Сканирующая микроэлектрохимическая размерная обработка локальными электродами-инструментами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат наук Красильников Владислав Петрович

• Красильников Владислав Петрович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Красильников Владислав Петрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МИКРОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

1.1 Анализ объекта исследования

1.2 Анализ процесса микроэлектрохимической размерной обработки

1.2.1 Физико-химические процессы при микроЭХРО

1.2.2 Схемы микроЭХРО непрофилированным электродом-инструментом

1.2.3 Направления совершенствования микроэлектрохимической размерной обработки

1.3 Моделирование и технологическое оснащение при обработке локальными электродами-инструментами

1.3.1 Типы электродов-инструментов

1.3.2 Материал электродов-инструментов

1.3.3 Скорость перемещения электрода-инструмента

1.3.4 Длительности импульсов тока

1.3.5 Обрабатываемые материалы

1.3.6 Электролиты

1.3.7 Оборудование

1.4 Выводы по главе 1. Цели работы и задачи исследования

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СКАНИРУЮЩЕЙ МИКРОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ЛОКАЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ-ИНСТРУМЕНТАМИ

2.1 Теоретическое исследование влияния формы и траектории перемещения электрода-инструмента на процесс микроэлектрохимической размерной обработки

2.1.1 Математическая модель микроЭХРО локальным ЭИ

2.1.2 Анализ результатов численного моделирования

2.2 Математическое моделирование влияния скорости перемещения электрода-инструмента на температуру и газосодержание в электролите при микроэлектрохимической размерной обработке

2.2.1 Математическая модель микроЭХРО локальным ЭИ

2.2.2 Анализ результатов численного моделирования

2.3 Теоретическое исследование параметров импульсов тока при микроэлектрохимической обработке с микро- и нанопараметрами

2.3.1 Математическая модель микроЭХРО наносекундными импульсами

2.3.2 Анализ результатов численного моделирования

2.4 Выводы по главе

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА СКАНИРУЮЩЕЙ МИКРОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ЛОКАЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ-ИНСТРУМЕНТАМИ

3.1 Разработка схем обработки

3.2 Методика подготовки образцов

3.3 Проектирование и изготовление электродов-инструментов

3.4 Разработка методики оценки экспериментальных результатов

3.5 Последовательность проведения экспериментальных исследований процесса сканирующей микроэлектрохимической размерной обработки

3.6 Выводы по главе

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СКАНИРУЮЩЕЙ МИКРОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ЛОКАЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ-ИНСТРУМЕНТАМИ

4.1 Установка для осуществления сканирующей микроэлектрохимической размерной обработки локальными электродами-инструментами

4.2 Проведение экспериментальных исследований процесса сканирующей микроэлектрохимической размерной обработки

4.3 Выводы по главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В последние десятилетия в промышленности одной из главных технологических проблем является миниатюризация, т.е. уменьшение габаритных размеров деталей и изделий. Наиболее остро эта проблема стоит в области электроники и приборостроения, т.к. они требуют изготовления микродеталей из труднообрабатываемых материалов весом от нескольких миллиграммов до нескольких граммов и размерами от нескольких десятков микрометров до нескольких миллиметров. При этом к деталям предъявляют высокие требования по жесткости конструкции, состоянию поверхностного слоя, а также к точности изготовления.

Из существующих методов обработки наиболее перспективным является микроэлектрохимическая размерная обработка (микроЭХРО), так как она позволяет обрабатывать материалы без изменения поверхностного слоя детали, независимо от их механических свойств.

Изучение процесса микроЭХРО позволило повысить точность обработки с начальных 0,3-0,2 мм до 0,005-0,001 мм. Последние исследования показывают, что параметр шероховатости поверхности Яа, который возможно достигнуть данным методом, составляет 500 нм. Но одновременно с увеличением точности и качества получаемых поверхностей производительность процесса в целом значительно снизилась, что не позволило данному методу конкурировать с другими методами, в частности, с электроэрозионной обработкой. Помимо этого, остро стоит вопрос повышения надежности процесса микроЭХРО. Это обеспечит предотвращение возникновения коротких замыканий, которые приводят к разрушению как обрабатываемой поверхности, так и электрода-инструмента.

В связи с этим возникает необходимость разработки и изучения новых схем и режимов микроЭХРО.

Одной из перспективных схем микроЭХРО является сканирующая обработка локальными электродами-инструментами, перемещаемыми по

заданной траектории. Применение данной схемы позволяет не только повысить производительность микроЭХРО, но и улучшить надежность процесса за счет постоянного поддержания начальных условий обработки. Также значительно повысить надежность метода можно с помощью применения наносекундных импульсов напряжения. В данном случае предотвращение короткого замыкания осуществляется за счет прерывания его развития, так как время его развития составляет несколько десятков наносекунд.

Однако, несмотря на проведенные исследования в области сканирующей микроЭХРО локальными электродами-инструментами в настоящее время плохо обоснован выбор скорости перемещения электрода-инструмента: отсутствуют методики выбора и расчета скоростей перемещения, выбор траектории перемещения, типа и размера инструмента. Также практически отсутствуют исследования влияния применения наносекундных импульсов напряжения на процесс микроЭХРО.

В связи с этим подбор режимов и условий реализации процесса микроэлектрохимической размерной обработки, разработка технологического оснащения для её осуществления являются актуальной задачей.

Цель работы - обоснование условий и технологических параметров сканирующей микроэлектрохимической размерной обработки локальными электродами-инструментами.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Проведение анализа современного состояния микроэлектрохимической размерной обработки.

2. Проведение теоретического исследования микроэлектрохимической обработки с целью определения рациональных режимов обработки, а именно скорости и траектории перемещения инструмента, параметров импульсов напряжения.

3. Разработка методики проведения экспериментальных исследований процесса сканирующей микроэлектрохимической размерной обработки.

4. Проектирование экспериментального оборудования для реализации процесса сканирующей микроэлектрохимической размерной обработки локальными электродами-инструментами.

5. Проведение экспериментальных исследований с целью определения оптимальных режимов сканирующей микроэлектрохимической размерной обработки локальными электродами-инструментами.

Объект исследования - процесс сканирующей микроэлектрохимической размерной обработки локальными электродами-инструментами.

Предмет исследования - модели и механизмы протекания электролита, температуры и газосодержания в рабочей области, а также модели обработки наносекундными импульсами.

Научная новизна заключается в обосновании диапазонов скоростей перемещения локального электрода-инструмента, длительностей импульсов напряжения в нано- и микросекундном диапазонах, соотношения площадей рабочей части локального электрода-инструмента и обрабатываемой поверхности при сканирующей микроэлектрохимической обработке локальными электродами-инструментами.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработано экспериментальное оборудование для осуществления процесса сканирующей микроэлектрохимической обработки локальными электродами-инструментами.

- на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований даны рекомендации по выбору технологических параметров сканирующей микроэлектрохимической обработки, а именно скорости перемещения инструмента, конструкция инструмента, траектория перемещения.

- разработана методика получения электродов-инструментов и заготовок с шероховатостью менее 100 нм и отклонением от базовой плоскости менее 3 мкм на 10 мм.

Теоретическая значимость работы заключается в том, что на основе математического исследования получены данные о процессах газосодержания и тепловыделения в межэлектродном промежутке, на основе чего можно дать рекомендации по выбору рациональных скоростей перемещения инструмента. Также получены результаты по влиянию параметров импульсов напряжения на процесс сканирующей микроэлектрохимической обработки, что позволяет дать рекомендации по оптимальным диапазонам величин длительности импульсов напряжения, длительности переднего фронта импульса, скважности их следования.

Реализация работы. На основании теоретических и экспериментальных исследований были разработаны технологические рекомендации по осуществлению процесса сканирующей микроэлектрохимической размерной обработки локальными электродами-инструментами.

Результаты работы применяются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлениям 15.03.01 и 15.04.01 «Машиностроение» (профиль «Машины и технология высокоэффективных процессов обработки материалов»).

Методы исследования.

Теоретические исследования проводились с использованием основных положений электрохимической обработки и математического моделирования. Математическое моделирование проводилось в программных обеспечениях Comsol Multiphysics 5.3, SciLAB, MS Office 2010. Для проведения экспериментальных исследований использовались спроектированное оборудование и современная измерительная и регистрирующая аппаратура (профилограф-профилометр KosakaLab Surf

Corder 1700a, оптический микроскоп БМИ-1Ц, осциллограф Lecroy WaveAce 1012).

Положения, выносимые на защиту:

1. Рациональные диапазоны изменения технологических параметров сканирующей микроэлектрохимической обработки локальными электродами-инструментами.

2. Технологическая схема для реализации процесса сканирующей микроэлектрохимической обработки локальными электродами-инструментами.

