关键词： 气中电火花加工   放电加工间隙   放电脉冲序列   伺服控制   PID  

摘要： 电火花加工技术的巨大发展与其在特种加工领域不可替代的作用相得益彰。但随着制造业绿色化发展趋势的不断延伸,传统煤油介质电火花加工所引发的一系列环境问题,如有害气体的产生、废弃工作液的处理等,越来越受到人们的关切。气中电火花加工技术的出现开拓了电火花领域可持续发展的新局面。然而,放电稳定性差,加工效率低的问题一直制约着气中电火花加工的实际应用。伺服控制是影响电火花加工性能的核心因素。为此本文在前人研究的基础上,针对气中电火花加工伺服控制进行研究,旨在进一步改善气中电火花放电稳定性,提高加工效率,推动其实用化和深层次的研究进程。了解间隙特性是进行电火花加工伺服控制研究的重要依据。为此,首先针对气中电火花的放电加工间隙和脉冲序列进行了实验研究,分析了气体介质的放电加工间隙和相对放电率;同时与煤油介质的相关性能进行对比,得出气中电火花加工对间隙变化更加敏感,并分析出传统煤油介质电火花加工伺服控制与气中电火花加工不匹配的原因;通过以上研究,提出了两种伺服控制策略,即基于间隙平均电压和短路率双伺服判据的伺服控制策略(简称“改进策略”)和基于PID算法的伺服控制策略;其次,依据提出的控制策略,完成基于GTS运动控制卡的气中电火花伺服控制系统的总体设计,即完成晶体管脉冲电源、间隙平均电压检测电路、短路状态检测及概率统计模块的硬件搭建和软件设计;在此基础上,完成气中电火花改进策略和基于PID算法控制策略的设计,同时建立了基于PID算法的气中电火花间隙控制模型,并利用Simulink完成了系统仿真,对比分析了P、PI、PD和PID的控制性能,为选择合适的PID参数提供了参考;最后,针对所搭建的整体系统进行了调试实验,分别确定了两种伺服控制策略中适合气中电火花加工的伺服参数;通过不同控制策略加工实验的对比,既验证了改进策略和基于PID算法控制策略的可行性,同时得出在气中电火花放电稳定性和加工效率的改善方面,改进策略、PD控制和PID控制更为有效;在上述研究的基础上,为了进一步论证电火花加工伺服控制与介质特性匹配的重要性,研究分析了不同气体介质的伺服控制特性,提出了对应气体介质伺服控制的优化方案,并通过实验验证了优化方案的有效性。

关键词： 片状电极   超声辅助   电火花加工   计算流体力学   装置开发  

摘要： 使用片状电极电火花成形加工深窄槽及复杂型腔等特殊结构,在航空航天及模具行业等领域有较多应用,为更好的解决排屑问题,提高加工效率,本文尝试在工具电极上附加超声振动,探究超声辅助加工的有效性及可行性,并对此进行相应的理论和实验研究,最终研制出基于工具电极振动的超声辅助电火花加工系统,并开展相关工艺实验研究。对工具电极超声振动作用下加工间隙内的流场进行了理论分析及仿真计算。首先计算放电间隙大小,建立有限元网格模型,确定边界条件,定义电极的超声振动,通过Fluent求解后,获得一个正弦周期内间隙流场的速度、压力变化规律。然后对超声振幅、频率、加工深度、间隙值四个因素进行正交实验分析,以平均速度和湍流耗散率为评价指标,最终确定振幅和频率为重点进行单因素实验研究,结果显示超声振动对工作液介质具有泵吸作用,并能够加速工作液的流动,从而带动蚀除物颗粒运动,但是过强的扰动会使粒子堆积,因此超声振动对实际加工的作用效果需要进一步细化研究。基于压电效应理论和有限元方法,设计出了超声辅助电火花加工装置的核心部件——夹心式压电陶瓷换能器,通过换能器的一维轴向纵振实现工具电极端面的超声振动。研究重点是利用ANSYS多物理场耦合功能对换能器进行干、湿模态分析及谐响应分析,求解电极端面的振型及输出响应特性,对换能器进行干湿态阻抗测试、振型振速测试,以及振幅输出特性的标定,并以MOSFET为核心搭建超声驱动电源,基于汉川HCD400K机床设计接口装置,搭建了超声辅助电火花加工系统。对系统进行调试后,开展片状电极超声辅助电火花加工工艺实验。以材料蚀除速率、电极相对损耗及加工表面质量为评价指标,对截面积为6mm×20mm的片状电极进行响应面分析,探究超声振幅及常规电加工参数对结果的影响规律,然后制作不同截面形状的片状电极进行实验,并辅以火花放电率的检测及分析,结果显示超声振动能有效的提高火花放电率,在电极端面截面积较小时明显提高了材料蚀除速率,加工效率可提升近40%,同时可减少工具电极的损耗,且对加工表面质量有一定的改善。本文研究表明在片状电极截面积及形状满足一定要求时,超声辅助电火花成形加工是提高加工速率,改善加工质量的有效方法。

