安全滤网阵列网孔激光-电解组合加工

葛声宏; 申继文; 曾永彬

doi:10.37188/OPE.20233112.1774

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

安全滤网阵列网孔激光-电解组合加工

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2023-07-17

- 安全滤网阵列网孔激光-电解组合加工
- Laser-electrochemical combined machining for micro-hole arrays of safety filter
- 光学精密工程 2023年31卷第12期页码：1774-1784
- 作者机构：
  
  1.南京航空航天大学机电学院，江苏南京 210016
  2.中航工业南京伺服控制系统有限公司，江苏南京 210061
- 作者简介：
  
  [ "葛声宏（1980-），男，研究员，博士研究生，主要研究方向：电液伺服阀设计、精密加工、伺服装置研发及核心关键技术研究。E-mail：smilegeshenghong@163.com" ]
  [ "申继文（1995-），男，河南信阳，博士研究生，主要研究方向：电化学加工、激光电解组合加工技术等。E-mail：shenjw@nuaa.edu.cn" ]
  [ "曾永彬（1978-），男，重庆人，教授，博士生导师，主要研究方向：特种加工、微细加工及复合加工技术等。 E-mail： binyz@nuaa.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52175413);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(NP2022422);江苏省自然科学基金资助项目(BK20222010)
- DOI：10.37188/OPE.20233112.1774
  中图分类号： TG665;TG662
- 收稿日期：2022-12-24，
  
  修回日期：2023-01-10，
  
  纸质出版日期：2023-06-25
- 稿件说明：
移动端阅览
葛声宏,申继文,曾永彬.安全滤网阵列网孔激光-电解组合加工[J].光学精密工程,2023,31(12):1774-1784.

GE Shenghong,SHEN Jiwen,ZENG Yongbin.Laser-electrochemical combined machining for micro-hole arrays of safety filter[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(12):1774-1784.
葛声宏,申继文,曾永彬.安全滤网阵列网孔激光-电解组合加工[J].光学精密工程,2023,31(12):1774-1784. DOI： 10.37188/OPE.20233112.1774.

GE Shenghong,SHEN Jiwen,ZENG Yongbin.Laser-electrochemical combined machining for micro-hole arrays of safety filter[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(12):1774-1784. DOI： 10.37188/OPE.20233112.1774.

摘要

安全滤网阵列网孔的高效、高品质和高适应性加工至今仍面临重大技术挑战。基于此，提出采用激光-电解组合加工技术制备安全滤网阵列网孔结构。介绍了激光-电解组合加工技术的试验加工系统，探究了工艺参数对微孔形貌质量和加工精度的影响规律，并开展了安全滤网阵列网孔的制备。试验结果表明：激光加工路径显著影响微孔出口的形貌，采用同心圆轨迹（外径270 μm，内径230 μm，线间距2.5 μm）能够显著改善微孔出口的圆度；激光功率越大、切割速度越小，微孔直径及其热影响区均越来越大；NaNO

-乙二醇溶液作为电解抛光液能够在加工表面形成扩散层发生电解抛光，将激光加工产生的喷溅物和毛刺等缺陷去除；基于优化工艺参数，加工出253个直径0.31 mm的阵列网孔结构，出入口直径方差仅为2.02和1.71，展示出较高的尺寸一致性。激光-电解组合加工技术在薄壁件上高效、高品质制备阵列网孔结构方面具有很强工艺能力和发展潜力。

Abstract

Highly effective and adaptable fabrication of high-quality micro-hole arrays for safety filters remains challenging. Therefore， in this study， a combination of laser and electrochemical machining technology was developed for preparing micro-hole arrays for safety filters. An experimental processing system for laser–electrochemical combined machining was devised， the effects of process parameters on the processing quality were investigated， and a safety filter sample was prepared. The results indicated that in the laser processing， the laser cutting path significantly affects the outer shape of the through-hole， and the outer roundness of the through-hole can be significantly improved using the optimized concentric circle path （outer diameter： 270 μm， inner diameter： 230 μm， and spacing distance： 5 μm）. A higher laser power and lower cutting speed correspond to a larger through-hole diameter and heat-affected zone. NaNO3-ethylene glycol solution as polishing electrolyte can form a diffusion layer on the machining surface for electrolytic polishing and remove the spatters and burrs generated by laser processing. Using the optimized process parameters， 253 micro-hole structures with a diameter of 0.31 mm were machined， and the variance of the inlet and outlet diameters was only 2.02 and 1.71， respectively， indicating a high dimensional consistency. The laser-electrochemical combined process has considerable potential for the fabrication of high-quality micro-hole arrays on thin-walled workpieces.