3. Результаты математического моделирования процесса.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Сканирующая микроэлектрохимическая размерная обработка локальными электродами-инструментами»

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: Всероссийской научно-технической конференции «Высокие, критические, электро- и нанотехнологии» (Тула, 2015, 2016, 2017, 2019); Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Электрофизические методы обработки в современной промышленности» (Пермь, 2017, 2018, 2019); Научно-практической конференции «Молодежные инновации» (Тула, 2015); Международной научно-технической конференции «Пром-Инжиниринг» (Сочи, 2018, 2019); XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Санкт-Петербург, 2019); Международной научно-технической конференции «Автоматизация» (Сочи, 2019)

Публикации.

По результатам проведенных исследований было опубликовано 23 печатные работы, в том числе 5 статей в научных изданиях, индексируемых в базах Web os Sciense или Scopus, 3 статьи в изданиях, входящих в перечень рецензируемых научных журналов ВАК РФ, 3 статьи в базе данных РИНЦ. 12 докладов и тезисов докладов по материалам конференций различного уровня. Общий объем публикаций - 14,77 п.л.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы из 164 наименований, одного приложения; общий объем - 136 страниц машинописного текста, включая 50 рисунков и 7 таблиц.

Автор выражает благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору, заведующему кафедры «Электро- и нанотехнологии» Любимову Виктору Васильевичу, а также сотрудникам кафедры за помощь в выполнении диссертационной работы.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МИКРОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

1.1 Анализ объекта исследования

Миниатюризация является одной из основных движущих сил научно-технического развития общества, благодаря увеличивающемуся спросу на компактные, легкие, надежные, многофункциональные, недорогие и энергоэффективные устройства размером от нескольких миллиметров до сотен микрометров. Потребность в таких устройствах существует в различных областях: аэрокосмической, автомобилестроении, оптике, биомедицине, электронике, приборостроении, экологии и др. [80].

В области автомобилестроения широко используются инерционные микродатчики подушек безопасности, сопла с микроотверстиями для контролируемого впрыска топлива в камеру сгорания [44, 45, 147].

Аэрокосмическая область, в связи с развитием беспилотных летательных аппаратов, нуждается в микрогироскопах, микроакселерометрах, микродвигателях, микрозеркалах, микронасосах, миниатюрных лопатках турбин и др. (рис. 1.1, а, г) [63, 132, 149, 157, 161].

В медицине используют различные микроимпланты, в частности, миниатюрные нейронные стимуляторы и различные датчики для исследования сигналов головного мозга (рис. 1.1, б, в) [144, 156].

Номенклатура микроизделий не ограничивается описанными выше примерами. Более подробные обзоры микроустройств можно найти в следующих работах [49, 51, 52, 60-62, 65, 74, 75, 79, 106, 128, 133, 146].

Рис. 1.1. Примеры микроизделий: а) Микрозеркало [157]; б) и в) Микроимпланты, представленные в работах [155] и [143] соответственно; г) Микронасос [161]; д) Кантилевер [61]; е) Дифракционная решетка [134]

Для изготовления таких микроизделий применяются различные сплавы на основе вольфрама или титана, жаропрочные стали, керамика, кремний, магнитные сплавы, закалённые и нержавеющие стали, т.е. труднообрабатываемые материалы. Обработка таких материалов представляет собой проблему. Также трудности вызывает необходимость создания в таких материалах микропазов, глухих и сквозных микроотверстий, микровыступов, т.е. элементов с геометрическими размерами 50-5000 мкм (рис. 1.2).

Помимо этого, производство микродеталей в ряде случаев требует получения на своей поверхности искусственной шероховатости, т.е. заданного микрорельефа (рис. 1.3), благодаря чему поверхность может приобретать различные функциональные свойства: гидрофобность, гидрофильность, антибактериальный эффект, поглощение или отражение видимого света и др. [53, 64, 71, 85, 107]. Получение таких поверхностей является также сложной задачей.

Рис. 1.2. Микроэлементы на обрабатываемых поверхностях [138]

Рис. 1.3. Микроструктурированная поверхность кремния [85]

В связи с этим одной из актуальных задач является разработка методов и технологий изготовления миниатюрных изделий, включающих в себя функциональные поверхности и различные микроэлементы (микропазы, микроотверстия, микровыступы).

Из анализа литературных данных было выявлено, что при производстве микроустройств применяются различные методы обработки: механическая,

электроэрозионная, лазерная, химическое травление, вакуумные методы обработки, электрохимическая [4-8, 12, 16, 32, 35, 37, 39, 40, 42, 95, 141].

Среди перечисленных методов наиболее перспективным является метод микроэлектрохимической размерной обработки, так как в случае его использования отсутствуют: термическое влияние на обрабатываемый материал, износ инструмента, высокие требования к жесткости инструмента, образование заусенцев, зависимость обрабатываемости материала от его механических характеристик. Также этому методу присущи более высокое качество и точность получаемых поверхностей, скорость удаления материала [73]. Благодаря этому в настоящее время микроЭХРО становится все более востребованной в области микро- и субмикрообработки, что несомненно привело к повышенному интересу ученых к изучению процесса, поиску направлений совершенствования. Так в 2011 г. прирост количества статей в базе данных sciencedirect.com составил 1158 статей, в 2014 г. - 2143 статей, а в 2019 г. - 4590 статей.

Последние исследования в области микроэлектрохимической размерной обработки позволяют получать изделия с точностью порядка 1 мкм [159]. Однако, несмотря на возросшие показатели по точности и качеству, вопросы повышения надежности и производительности процесса в целом остаются открытыми, поэтому данный метод требует дальнейших исследований.

1.2 Анализ процесса микроэлектрохимической размерной обработки

Микроэлектрохимическая размерная обработка (микроЭХРО) является высокоэффективным методом обработки различных труднообрабатываемых материалов [6, 10, 46, 69, 72, 109, 137].

Как известно, процесс микроЭХРО основан на локальном анодном растворении обрабатываемого материала в растворе электролита под действием электрического тока. На рис. 1.4 приведена традиционная схема микроЭХРО. В качестве катода используют профилированный электрод-

инструмент 1 (ЭИ), который размещают на межэлектродном зазоре (МЭЗ) от поверхности заготовки 3, являющейся анодом. Сквозь МЭЗ прокачивается электролит 2. Источник питания 4 используется импульсный.

Рис. 1.4. Принципиальная схема микроэлектрохимической размерной обработки: 1 -электрод-инструмент; 2 - электрод-заготовка; 3 -электролит; 4 - источник питания

Процесс микроЭХРО происходит в циклическом режиме, когда в момент подвода ЭИ к заготовке на межэлектродный зазор происходит импульсная подача технологического напряжения, после прекращения подачи ЭИ отводится на промывочный зазор, далее процесс повторяется [41, 43]. В результате на заготовке формируется поверхность, представляющая собой эквидистантную копию поверхности инструмента.

1.2.1 Физико-химические процессы при микроЭХРО

Явления, протекающие в МЭЗ на границе металл-электролит, представляют собой совокупность взаимосвязанных процессов физического, химического и электрохимического характера [17, 18, 36, 66]. При выключенном источнике питания электроды в электролите находятся в равновесном состоянии (нейтральном). Для создания условий непрерывного растворения анода (заготовки) происходит смещение потенциала от равновесного значения за счет подключения внешнего источника питания.

Чем оно больше, тем интенсивнее скорость электрохимического процесса и растворение анода.

При электрохимической обработке растворение анода происходит за счет его окисления и перехода в ионное состояние с образованием гидратов, окислов металлов, которые удаляются потоком электролита:

Ме + пе ^ Меп+ Меп+ + ОН - ^ Ме(ОН )в ^, где е - электрон, п - валентность металла, Меп+ - ион металла в электролите.

А также одновременно образуется молекулярный кислород:

2ОН - 2е ^ О0 + Н2О О0 + О0 ^ О2 ^

На катоде происходит процесс восстановления с выделением газообразного водорода:

н2О+е ^ н0 + ОН ~

н0 + Н0 ^ Н ^

Таким образом, на аноде и катоде образуются нерастворимые продукты электрохимических реакций (гидроксиды и оксиды металлов, восстановленные металлы), которые засоряют межэлектродный зазор, снижая скорость растворения металла, точность и качество процесса микроЭХРО. В начальный момент времени концентрация продуктов анодного растворения в области МЭЗ превышает их концентрацию в электролите. Масса и скорость образования этих продуктов зависит от скорости анодного растворения и катодного осаждения, а также от скорости протекания электролита в МЭЗ.

Скорость течения электролита может достигать нескольких десятков метров в секунду, при этом существует минимальное критическое значение (менее 1-2 м/с), ниже которого не будут успевать удаляться продукты из МЭЗ.

Критерием, определяющим характер течения электролита, является число Рейнольдса Яе:

Я -

е д ,

где Ур - средняя скорость течения электролита в сечении а, V -кинематическая вязкость электролита.

