寸效應(yīng)及表面效應(yīng)的影響越發(fā)顯著。所以微細(xì)零件制造不僅僅對(duì)其尺寸精度有嚴(yán)格的要求，并且對(duì)零件
4、的表面同樣具有特殊的要求，如防腐、流體減阻、潤(rùn)滑等。要實(shí)現(xiàn)微型陀螺儀的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，需要高表面質(zhì)量的微流道，高尺寸精度的配合偶件結(jié)構(gòu)及其表面具有減阻效果。本文以具有特殊性能的鈹銅合金為研究對(duì)象，開(kāi)展關(guān)于電火花加工技術(shù)在鈹銅材料上加工微小孔、微三維結(jié)構(gòu)以及電火花加工后表面的超疏水性的相關(guān)研究。在微小孔電火花加工過(guò)程中，工作液的循環(huán)速度隨深徑比的增加而降低，堆積在加工區(qū)域的電蝕產(chǎn)物將嚴(yán)重影響加工的穩(wěn)定性。本文通過(guò)對(duì)比電火花加工中工作液對(duì)鈹銅大深徑比微小孔加工的影響特性，提出了采用去離子水作為工作液的鈹銅大深徑比微小孔的加工方法，并實(shí)現(xiàn)了深徑比為23.26，直徑為215μ
5、m的微小孔加工。實(shí)驗(yàn)分析表明：該加工過(guò)程中同時(shí)存在著電火花和電化學(xué)效應(yīng)，由于雜散腐蝕的存在，導(dǎo)致所加工的微小孔端面及孔壁存在質(zhì)量差的問(wèn)題。針對(duì)微小孔端面質(zhì)量差的問(wèn)題，采用了保護(hù)電極法，通過(guò)將微小孔端面的雜散腐蝕轉(zhuǎn)移到保護(hù)電極表面的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)微小孔端面的保護(hù)。針對(duì)微小孔表面質(zhì)量差的問(wèn)題，采用了原位混粉電火花加工法，在工作液中加入粒徑為3.5-6μm的碳化硼顆粒，可成功將微小孔的表面粗糙度值由Ra2.65μm降為Ra0.92μm。由于工具電極損耗的存在，使得微三維結(jié)構(gòu)的電火花加工成為難點(diǎn)，尤其是具有曲面形貌的微三維結(jié)構(gòu)。本文分別研究了電火花分層銑削及電火花成形加工方
6、法對(duì)微球窩加工的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用電火花分層銑削由于銑削路徑長(zhǎng)和電極損耗，導(dǎo)致所加工的微球窩結(jié)構(gòu)的形狀精度和表面質(zhì)量較差，難以滿足微型陀螺偶件的使用性能要求，但研究結(jié)果對(duì)普通球窩類零件的電火花加工具有普適意義。針對(duì)微型陀螺偶件球窩的加工，提出了采用配合鋼球做為工具電極進(jìn)行電火花成形加工的方法，并針對(duì)鋼球工具電極重復(fù)定位精度差的問(wèn)題，研制了基于磁力吸附的球形工具電極快速裝夾裝置，實(shí)驗(yàn)研究了球窩加工過(guò)程中的工具損耗特性及其對(duì)加工質(zhì)量的影響，實(shí)現(xiàn)了球形工具電極快速、高精度的裝夾和配合偶件中球窩的高精度加工。材料表面的超疏水性不僅與材料的表面能有關(guān)，更重要的是
7、材料表面的微觀-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文形貌。電火花加工特殊的材料去除方式?jīng)Q定了其加工后的表面具有微凸起與微凹坑共存、且結(jié)構(gòu)相似的微觀結(jié)構(gòu)。本文通過(guò)對(duì)鈹銅微細(xì)電火花加工表面形貌特征及鈹銅表面的潤(rùn)濕狀態(tài)的分析，初步確立了鈹銅微細(xì)電火花加工表面形貌與超疏水性的關(guān)系。研究了鈹銅微細(xì)電火花加工參數(shù)對(duì)表面形貌的影響規(guī)律。通過(guò)鈹銅微細(xì)電火花加工表面接觸角的理論值與測(cè)量值的對(duì)比，驗(yàn)證了鈹銅微細(xì)電火花加工表面形貌與超疏水性關(guān)系的正確性。并以鈹銅微細(xì)電火花加工表面的微米級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，采用火焰沉積法在其表面構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)，依靠微納分級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了其表面的超疏水性。利用液體蒸發(fā)
8、過(guò)程中毛細(xì)作用力對(duì)顆粒的