关键词

Keywords

references

李闯，张明，魏小辉，等 . 飞机起落架收放液压系统设计、分析与实验验证［J］. 南京航空航天大学学报， 2014 ， 46 （ 2 ）： 225 - 231 . doi: 10.3969/j.issn.1005-2615.2014.02.008 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1005-2615.2014.02.008

LI C ， ZHANG M ， WEI X H ， et al . Design， analysis and experimental validation for hydraulic extension/retraction system of aircraft landing gears ［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics ， 2014 ， 46 （ 2 ）： 225 - 231 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1005-2615.2014.02.008 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1005-2615.2014.02.008

刘涌泉，李巍，牛伟，等 . 航空液压系统流量智能预测方法研究［J］. 科学技术与工程， 2022 ， 22 （ 28 ）： 12476 - 12483 .

LIU Y Q ， LI W ， NIU W ， et al . Intelligent flow forecasting method of aviation hydraulic system ［J］. Science Technology and Engineering ， 2022 ， 22 （ 28 ）： 12476 - 12483 . （in Chinese）

胡振磊 . 安全滤网及其抗堵塞能力浅析［J］. 中国机械， 2019 （ 18 ）： 154 - 155 .

HU Z L . Analysis of safety filter screen and its anti-blocking ability ［J］. Machine China ， 2019 （ 18 ）： 154 - 155 . （in Chinese）

FOTOVATI S ， HOSSEINI SA ， TAFRESHI HV ， et al . Modeling instantaneous pressure drop of pleated thin filter media during dust loading ［J］. Chemical Engineering Science ， 2011 ， 66 （ 18 ）： 4036 - 4046 . doi: 10.1016/j.ces.2011.05.038 http://dx.doi.org/10.1016/j.ces.2011.05.038

钱锋 . 精密微小孔的加工技术研究［J］. 现代制造技术与装备， 2015 （ 5 ）： 52 - 54 . doi: 10.3969/j.issn.1673-5587.2015.05.022 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-5587.2015.05.022

QIAN F . Research on machining technology of precision micro hole ［J］. Modern Manufacturing Technology and Equipment ， 2015 （ 5 ）： 52 - 54 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1673-5587.2015.05.022 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-5587.2015.05.022

Chen N ， Li HN ， Wu J ， et al . Advances in micro milling： from tool fabrication to process outcomes ［J］. International Journal of Machine Tools and Manufacture ， 2021 ， 160 ： 103670 . doi: 10.1016/j.ijmachtools.2020.103670 http://dx.doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2020.103670

弯艳玲，杨健 . 高速微钻削构建孔阵列疏水表面［J］. 长春理工大学学报（自然科学版）， 2018 ， 41 （ 4 ）： 60 - 63 .

WAN Y L ， YANG J . Micro-hole array hydrophobic surface by high speed micro-drilling technology ［J］. Journal of Changchun University of Science and Technology ， 2018 ， 41 （ 4 ）： 60 - 63 . （in Chinese）

JITHIN S ， JOSHI S S . Surface topography generation and simulation in electrical discharge texturing： a review ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2021 ， 298 ： 117297 . doi: 10.1016/j.jmatprotec.2021.117297 http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021.117297

RAVI N ， CHUAN SHAN XUE . The effects of electro-discharge machining block electrode method for microelectrode machining ［J］. Journal of Micromechanics and Microengineering ， 2002 ， 12 （ 5 ）： 532 - 540 . doi: 10.1088/0960-1317/12/5/304 http://dx.doi.org/10.1088/0960-1317/12/5/304

WANG D ， WU J ， ZHAO W ， et al . Micro tool electrode fabrication using edge electrode discharge grinding ［C］. Proceedings of the International Symposium on Electromachining ， 2010 .

翁明浩 . 微细阵列轴孔的电火花和电化学加工工艺研究［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2007 .

WENG M H . Study on EDM and Electrochemical Machining Technology of Micro-Array Shaft Hole ［D］. Harbin ： Harbin Institute of Technology ， 2007 . （in Chinese）

王峰，赵昌辉，张恩元 . 高速电火花小孔加工工艺及应用［J］. 中国新技术新产品， 2016 （ 20 ）： 68 . doi: 10.3969/j.issn.1673-9957.2016.20.050 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-9957.2016.20.050

WANG F ， ZHAO C H ， ZHANG E Y . Small hole machining technology and application of high speed EDM ［J］. New Technology & New Products of China ， 2016 （ 20 ）： 68 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1673-9957.2016.20.050 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-9957.2016.20.050

QU NS ， ZHANG XF ， CHEN XL ， et al . Modified microscale pattern transfer without photolithography of substrates ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2015 ， 218 ： 71 - 79 . doi: 10.1016/j.jmatprotec.2014.11.040 http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.11.040

ZHANG X ， QU N ， FANG X. . Sandwich-like electrochemical micromachining of micro-dimples using a porous metal cathode ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2017 ， 311 ： 357 - 364 . doi: 10.1016/j.surfcoat.2017.01.035 http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.01.035

FANG X ， QU N ， ZHANG Y ， et al . Improvement of hole exit accuracy in electrochemical drilling by applying a potential difference between an auxiliary electrode and the anode ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2014 ， 214 （ 3 ）： 556 - 564 . doi: 10.1016/j.jmatprotec.2013.11.008 http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.11.008