Так при Яе < 2000 течение электролита будет ламинарным, а в противном случае - турбулентным. При этом в МЭЗ поток может быть как ламинарным, так и турбулентным в силу того, что значения ур, а, V непостоянны по длине МЭЗ.

При ламинарном потоке жидкость не перемешивается, и вынос продуктов обработки происходит медленнее, чем при турбулентном.

Электрохимическое формообразование характеризуется переносом ионов в растворе электролита и через границу инструмент-электролит. Плотность тока при этом определяется по закону Ома через напряжение и и удельную проводимость электролита/:

и

1 = Х1,

где ^ - величина МЭЗ.

Перенос тепла определяется следующим выражением:

= (дт) — I • дгай(ф) + ,

д(р-ср-Т) _

дг

где ср - теплоемкость электролита, Т - температура, дт - тепловой поток, дх -мощность объемного теплового источника.

Таким образом, физико-химические процессы, протекающие при микроЭХРО, оказывают существенное влияние на технологические показатели процесса.

1.2.2 Схемы микроЭХРО непрофилированным электродом-

инструментом

Из анализа литературных данных установлены следующие схемы микроЭХРО в зависимости от типа применяемого электрода-инструмента (рис. 1.5):

- микроЭХРО профилированным ЭИ;

- микроЭХРО непрофилированным ЭИ.

Схема с профилированным ЭИ, рассмотренная ранее, предполагает использование инструмента, чья рабочая поверхность является эквидистантой получаемой поверхности (рис. 1.4), т.е. происходит копирование геометрии инструмента. Типовые операции для данной схемы -копирование и прошивание [14].

Отличительной особенностью микроЭХРО непрофилированным ЭИ является формирование требуемой геометрии за счет кинематических перемещений инструмента либо за счет совместного действия геометрии и перемещений.

Рис. 1.5. Классификация микроЭХРО в зависимости от типа применяемого инструмента

Процесс сканирующей микроЭХРО непрофилированным ЭИ возможно разделить на три схемы:

- проволочная микроЭХРО;

- струйная микроЭХРО;

- сканирующая микроЭХРО локальными ЭИ.

Проволочная микроЭХРО представляет собой процесс обработки электродом-инструментом в виде проволоки (в большинстве случаев вольфрамовой), закрепленной между фильерами (рис. 1.6) [151-153, 164]. Электролит подается под давлением вдоль оси инструмента. Требуемая геометрия формируется за счет перемещения ЭИ по осям Ох и Оу. Такая схема позволяет получать сквозные линейчатые поверхности (контурное вырезание), а также производить отрезку заготовок.

Рис. 1.6. Схема проволочной микроэлектрохимической размерной обработки: 1 -проволочный электрод-инструмент; 2 - поток электролита; 3 - заготовка; 4 - фильера; 5 -

источник питания

Главным недостатком проволочной микроЭХРО является сложность создания сплошной струи электролита по всей длине инструмента. Невозможность создания сплошного потока ведет к возникновению по длине инструмента зон обработки с различными газосодержанием и температурой. Таким образом, при проволочной микроЭХРО сложно осуществить контроль

над интенсивностью анодного растворения, что приводит к неудовлетворительной точности и нестабильности протекания процесса.

Для решения данной проблемы были предложены схемы проволочной микроЭХРО с вибрирующим инструментом-проволокой, схемы с осевой и боковой подачей электролита. Однако в настоящее время полученные результаты Я = 2,5-0,63 мкм и точность 0,1-0,4 мм являются неудовлетворительными.

Струйная микроЭХРО осуществляется с помощью ЭИ в виде сопла, которое формирует струю электролита (рис. 1.7). При этом инструмент перемещается вдоль обрабатываемой поверхности по осям Ох и Оу. Удаление продуктов анодного растворения происходит за счет прокачки электролита и перемещения инструмента в новую зону обработки. В этом случае возможно получение глухих или сквозных отверстий, пазов различной конфигурации, контурное вырезание, отрезка материала. При такой схеме обработки величина МЭЗ варьируется от 100 до 500 мкм, а диаметр сопла - 500-1000 мкм. Таким образом, по данной схеме невозможно обеспечить высокую степень локализации процесса и получение изделий менее 500 мкм [84, 87, 131].

Рис. 1.7. Схема струйной электрохимической размерной обработки: 1 - сопло; 2 - струя электролита; 3 - заготовка; 4 - источник питания

Помимо этого недостатками струйной микроЭХРО является трудность формирования струи электролита, а также ее отражение от обрабатываемой поверхности, что приводит к высокой погрешности обработки, так как именно форма и скорость течения струи определяют получаемую геометрию. Из-за высокой скорости течения на обрабатываемой поверхности возможно образование различных дефектов, в частности, струйности.

В качестве ЭИ при сканирующей микроЭХРО локальными электродами-инструментами применяются универсальные ЭИ - цилиндры малого диаметра (до 200 нм [143]), т.е. обработка происходит в точке, либо локальные ЭИ, представляющие собой часть получаемой геометрии. Перемещение инструмента при данной схеме осуществляется по осям Ох, Оу, О7.

Рис 1.8. Схема сканирующей электрохимической размерной обработки локальным электродом-инструментом: 1 - ЭИ; 2 - электролит; 3 - заготовка; 4 - источник питания

При данной схеме обработки обновление электролита происходит только за счет перемещения ЭИ в новую зону обработки, а процесс происходит без принудительной прокачки электролита. Поэтому при достаточной скорости перемещения инструмента будет происходить полное восстановление начальных свойств электролита, что приводит к стабилизации процесса, улучшению качества и точности микроЭХРО [121]. Так в работе [76] была достигнута точность 0,015 мм.

Таким образом, сканирующая электрохимическая размерная обработка является наиболее оптимальной схемой для получения микроизделий, т.к. применяемый инструмент позволяет получать широкий диапазон размеров от нескольких миллиметров до сотен нанометров, отсутствует необходимость формирования струи электролита, простая геометрия ЭИ.

1.2.3 Направления совершенствования микроэлектрохимической

размерной обработки

На начальном этапе электрохимическая обработка осуществлялась в неподвижном электролите и на зазорах порядка нескольких миллиметров. Процесс был достаточно трудоемким, многие элементы операции выполнялись вручную, а получаемые поверхности были неточными и низкого качества. Дальнейшие исследования, проведенные В.Н. Гусевым и Л.А. Рожковым, позволили перейти к электрохимической обработке при условии прокачки электролита и движении инструмента по оси Ъ по направлению к обрабатываемой детали, а также при величинах межэлектродного зазора несколько десятых долей миллиметра [1]. При этом наблюдалось улучшение качества и точности обработки (0,2-0,5 мм), однако эти показатели все равно были недостаточными, что сформировало основную проблему размерного электрохимического формообразования - это повышение точности обработки, т.е. степени соответствия получаемой детали чертежу.

Решение этой проблемы осуществлялось различными способами: подбор электролита, выбор и расчет параметров потока электролита в МЭЗ, точный расчет профиля ЭИ, уменьшение величины МЭЗ, а также стабилизация процесса [19, 34, 38, 162].

Из всех перечисленных методов наибольшее влияние на увеличение точности оказывает уменьшение величины межэлектродного зазора. Исследования показали, что точность формообразования непосредственно связана с величиной межэлектродного зазора [31, 122]:

А = ,

I I

где А - локальная величина погрешности обработки; ^ - локальная величина межэлектродного зазора; к - коэффициент пропорциональности.

Из большого объема исследований и практических результатов обработки по схеме единовременного формообразования коэффициент к приблизительно равен 1. Поэтому достижимая точность обработки приблизительно соответствует величине межэлектродного зазора. Так уменьшение межэлектродного зазора до 0,05 мм позволило получить точность названного порядка [28].

Однако при уменьшении величины МЭЗ происходит резкое увеличение величины протекающего тока в ячейке, что способствует быстрому образованию гидроксидов металлов и пузырьков газа. Данные явления приводят к снижению электропроводности электролита в МЭЗ, к прекращению процесса растворения, к короткому замыканию, т.е. к снижению надежности процесса. Снижение МЭЗ приводит к резкому возрастанию гидравлического сопротивления зазора, что снижает скорость потока электролита, либо, при величинах МЭЗ 1-5 мкм, полностью отсутствует проток электролита в МЭЗ, т.е. обработка происходит в стоячем электролите. Отсутствие протока электролита приводит к быстрому зашламлению межэлектродного зазора продуктами обработки. Это способствует возникновению короткого замыкания, что приводит в негодность инструмент и заготовку. Следовательно, для дальнейшего продолжения процесса обработки продукты электрохимических реакций должны быть удалены из межэлектродного промежутка.

Как известно, плотность тока имеет обратную зависимость от величины МЭЗ, снижение величины МЭЗ до значений 1-10 мкм приводит к увеличению плотности тока до 2000 А/см2 [10], что требует использования мощных источников питания (150-400 кВт).

Для снижения влияния этих явлений или их устранения были разработаны новые схемы электрохимического формообразования, которые отличались последовательно-прерывистым характером обработки:

- циклическая обработка (рис. 1.9, а);

- схема обработки вибрирующим ЭИ (рис. 1.9, в);

- импульсно-циклическая обработка (рис. 1.9, б).

Впервые дискретная обработка была предложена И.И. Баенко [2]. Суть циклической схемы обработки заключалась в следующем: инструмент подводился на необходимый зазор, после приложения разности потенциалов осуществлялась подача инструмента по направлению к заготовке. Затем питание отключалось, и осуществлялась промывка зазора. Далее процесс повторялся. При этом время рабочего цикла составляло 15-30 сек, величина МЭЗ - 0,2-0,25 мм.

Следующим этапом развития дискретной ЭХРО стала обработка вибрирующим ЭИ [3]. На инструмент накладывают вибрации, и в момент наибольшего сближения инструмента с поверхностью обработки происходит приложение разности потенциалов.

Дальнейшее совершенствование техники позволило применить импульсные источники питания. Отличительной чертой импульсно-циклической схемы является очень малое время воздействия. Так длительность импульсов напряжения находится в пределах от 1 до 100 мкс, длительность пакетов импульсов - 100-300 мкс [10, 15, 28].

Переход на импульсную обработку позволил повысить точность формообразования (локализацию процесса) до значений порядка 1 мкм, за счет того, что процесс происходит в области максимальной величины плотности тока. А также он позволил сохранять свойства электролита в рабочем промежутке за счет промывки МЭЗ во время паузы между импульсами.

Рис. 1.9. Циклограммы различных схем ЭХРО: а - циклическая обработка; б - импульсно-

циклическая обработка (- - схемы с подводом/отводом электрода-инструмента во время подачи импульсов напряжения); Т - длительность импульса напряжения при циклической ЭХРО (15-35 с); tp - длительность импульса при импульсно-циклической ЭХРО; So -межэлектродный зазор; U - технологическое напряжение; J - ток в межэлектродном

зазоре; у - перемещение инструмента

Таким образом, при переходе на импульсно-циклические схемы

обработки повышается точность метода, но при этом резко снижается производительность процесса в целом:

Vap=0,02 ^1 *к2 *], мм/мин ,

где k1 - коэффициент заполнения импульсами напряжения в пакете импульсов; k2 - коэффициент заполнения импульсами напряжения пакетов импульсов; k3 - коэффициент формы импульса тока.

Практическое применение импульсно-циклических режимов обработки показало, что k1 и k2 изменяются в диапазонах: k1 = 20-50 %; k2 = З0-60 %; k3 = 0,7. Таким образом, по сравнению с непрерывным процессом микроЭХРО имеет место снижение производительности в 6-22 раза. Тогда скорость анодного растворения при S0 = 50 мкм, j = 200 А/см2, Vap = 0,3-0,4 мм/мин.

Дальнейшее уменьшение МЭЗ становится невозможным вследствие снижения надежности процесса микроЭХРО (существенное повышение вероятности возникновения коротких замыканий, ухудшение условий промывки межэлектродного промежутка). Таким образом, следующим этапом развития размерной электрохимической обработки является переход к сканирующей микроЭХРО.

Учитывая существенное улучшение условий эвакуации продуктов анодного растворения из межэлектродного промежутка, возможно существенное уменьшение торцевого межэлектродного зазора до s = 1,0-20 мкм. В этом случае будет достигнута плотность тока до 100 А/мм2, произойдет снижение энергоёмкости процесса.

Таким образом, даже при сохранении межэлектродных зазоров, аналогичных импульсно-циклической обработке, без потери производительности, возможно соотношение обрабатываемой площади к торцевой площади электрода-инструмента как:

So6n _

6-22,

где Хбп - площадь обрабатываемой поверхности; & - рабочая площадь торца электрода-инструмента.

При уменьшении торцевого межэлектродного зазора до минимальных величин (1,0-20 мкм) это соотношение может достигнуть без потери производительности величин 15-55.

Также следует отметить, что зашламление и нагрев электролита могут привести к пробою межэлектродного зазора и возникновению короткого замыкания (КЗ), т.е. электрического соединения инструмента и заготовки. В настоящее время известны следующие методы предотвращения возникновения от КЗ: использование импульсно-циклических схем, регистрация величины тока, регистрация высокочастотных колебаний тока.

Как известно, при развитии КЗ происходит многократное увеличение силы тока, протекающего в электрохимической ячейке. Зарегистрировав такое увеличение тока, необходимо отключить источник питания, тем самым предотвратив развитие КЗ. При этом предъявляются высокие требования по быстродействию источника питания.

Более эффективным методом защиты является регистрация высокочастотных колебаний тока, которые возникают непосредственно перед началом пробоя МЭЗ [33].

Но, несмотря на описанные методы, полностью избежать возникновения КЗ они не позволяют.

Исследования в области коротких замыканий позволили установить, что скорость его развития составляет несколько десятков наносекунд. Т.е. для полного предотвращения возникновения КЗ следует выбирать время обработки значительно меньше времени развития КЗ. Таким образом, длительность импульсов тока должна находиться в наносекундном диапазоне, что гарантированно приведет к отсутствию возникновения КЗ.

Однако в литературе практически отсутствуют исследования влияния скорости перемещения ЭИ, его размеров, траектории перемещения, параметры наносекундных импульсов на параметры микроЭХРО [9, 11, 68, 81, 86, 92, 93, 94, 119, 113, 135, 142]. Большинство исследований являются экспериментальными, что приводит к большим временным и трудовым затратам, поэтому наиболее эффективными являются теоретические исследования процесса.

1.3 Моделирование и технологическое оснащение при обработке локальными электродами-инструментами

Как указано выше, процесс микроЭХРО основан на явлении анодного растворения. Различные параметры процесса влияют на основные параметры микроЭХРО, такие как производительность (скорость растворения материала), качество (шероховатость поверхности) и точность (погрешность формообразования). Из всей совокупности параметров электрохимической обработки (рис. 1.10) наибольшее влияние оказывают следующие: форма, частота следования и длительность импульсов, величина МЭЗ, скорость перемещения и размеры ЭИ, концентрация электролита, жесткость установки.

МЭЗ

Геометрия

Размер

Материал

Шероховатость

Электроизоляция

Скорость перемещения

Траектория перемещения

Частота вращения

Вибрации

эи

Плотность анодного тока Длительность импульсов Частота следования импульсов Амплитуда импульсов Форма импульсов

ип

Точность

Производительность Качество

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Красильников Владислав Петрович, 2021 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. А. с. 28384 СССР, МПК A1 C25F 3/02. Способ анодного протравления металлов / Гусев В.Н., Рожков Л.А. - № 25470; заявл. 21.03.28; опубл. 30.11.1932. - 5 с.

2. А. с. 299327 СССР, МПК В23р1/14. Способ размерной электрохимической обработки деталей / Чернышов В.В., Пайкин Г.И., Дейч Р.К., Баенко И.И., Гречко Н.А. - № 1366197/25-8; заявл. 03.09.1969; опубл. 26.03.71, Бюл. № 12. - 2 с.

3. А. с. 698744, СССР, МПК А1 В23Р1/04. Способ электрохимической обработки / Морозов Б.И. - № 884117; заявл. 28.02.64; опубл. 25.11.79, Бюл. № 43. - 1 с.

4. Алтынбаев A. К., Гейкин B. А. Электроэрозионные методы обработки глубоких прецизионных отверстий в деталях авиационных двигателей / Металлообработка научно-производственный журнал. - 2003. -№6(18). - С.47-49.

5. Артамонов Б.А. Анализ моделей процессов электрохимической и электроэрозионной обработки / Б.А. Артамонов, Ю.С. Волков. - Часть 2. ВНИИПИ НПО "ПОИСК" Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГНКТ СССР, Москва, 1991. - 144 с.

6. Атанасянц А. Г. Анодное поведение металлов: учеб. пособие для вузов / А. Г. Атанасянц. - М.: Металлургия, 1989. - 151 с.

7. Атанасянц А. Г. Электрохимическое изготовление деталей машин атомных реакторов / А. Г. Атанасянц. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 176 с.: ил.

8. Батенков В. А. Электрохимия полупроводников: учеб. пособие / В. А. Батенков. - 2-е изд. и доп. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2002. - 162 с.: ил.

9. Бенерджи П., Баттерфилд Р. Методы граничных элементов в прикладных науках. - М.: Мир. 1984. - 494 с.

10. Веневцев А.Ю. Электрохимическое микроформообразование на сверхмалых межэлектродных зазорах с применением пакетов микросекундных импульсов напряжения: дис. ... канд. тех. наук: 05.02.07 / Веневцев Алексей Юрьевич; науч. Рук. В.В. Любимов; ТулГУ. - Тула, 2014. - 164 с.