ZHANG Y ， QU N ， FANG X ， et al . Eliminating spikes by optimizing machining parameters in electrochemical drilling ［J］. Journal of Manufacturing Processes ， 2019 ， 37 ： 488 - 495 . doi: 10.1016/j.jmapro.2018.12.024 http://dx.doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.12.024

WANG X ， QU N ， FANG X ， et al . Electrochemical drilling with constant electrolyte flow ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2016 ， 238 ： 1 - 7 . doi: 10.1016/j.jmatprotec.2016.06.033 http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2016.06.033

ZHU D ， WANG W ， FANG X L ， et al . Electrochemical drilling of multiple holes with electrolyte-extraction ［J］. CIRP Annals ， 2010 ， 59 （ 1 ）： 239 - 242 . doi: 10.1016/j.cirp.2010.03.135 http://dx.doi.org/10.1016/j.cirp.2010.03.135

王维 . 群小孔电解加工的关键技术研究［D］. 南京：南京航空航天大学， 2010 .

WANG W . Research on Key Technology of Electrolytic Machining of Group Small Holes ［D］. Nanjing ： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ， 2010 . （in Chinese）

解孟涛，刘俊标，王鹏飞，等 . 电子束曲面直写的Monte Carlo仿真与实验［J］. 光学精密工程， 2022 ， 30 （ 18 ）： 2232 - 2240 . doi: 10.37188/OPE.20223018.2232 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223018.2232

XIE M T ， LIU J B ， WANG P F ， et al . Monte Carlo simulation and experiments of electron beam direct writing on curved ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2022 ， 30 （ 18 ）： 2232 - 2240 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20223018.2232 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223018.2232

ZHANG Y ， SHEN Z ， NI X . Modeling and simulation on long pulse laser drilling processing ［J］. International Journal of Heat and Mass Transfer ， 2014 ， 73 ： 429 - 437 . doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.02.037 http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.02.037

李鹏举，潘登，刘顺利 . 长焦深连续立方相位板的飞秒激光加工与性能测试［J］. 光学精密工程， 2022 ， 30 （ 17 ）： 2088 - 2093 . doi: 10.37188/OPE.20223017.2088 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223017.2088

LI P J ， PAN D ， LIU S L . Continuous cubic phase plate with long depth of focus fabricated by femtosecond laser and its optical performance ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2022 ， 30 （ 17 ）： 2088 - 2093 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20223017.2088 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223017.2088

杨立军，孔宪俊，王扬，等 . 激光微孔加工技术及应用［J］. 航空制造技术， 2016 ， 59 （ 19 ）： 30 - 38 .

YANG L J ， KONG X J ， WANG Y ， et al . Laser micro-holes machining technology and its application ［J］. Aeronautical Manufacturing Technology ， 2016 ， 59 （ 19 ）： 30 - 38 . （in Chinese）

KAMLAGE G ， BAUER T ， OSTENDORF A ， et al . Deep drilling of metals by femtosecond laser pulses ［J］. Applied Physics A ， 2003 ， 77 （ 2 ）： 307 - 310 . doi: 10.1007/s00339-003-2120-x http://dx.doi.org/10.1007/s00339-003-2120-x

WANG Y F ， YANG F ， ZHANG G Y ， et al . Fabrication of deep and small holes by synchronized laser and shaped tube electrochemical machining （Laser-STEM） hybrid process ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2019 ， 105 （ 5/6 ）： 2721 - 2731 . doi: 10.1007/s00170-019-04453-z http://dx.doi.org/10.1007/s00170-019-04453-z

NGUYEN MD ， RAHMAN M ， WONG YSAN . Simultaneous micro-EDM and micro-ECM in low-resistivity deionized water ［J］. International Journal of Machine Tools and Manufacture ， 2012 ， 54/55 ： 55 - 65 . doi: 10.1016/j.ijmachtools.2011.11.005 http://dx.doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2011.11.005

余毅权 . 激光脉冲电解射流复合加工技术试验研究［D］. 南京：南京航空航天大学， 2011 .

YU Y Q . Experimental Study on Composite Machining Technology of Laser Pulse Electrolytic Jet ［D］. Nanjing ： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ， 2011 . （in Chinese）

ZHANG Y ， XU Z ， ZHU D ， et al . Tube electrode high-speed electrochemical discharge drilling using low-conductivity salt solution ［J］. International Journal of Machine Tools and Manufacture ， 2015 ， 92 ： 10 - 18 . doi: 10.1016/j.ijmachtools.2015.02.011 http://dx.doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2015.02.011

刘坤坤，孙伶俐，何声馨，等 . 316不锈钢电解抛光最佳参数试验研究［J］. 表面技术， 2018 ， 47 （ 8 ）： 288 - 294 .

LIU K K ， SUN L L ， HE S X ， et al . Experimental study on optimal parameters of electrolytic polishing of 316 stainless steel ［J］. Surface Technology ， 2018 ， 47 （ 8 ）： 288 - 294 . （in Chinese）

浏览量

176

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

阵列微沟槽的场域离散脉冲电解加工技术