11. Волгин В.М. Моделирование анодного растворения металла через маску из коллоидного кристалла / В. М. Волгин, В.В. Любимов, А.Д. Давыдов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2014. - № 11. Ч. 2. - С. 3-12.

12. Генералов, А.В. Электроэрозионная обработка микрообъектов. -Сборник трудов НТК "Современная электротехнология в промышленности центра России" - Тула, 2000.

13. Гуревич Ю. Я. Фотоэлектрохимия полупроводников / Ю. Я. Гуревич, Ю. В. Плесков. - М.: Наука, 1983. - 312 с.

14. Давыдов А.Д. Электрохимическая размерная обработка металлов: процесс формообразования / А.Д. Давыдов, В.М. Волгин, В.В. Любимов // Электрохимия. - 2004. - Т.40. № 12. - С. 1438-1480.

15. Давыдов А.Д. Электрохимическое растворение металлов в импульсных режимах: сб. трудов Всесоюзной научно- технической конференции «Современная электротехнология в машиностроении». - Тула: Изд-во ТулГТУ, 1997. - С.6-11.

16. Давыдов А.Д., Козак Е. Высокоскоростное электрохимическое формообразование. - М.: Наука, 1990. - 340 с.

17. Дамаскин Б. Б. Введение в электрохимическую кинетику / Б. Б. Дамаскин, О. А. Петрий. - М.: Высш. школа, 1983. - 400 с.: ил.

18. Дамаскин Б. Б. Электрохимия / Б. Б. Дамаскин, О. А. Петрий, Г. А. Цирлина. - М.: Химия, КолосС, 2006. - 672 с.: ил.

19. Егоров И.М. Выбор электролитов для электрохимической обработки сталей и сплавов при плотностях тока до 15 А/см2 / И.М. Егоров,

А.А. Карпов, В.И. Подловилин // Электрофизические и электрохимические методы обработки. - 1978. - № 12. - С. 3.

20. Зайцев В.А. Электрохимическая обработка деталей из WC-CO твердых сплавов биполярными импульсами тока микросекундного диапазона: дис. ... канд. техн. наук. Уфа, 2005. - 228с.

21. Зимин С.П. Формирование двухсторонней пористой структуры при электрохимическом травлении кремния методом Унно-Имаи / С. П. Зимин, М. Н. Преображенский, Д. С. Зимин // Письма в ЖТФ. - 2000. - № 26, вып. 1. - С. 24-29.

22. Красильников В.П. Исследование зависимости электрохимического формообразования от скорости перемещения электрода-инструмента // Электрофизические методы обработки в современной промышленности: материалы международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2018. - С. 59-61.

23. Красильников В.П. Влияние скорости перемещения электрода-инструента на процесс электрохимического формообразования // Электрофизические методы обработки в современной промышленности: материалы международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2019. - С. 165-167.

24. Красильников В.П. Теоретическое исследование влияния формы электрода-инструмента на процесс сканирующей электрохимической обработки // Электрофизические методы обработки в современной промышленности: материалы международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2020. - С. 59-60.

25. Красильников В.П., Сидоров В.Н. Технология изготовления электродов-инструментов для электрохимического формообразования подвижным инструментом // Высокие, критические электро- и

нанотехнологии: материалы всероссийской научно-технической конференции. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. - С. 75-80.

26. Красильников В.П. Экспериментальные исследования зависимости параметров электрохимического формообразования от скорости перемещения электрода-инструмента // Высокие, критические электро- и нанотехнологии: материалы всероссийской научно-технической конференции. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. - С. 48-53.

27. Кузнецов В. С. О механизмах формирования пористого слоя при анодном травлении кремния п-типа / В. С. Кузнецов, А. В. Проказников. // Письма в ЖТФ. - 1990. - Т.22, вып. 10, ч. 2. - С. 35-39.

28. Любимов В. В. Исследование вопросов повышения точности электрохимического формообразования на малых межэлектродных зазорах: дис. канд. техн. наук.: 05.03.04 / Любимов Виктор Васильевич; науч. рук. Ф.

B. Седыкин; ТПИ. - Тула, 1973. - 200 с.

29. Любимов В.В., Волгин В.М., Красильников В.П. Исследование электрохимической обработки с использованием пакетов импульсов напряжения наносекундной длительности // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып.10. Тула: изд-во ТулГУ, 2020 - С. 355-363.

30. Любимов В.В., Волгин В.М., Красильников В.П. Теоретическое исследование параметров импульсов тока при электрохимической обработке с микро- и нанопарметрами // Известия ТулГУ. Технические науки. Выпуск 2. Тула: изд-во ТулГУ, 2019 - С. 402-410.

31. Любимов В.В., Красильников В.П. Анализ кинематико-геометрических характеристик размерной электрохимической обработки // Известия ТулГУ. Технические науки. Выпуск 12. Тула: изд-во ТулГУ, 2018 -

C. 265-270.

32. Любимов В.В., Сундуков В.К. Современные способы электрофизико-химической обработки микро- и макрообъектов // Современные наукоемкие технологии. - 2004. - № 1. - С. 77-79.

33. Михеев Н.А., Струков К.В., Шляков В.Г. Метод защиты от коротких замыканий с использованием стохастических явлений, возникающих при ЭХО импульсным током / Науч.-техн. реф. сб. «Электрофизические и электрохимические методы обработки». М., НИИмаш, вып. 3. 1979 г.

34. Мороз И.И. Повышение качества электрохимического формообразования. В сб.: Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып.4. Москва, НИИмаш, 1983. - С. 5-8.

35. Мороз И.И. Электрохимическое формообразование. - В сб.: Технология и оборудование. М., НИИмаш, 1978.

36. Орлов В.Ф., Чугунов Б.И. Электрохимическое формообразование. М.: Машиностроение, 1990. - 239 с.

37. Парфенов В. А. Лазерная микрообработка материалов: учеб. пособие. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. - 59 с.

38. Пат. 2071833 Российская Федерация, МПК В23Н 3/00. Способ циклической электрохимической обработки / Филимонов В. Г., Демин М. В.; патентообладатель ОАО «Самарский науч.-тех. комплекс «Двигатели НК»» -№ 5064324/08; заявл. 08.10.92; опубл. 20.01.97. - 14 с. : ил.

39. Попилов Л. Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов: справочник / Л. Я. Попилов. - Л.: Машиностроение. 1982 - 400 с.

40. Рыбалко A.B., Дикусар A.B. Электрохимическая обработка импульсами микросекундного диапазона//Электрохимия. Т.30, №4. - 1994. -С. 490-498.

41. Саушкин Б.П., Атанасянц А.Г., Сычков Г.А. Проблемы и перспективы развития импульсной электрохимической размерной обработки //Электронная обработка материалов. - 2003. - №2. - С. 10-22.

42. Серебреницкий П. П. Современные электроэрозионные технологии и оборудование: учеб. пособие - СПб.: БГТУ, 2007. - 228 с.: ил.

43. Смирнов М.С. Повышение точности и качества поверхности при электрохимической обработке за счет применения импульсов тока сверхвысокой плотности: дис. ... канд. техн. наук. - Уфа, 2004. - 127 с.

44. Сысоева С. Автомобильные акселерометры. Часть 5. Перспективная элементная база поверхностных кремниевых емкостных MEMS-акселерометров / С. Сысоева // Компоненты и технологии. - 2006. -№ 4. - С. 1-12.

45. Сысоева С. Автомобильные акселерометры. Часть 6. Некоторые уникальные технологии. Итоговый сравнительный анализ и оценка перспектив / С. Сысоева // Компоненты и технологии. - 2006. - № 5. - С. 1-9.

46. Технология изготовления деталей машин: учебник для вузов / А. М. Дальский [и др.]. - М.: Машиностроение, 1977. - 66 с.: ил.

47. Allongue P. Etching of Silicon in NaOH Solutions: II. Electrochemical Studies of n-Si(111) and (100) and Mechanism of the Dissolution / P. Allongue, V. Costa - Kieling, H. J. Gerischer // Electrochem. Soc., 1993. Vol. 140. - P. 1009-1018.

48. Astrova E. V. Morphology of macro-pores formed by electrochemical etching of p-type Si / Astrova E. V., Borovinskaya T. N., Tkachenko A. V., Balakrishnan S., Perova T. S. // J. Micromech. Microeng., 2004. Vol. 14. - P. 1022-1028.

49. Au A. K. Microvalves and micropumps for BioMEMS / Au A. K., Lai H., Utela B. R., Folch A. // Micromachines, 2011. Vol. 2. - P. 179-220.

50. Barillaro G. Electrochemical etching in HF solution for silicon micromachining / Barillaro G., Nannini A., Piotto M. // Sensors and Actuators, 2002. A 102. - P. 195-201.

51. Bell T. E. Porous silicon as a sacrificial material / Bell T. E., Gennissen P. T., DeMunter D., Kuhl M. // J. Micromech. Microeng, 1996. Vol. 6. - P. 361-369.

52. Brinksmeier E. Potentials of precision machining processes for the manufacture of micro forming molds / E. Brinksmeier, R. Glabe, O. Riemer, S. Twardy // Microsystem Technologies, 2008. V.14 (12). - P. 1983-1987.

53. Bruzzone A.A.G. Advances in engineered surfaces for functional performance / A.A.G. Bruzzone, H.L. Costa, P.M. Lonardo, D.A. Lucca // CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2008. V.57 (2). - P. 750-769.

54. Canham L. T. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers / L. T. Canhman // Applied Physics Letters, 1990. Vol. 57. - P. 1046-1048.

55. Chen C. Study of micro groove machining by micro ECM / Chuangchuang Chen, Jianzhong Li, Shicheng Zhan, Zuyuan Yu, Wenji Xu // Procedia CIRP 42, 2016. - P. 418-422.

56. Chen H. Experimental Study of Electrochemical Micro-milling of Silicon // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 267, 2019. 062058. doi:10.1088/1755-1315/267/6/062058.

57. Chen H. Study on Electrochemical and electrical discharge compound Micro-machining for Silicon / Hui Chen, Lei Shi // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 563, 2019. 022018. - P. 1-6.

58. Chen W. Influence of pulse waveform on machining accuracy in electrochemical machining / Wei Chen, Fuzhu Han, Junhua Wang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2018. P. 13671375.

59. Chiffre L. D. Surfaces in precision engineering, microengineering and nanotechnology / L. De Chiffre, H. Kunzmann, G.N. Peggs, D.A. Lucca // CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2003. V.52 (2). - P. 561-577.

60. Cho I. J. A low-voltage two-axis electromagnetically actuated micromirror with bulk silicon mirror plates and torsion bars / Il-Joo Cho, Kwang-Seok Yun, Hyung-kew Lee, Jun-Bo Yoon, Euisik Yoon. // 0-7803-7185-2/02, 2002. - P. 540-543.

61. Cho I. J. Atomic force microscope probe tips using heavily boron-doped silicon cantilevers realized in a (110) bulk silicon wafer / Il-Joo Cho, Eun-Chul Park, Songcheol Hong, Euisik Yoon. // Jpn. J. Appl. Phys., 2000. Vol. 39. -P. 7103-7107.

62. Choi S. H. Fabrication of WC micro-shaft by using electrochemical etching / S. H. Choi . S. H. Ryu . D. K. Choi . C. N. Chu // Int J Adv Manuf Technol, 2007. 31. - P. 682-687.

63. Chunsun Z. Micropumps, microvalves, and micromixers within PCR microfluidic chips: Advances and trends / Zhang Chunsun, Da Xing, Yuyuan Li. // Biotechnology Advances, 2007. Vol. 25. - P. 483-514.

64. Coblas D.G. Manufacturing textured surfaces: State of art and recent developments / D.G. Coblas, A. Fatu, A. Maoui, M. Hajjam // Proc. of Institution of Mechanical Engineers. Part J: Journal of Engineering Tribology, 2015. V.229(1). - P. 3-29.

65. Datta M. Fabrication of an array of precision nozzles by throughmask electrochemical micromachining / M. Datta // J. Electrochem. Soc., 1995. V.142. -P. 3801-3805.

66. Datta M. Fundamental aspects and applications of electrochemical microfabrication / M. Datta, D. Landolt // Electrochimica Acta, 2000. V.45. - P. 2535-2558.

67. Davim J. P. Materials Forming, Machining and Tribology // Golam Kibria B. BhattacharyyaJ. Paulo Davim // Springer International Publishing AG, 2017. - 422 pp. DOI 10.1007/978-3-319-52009-4

68. Davydov A. Modeling of Through-Mask Electrochemical Micromachining / A. Davydov, T. Kabanova, V. Volgin // Chemical Engineering Transactions, 2014. V.41. - P. 85 - 90.

69. El-Hofy H.A.G. Advanced machining processes: nontraditional and hybrid machining processes. NY: McGraw Hill, 2005. - 253 pp.

70. Enomoto T. Highly wear-resistant cutting tools with textured surfaces in steel cutting / T. Enomoto, T. Sugihara, S. Yukinaga, K. Hirose, U. Satake // CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2012. V.61 (1). - P. 571-574.

71. Enomoto T. Improving anti-adhesive properties of cutting tool surfaces by nano-micro-textures / T. Enomoto, T. Sugihara // CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2010. V.59 (1). - P. 597 - 600.

72. Evans C.J. Structured, textured or engineered surfaces / C.J. Evans, J.B. Bryan // CIRP Annals-Manufacturing Technology, 1999. V.48 (2). - P. 541556.

73. Fan Z.-W. Electrochemical micro-drilling of deep holes by rotational cathode tools / Z.-W. Fan, L.-W. Hourng // Int. J. Adv. Manuf. Technol, 2011. V.52. - P. 555-563.

74. Forster R. Micro-ECM for production of microsystems with a high aspect ratio / R. Forster, A. Schoth, W. Menz // Microsystem Technologies, 2005. V.11 (4-5). - P. 246-249.

75. Fruhauf J. Shape and Functional Elements of the Bulk Silicon Microtechnique / J. Fruhauf - Germany: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005. - 222 pp.

76. Ghoshal B. Electrochemical micromachining of microchannel using optimum scan feed rate / B. Ghoshal, B. Bhattacharyya // Journal of Manufacturing Processes 23, 2016. - P. 258-268.

77. Ghoshal B. Influence of vibration on micro-tool fabrication by electrochemical machining / B. Ghoshal, B.Bhattacharyya // International Journal of Machine Tools & Manufacture 64, 2013. - P. 49-59.

78. Ghoshal B. Micro electrochemical sinking and milling method for generation of micro features / B. Ghoshal, B. Bhattacharyya // Proc. of the Institution of Mechanical Engineers. Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2013. V.227 (11). - P. 1651-1663.

79. Giandomenico. N. Development of a New Generator for Electrochemical Micro-machining / N. Giandomenico, O. Meylan // Procedia CIRP, 2016. V 42. - P. 804-808.

80. Grimes C. A. Magnetoelastic microsensors for environmental monitoring / Grimes C. A., Jain M. K., Singh R. S., Cai Q., Mason A. // IEEE, 2001. - P. 278-281.

81. Guo C. A three-dimensional FEM model of channel machining by scanning micro electrochemical flow cell and jet electrochemical machining / Cheng Guo, Jun Qian, Dominiek Reynaerts // Precision Engineering 52, 2018 - P. 507-519.

82. Guo C. Electrochemical Machining with Scanning Micro Electrochemical Flow Cell (SMEFC) / Cheng Guoa,b, Jun Qiana,b, Dominiek Reynaertsa // Journal of Materials Processing Tech, 2017. Vol. 247. - P. 171-183.

83. Guo C. Finishing of Micro-EDMed Surface based on Scanning Micro Electrochemical Flow Cell / Cheng Guo, Jun Qian, Dominiek Reynaerts // Procedia CIRP 42, 2016 - P. 837-841.

84. Hackert-Oschätzchen M. Micro machining with continuous electrolytic free jet / Matthias Hackert-Oschätzchen, Gunnar Meichsner, Mike Zinecker, André Martin, Andreas Schubert // Precision Engineering 36, 2012 - P. 612-619.

85. Halbwax M. and et. Micro and nano - structuration of silicon by femtosecond laser: application to silicon photovoltaic cells fabrication / Halbwax M. and et. // Thin solid films, 2008. Vol. 516. - P. 6791-6795.

86. Hinduja S. Modelling of ECM and EDM processes / S. Hinduja, M. Kunieda // CIRP Annals - Manufacturing Technology, 2013. V.62 (2). - P. 775797.

87. Huaiqiana B. Aviation-oriented Micromachining Technology— Micro- ECM in Pure Water / Bao Huaiqiana, Xu Jiawena, Li Yinga, // Chinese Journal of Aeronautics 21, 2008. - P. 455-461.

88. Ivanov A. High quality 3D shapes by silicon anodization / Ivanov A., Kovacs A., Mescheder U. // Phys. Status Solidi, 2011. A 208, N 6. - P. 13831388.

89. Ivanov A. Silicon electrochemical etching for 3D microforms with high quality surfaces / Ivanov A., Mescheder U. // Advanced Materials Research, 2011. Vol. 325. - P. 666-671.

90. Jo C. H. Micro Electrochemical Machining for Complex Internal Micro Features / Chan Hee Jo, Bo Hyun Kim, Chong Nam Chu // CIRP Annals -Manufacturing Technology, 2009. Vol. 58. - P. 181-184.

91. Kai S. Study on Electrolyte Jet Cutting / Shoya Kai, Haruo Sai, Masanori Kunieda, Heikan Izumi // Procedia CIRP 1, 2012 - P. 627-632.

92. Kamada K. Solid-State Electrochemical Micromachining / Kai Kamada, Kazuyoshi Izawa, Yuko Tsutsumi, Shuichi Yamashita, Naoya Enomoto, Junichi Hojo, Yasumichi Matsumoto // Chem. Mater, 2005. Vol. 17, No. 8. - P. 1930-1932.

93. Kenney J. A. Electrochemical machining with ultrashort voltage pulses: modelling of charging dynamics and feature profile evolution / Jason A Kenney, Gyeong S Hwangz // Institute of physics publishing nanotechnology Nanotechnology 16, 2005. - P. 309-313.

94. Kenney J. A. Etch Trends in Electrochemical Machining with Ultrashort Voltage Pulses Predictions from Theory and Simulation / J. A. Kenney, G. S. Hwangz // Electrochemical and Solid-State Letters, 9-1-D1-D4, 2006.

95. Kenney J. A. Two-dimensional computational model for electrochemical micromachining with ultrashort voltage pulses / Jason A. Kenney, Gyeong S. Hwangz // Applied physics letters volume 84, number 19, 2004.

96. Kibra G. Non-traditional Micromachining Processes: Fundamentals and Applications. / G. Kibra, B. Bhattacharyya, J.P. Davim (eds) - Berlin: Springer, 2017. - 422 pp.

97. Kim B. H. Micro electrochemical milling / Bo Hyun Kim, Shi Hyoung Ryu, Deok Ki Choi, Chong Nam Chu // J. Micromech. Microeng. 15, 2005. - P. 124-129.

98. Kim B.H. Micro electrochemical machining of 3D micro structure using dilute sulfuric acid / B.H. Kim, C.W. Na, Y.S. Lee, D.K. Choi, C.N. Chu // CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2005. V. 54 (1). - P. 191-194.

99. Kirchner V. Electrochemical machining of stainless steel microelements with ultrashort voltage pulses / Viola Kirchner, Laurent Cagnon, Rolf Schuster, Gerhard Ertl // Applied physics letters volume 79, number 11, 2001. - P. 1721-1723.

100. Kock M. Electrochemical micromachining with ultrashort voltage pulses a versatile method with lithographical precision / M. Kock, V. Kirchner, R. Schuster // Electrochimica Acta 48, 2003. - P. 3213-3219.

101. Koyano T. Analysis of electrochemical machining process with ultrashort pulses considering stray inductance of pulse power supply / Tomohiro Koyano, Akira Hosokawa, Tatsuaki Furumoto // Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, Vol. 12, No. 5, 2018.

102. Koyanoa T. Ultra-short pulse ECM using electrostatic induction feeding method / T. Koyanoa, M. Kuniedaa // Procedia CIRP 6, 2013. - P. 390394.

103. Krasilnikov V.P., Lyubimov V.V. Electrochemical machining under the conditions of the electrode-tool spatial displacements // XXI Mendeleev Congress on General and Applied Chemistry. Book 3: Abstracts. - Saint Petersburg, 2019. - P. 152.

104. Kurita T. A study of EDM and ECM/ECM-lapping complex machining Technology / Tsuneo Kurita, Mitsuro Hattori // International Journal of Machine Tools & Manufacture 46, 2006. - P. 1804-1810.

105. Kurita T. A study of three-dimensional shape machining with an ECmM system / T. Kurita, K. Chikamori, S. Kubota, M. Hattori // International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2006. V.46. - P.1311-1318.

106. Kurita T. Development of new-concept desk top size machine tool / T. Kurita // International Journal of Machine Tools & Manufacture 45, 2005. - P. 959-965.

107. Lammel G. Free-standing mobile 3D porous silicon structures / Lammel G., Renaud Ph. // Sensors and Actuators, 2000. Vol. 85. - P. 356-360.

108. Landolt D. Electrochemical micromachining, polishing and surface structuring of metals: fundamental aspects and new developments / D. Landolt, P.-F. Chauvy, O. Zinger // Electrochimica Acta 48, 2003. - P. 3185-3201.

109. Lehmann V. Electrochemistry of Silicon: Instrumentation, Science, Materials and Applications / V. Lehmann. - New York: Wiley-VCH Verlag GmbH, 2002. - 283 pp.

110. Li X. Key Technology of Micro Electrochemical Milling Based on Ultra-Short Pulse Current / Xiaohai Li, Zhaoning Sun, Wuqi Liu, Xiaoxia Wang // Materials Science Forum Vols 800-801, 2014. - P. 838-842.

111. Li X. Research on Micro Electrochemical Milling / Xiaohai Li, Zhenlong Wang, Junfa Wang, Xinrong Wang // Key Engineering Materials Vols. 375-376, 2008. - P. 318-322.

112. Li X.H. Pulsed Micro-Electrochemical Machining Technology / X.H. Li, Z.L. Wang, W.S. Zhao, F.Q. Hu // Key Engineering Materials Vol. 339, 2007. - P. 327-331.

113. Liu G. Pulse electrochemical machining of large lead ball nut raceway using a spherical cathode / Guixian Liu, Hongping Luo, Yongjun Zhang, Jun Qian, Jiangwen Liu, Changhong Liu // Int J Adv Manuf Technol, 2015. doi 10.1007/s00170-015-7937-x.

114. Liu G. Silicon-based tool electrodes for micro electrochemical machining / Guodong Liu, Yong Li, Quancun Kong, Hao Tong, Hao Zhong // Precision Engineering, 2018. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2018.02.003.

115. Liu Y. Analysis on Machining Performance of Nickel-Base Superalloy by Electrochemical Micro-milling with High-Speed Spiral Electrode /

Yong Liu, Xiaodong Xu, Chunsheng Guo, Huanghai Kong // Micromachines, 2019, 10, 476. - P. 1-15. doi: 10.3390/mi10070476.

116. Liu Y. Experimental Research on Machining Localization and Surface Quality in Micro Electrochemical Milling of Nickel-Based Superalloy / Yong Liu, Yong Jiang, Chunsheng Guo, Shihui Deng, Huanghai Kong // Micromachines, 2018, 9, 402. - P. 1-15. doi:10.3390/mi9080402.

117. Liu Y. Micro electrochemical milling of complex structures by using in situ fabricated cylindrical electrode / Yong Liu, Di Zhu, Linsen Zhu // Int J Adv Manuf Technol, 2012. - P. 977-984.

118. Liu Z. Fabrication of Metal Microtool Applying Wire Electrochemical Machining / Z. Liu, Y. Zeng, W. Zhang // Advances in Mechanical Engineering, 2014. Article ID 382105.

119. Luo Y.F. Differential equations for the ultra-fast transient migration in electrolytic dissolution / Y.F. Luo // Electrochemistry Communications 8, 2006. -P. 353-358.

120. Lyubimov V., Krasilnikov V., Volgin V. Investigation of Electrochemical Machining Using Nanosecond Voltage Pulse Packets. // Proceedings of the 6th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020). Lecture Notes in Mechanical Engineering. - Springer Cham, 2021. - P. 163-170.

121. Lyubimov V.V., Volgin V.M., Gnidina I.V., Krasilnikov V.P. The Scanning Dimensional Microelectrochemical Machining with the Ultra-small Interelectrode Gap // Procedia CIRP 55, 2016. - P. 89-94.

122. Lyubimov V.V., Volgin V.M., Krasilnikov V.P. Investigation of kinematic-geometric characteristics of electrochemical machining // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019). Lecture Notes in Mechanical Engineering. - Springer Cham, 2019. - P. 391-398.

123. Lyubimov V., Volgin V., Krasilnikov V. Theoretical Investigation of Current Pulses Parameters in Electrochemical Machining with Micro - and Nanoparameters // Proceedings of the International Russian Automation

Conference, RusAutoCon 2019. Lecture Notes in Electrical Engineering. -Springer International Publishing, 2019. - P. 1-5.

124. Ma X. Electrochemical Machining of Gold Microstructures in LiCl/Dimethyl Sulfoxide / Xinzhou Ma, Andreas Bn, Rolf Schuster // ChemPhysChem, 2010, 11. - P. 616-621.

125. Madore C. Electrochemical micromachining of controlled topographies on titanium for biological applications / C. Madore, D. Landolt // J. Micromech. Microeng, 1997. V.7. - P. 270-275.

126. Natsu W. Generating complicated surface with electrolyte jet machining / Wataru Natsu, Tomone Ikeda, Masanori Kunieda // Precision Engineering 31, 2007. - P. 33-39.

127. Nguyen M. D. Enhanced surface integrity and dimensional accuracy by simultaneous micro-ED/EC milling / Minh Dang Nguyen, Mustafizur Rahman, Yoke San Wong // CIRP Annals - Manufacturing Technology 61, 2012. -P. 191194.

128. Nguyen M. D. Transitions of micro-EDM/SEDCM/micro-ECM milling in low-resistivity deionized water / Minh Dang Nguyen, Mustafizur Rahman, Yoke San Wong // International Journal of Machine Tools & Manufacture 69, 2013. - P. 48-56.

129. Ow Y. S. Fabrication of concave silicon micro-mirrors / Ow Y. S., Breese M. B., Azimi S. // Optics express, 2010. Vol. 18, N 14. - P. 14511-14518.

130. Pattavanitch J. Modelling of the electrochemical machining process by the boundary element method / J. Pattavanitch, S. Hinduja, J. Atkinson // CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2010. V.59. - P. 243-246.

131. Paul R. 3D Multiphysics Simulation of Jet Electrochemical Machining of Intersecting Line Removals / Raphael Paula, Matthias Hackert-Oschatzchen, Igor Danilov, Matin Yahyavi Zanjani, Andreas Schubert // Procedia CIRP, 2019. -P. 196-201.

132. Perozziello G. Packaging of Microfluidic systems: A microfluidic Motherboard Integrating Fluidic and Optical Interconnections / Perozziello G. //

MIC - Department of Micro and Nanotechnology Technical University of Denmark, 2006.

133. Perron A.L. Mathematical model to evaluate the ohmic resistance caused by the presence of a large number of bubbles in Hall-Herroult cells / A.L. Perron, L.I. Kiss, S. Poncsark // Journal of Applied Electrochemistry, 2007. - P. 303-310.

134. Petersen K. Silicon as a mechanical material / Petersen K. // Proceedings of the IEEE, 1982. Vol. 70, N 5. - P. 420-457.

135. Purcar M. 3D-electrochemical machining computer simulations / M. Purcar, L. Bortels, B. Van den Bossche, J. Deconinck // Journal of Materials Processing Technology, 2004. V.149 (1). - P. 472-478.

136. Qian S. Improving the Localization of Surface Texture by Electrochemical Machining with Auxiliary Anode / S. Qian, F. Ji, N. Qu, H. Li // Materials and Manufacturing Processes, 2014. V.29 (11-12). - P. 1488-1493.

137. Qu N.S. Modified microscale pattern transfer without photolithography of substrates / N.S. Qu, X.F. Zhang, X.L. Chen, H.S. Li, D. Zhu // Journal of Materials Processing Technology. 2015. V.218. - P. 71-79.

138. Rajurkar K.P. Micro and nano machining by electro-physical and chemical processes / K.P. Rajurkar, G. Levy, A. Malshe, M.M. Sundaram, J. McGeough, X. Hu, R. Resnick, A. DeSilva // CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2006. V.55 (2). - P. 643-666.

139. Rajurkar K.P. Review of Electrochemical and Electrodischarge Machining / K.P. Rajurkar, M.M. Sundaram, A.P. Malshe // Procedia CIRP, 2013. V.6. - P. 13-26.

140. Ruszaj A. Electrochemical machining - special equipment and applications in aircraft industry / Adam Ruszaj, Jozef Gawlik, Sebastian Skoczypiec // Management and Production Engineering Review Volume 7, Number 2, June 2016. - P. 34-41.

141. Ruszaj A. Manufacturing of Sculptured Surfaces Using EDM and ECM Processes / Adam Ruszaj and Wit Grzesik J. P. Davim // Machining of

Complex Sculptured Surfaces // Springer-Verlag London Limited, 2012. DOI: 10.1007/978-1-4471-2356-9.

142. Ruszaj A. The mathematical modelling of electrochemical machining with at ended universal electrodes / Adam Ruszaj, Maria Zybura-Skrabalak // Journal of Materials Processing Technology 109, 2001. - P. 333-338.

143. Schuster R. Electrochemical Microstructuring with Short Voltage Pulses / R. Schuster // ChemPhysChem, 2007, 8. - P. 34-39.

144. Singer, A., Dutta, S., Lewis, E., Chen, Z., Chen, J. C., Verma, N., Robinson, J. T. (2020). Magnetoelectric Materials for Miniature, Wireless Neural Stimulation at Therapeutic Frequencies. doi:10.1016/j.neuron.2020.05.019

145. Spieser A. Recent developments and research challenges in electrochemical micromachining (^ECM) / A. Spieser, A. Ivanov // Int. J. Adv. Manuf. Technol, 2013. V.69 (1-4). - P. 563-581.

146. Swaina A.K. Use of coated microtools in advanced manufacturing: An exploratory study in electrochemical machining (ECM) context / A.K. Swaina, M.M. Sundaramb, K.P. Rajurkarc // Journal of Manufacturing Processes 14, 2012 - P. 150-159.

147. Takahata K. Micro electronic and mechanical systems / Takahata K. -Croatia: InTech Europe, 2009. - 386 pp.

148. Tang L. High aspect ratio deep spiral tube electrochemical machining technology / L.Tanga, Z.J. Fana, G.G. Zhaob, F. Yangc, S.Yangd // Procedia CIRP 42, 2016 - P. 407-411.

149. Tang Y. H. Fabrication of silicon nanopillar arrays and application on direct methanol fuel cell / Yu-Hsiang Tang and et. // Microelectronic Engineering, 2011. Vol. 88. - P. 2580-2583.

150. Vanderauwera W. Investigation on the performance of macro electrochemical milling / W. Vanderauweraa, M. Vanloffelta, R. Perezb, B. Lauwersa // Procedia CIRP 6, 2013. - P. 356-361.

151. Volgin V. Modeling of Wire Electrochemical Machining / V. Volgin, D. Do, A. Davydov // Chemical Engineering Transactions. 2014. V.41. - P. 91-96.

152. Volgin V.M. Modeling of multistage electrochemical shaping / V.M. Volgin, A.D. Davydov // Journal of Materials Processing Technology. V. 149. N 13, 2004. - P. 466-471.

153. Wang K. Eelectrochemical micromachining using vibratile tungsten wire for high-aspect-ratio microstructures / K. Wang // Электронная обработка материалов, 2010, № 5. - P. 5-10.

154. Wang Sh. Micro wire electrochemical machining with an axial electrolyte flow / Sh. Wang, Y. Zeng, Y. Liu, D. Zhu // Int J Adv Manuf Technol, 2012. V.63. - P. 25-32.

155. Wang X. Reducing stray corrosion in jet electrochemical milling by adjusting the jet Shape / Xindi Wang, Ningsong Qu, Xiaolong Fang // Journal of Materials Processing Tech. 264, 2019. - P. 240-248.

156. Wu F. An implantable neural probe with monolithically integrated dielectric waveguide and recording electrodes for optogenetics applications / Fan Wu, Eran Stark, Maesoon Im, Il-Joo Cho, Eui-Sung Yoon, Gyorgy Buzsaki, Kensall D Wise1, Euisik Yoon. // J. Neural Eng., 2010. Vol. 10, N 056012.

157. Xianghe Z. A high efficiency approach for wire electrochemical micromachining using cutting edge tools / Zou Xianghe, Fang Xiaolong, Zeng Yongbin, Zhu Di // Int J Adv Manuf Technol. DOI 10.1007/s00170-017-0063-1.

158. Xie H. Single-Crystal Silicon Based Electrothermal MEMS Mirrors for Biomedical Imaging Applications / Huikai Xie, Shane Todd, Ankur Jain, Gary K. Fedder.

159. Yao L. Recent progress in antireflection and self-cleaning technology - From surface engineering to functional surfaces / L. Yao, J. He // Progress in Materials Science, 2014. V.61. - P. 94-143.

160. Yong L. Localized electrochemical micromachining with gap control / Li Yong, Zheng Yunfei, Yang Guanga, Peng Liangqiang // Sensors and Actuators A 108, 2003. - P. 144-148.

161. Yun K. S. A micropump driven by continuous electrowetting actuation for low voltage and low power operations / Kwang-Seok Yun, Il-Joo

Cho, Jong-Uk Bu1, Geun-Ho Kim1, Young-Sam Jeon1, Chang-Jin, Kim Euisik Yoon. // 0-7803-5998-4/01, 2001. - P. 487-490.

162. Zaitsev A.N. Aspects of Improving of ECM Accuracy / A.N. Zaitsev, T.R. Idrisov // Proceeding of the International Symposium of Electro Machining. -Shanhau, 2010. - P. 341-345.

163. Zhang X. G. Electrochemistry of Silicon and Its Oxide / X. G. Zhang. - Germany: Kluwer Academic Publishers, 2004. - 510 pp.

164. Zhu D. Microwire Electrochemical Cutting by Using In Situ Fabricated Wire Electrode / D. Zhu, K. Wang, N.S. Qu // Annals of the CIRP, 2007. V.56 (1). - P. 241-244.

ПРИЛОЖЕНИЕ