关键词： 静态溶液   Custom455不锈钢   温度场   凹槽刻蚀   表面抛光  

摘要： 激光加工因其具有高精、高效加工的特点被广泛应用于医疗、航空等领域;化学加工不会产生热应力,并且加工质量好,因此将两种方法结合充分发挥激光的热作用与化学液的冷却腐蚀作用,使得该化学液辅助激光加工的方法具有非常广泛的应用前景。然而,由于化学液辅助激光加工涉及到的工艺参数众多,对该复合加工的方法的研究尚在探索阶段。因此为进一步探究化学液辅助激光加工的复合作用,需要对加工技术的机理进行深入研究。首先本文分析了激光加工技术的研究现状,在此基础上研究分析了静态溶液辅助激光加工过程相互作用的机理,探讨了影响溶液辅助激光加工的主要因素。运用ABAQUS对液体环境中激光单线扫描不锈钢表面温度场分布进行模拟,分析不同时刻温度场的分布情况。其次,将仿真结果作为参考,进行了HSO溶液辅助激光凹槽刻蚀的实验。为研究化学液浓度和激光器参数对不锈钢表面刻蚀凹槽的影响规律,采用线扫描填充的方法进行加工。实验方案采用了目前研究较少的静态化学液辅助激光加工的方法,采用单因素实验法对影响加工质量的各因素进行研究,并对加工后的表征参数(深度、宽度和表面粗糙度)进行分析。结果表明:激光单线烧蚀过程中,HSO溶液浓度越大,加工区域宽度越小,边缘直线度越好,但HSO溶液浓度高于10%后变化不大,溶液浓度对材料去除的深度影响不大。而且,溶液浓度增加会提高线型加工边缘直线度;在填充扫描加工凹槽过程中发现,在一定参数范围内,通过增大功率或者降低扫描速度都能增加固定点受到辐射的激光能量,增加凹槽深度,但同时会影响凹槽底部的粗糙度,使底部形貌变差;同时,影响线重叠率的扫描间隔、扫描次数以及累进角度改变时都会影响刻蚀深度,并且深度越深凹槽底部粗糙度越差。因此对不锈钢表面凹槽刻蚀加工可采用快速、多次加工的方法实现。最后,将液体介质换成浓度为10%的HSO溶液,进行了HSO溶液辅助激光抛光不锈钢表面的正交实验研究。基于在HSO溶液中的刻蚀效应的研究规律,采用正交试验法分析激光加工工艺参数对抛光表面粗糙度的影响。结果表明:HSO溶液辅助激光抛光的不锈钢表面粗糙度可降低70%,扫描速度对抛光表面粗糙度影响最显著。此时最佳工艺参数为:扫描速度为11mm/s、扫描次数为6次、激光功率为14W、扫描间隔为0.04mm,抛光后可使表面粗糙度降到0.51μm,加工效果更好。本文的研究结果对化学液辅助激光刻蚀、抛光Custom455不锈钢质量具有一定的的参考价值,对后续实验改进加工工艺参数,提高加工效果具有重要意义。

关键词： 激光加工   机械振动   振镜式扫描   光纤激光器  

摘要： 光学系统的应用一般都是在实验室、车间等可以满足其正常运行的环境下进行。但随着光学系统使用范围范畴的逐步扩展，咱们有这样的必要使这些设施走出实验室，在一些特殊的环境中进行使用，因此我们必须将环境因素的影响考虑进去。然而，对于光学系统而言，振动时减弱其使用性能的原因之一，十分小的振动都有影响系统的性能的危害。因此我们有强烈的需求来研究振动环境对振镜式激光加工设备的性能的影响，从而进行隔振系统的设计，使其能正常工作。　　本课题正是研究了振动对激光扫描加工设备的影响。通过搭建振动平台，在不同的振动烈度下研究振动对振镜式激光加工设备激光扫描路径的影响，并确定其抗震等级;在不同的振动烈度下研究振动对光纤激光器的影响;对该激光加工设备进行系统结构有限元分析，并确定该系统的减震方案。　　分别使扫描振镜和光纤激光器处于不同的振动强度下来进行实验，分别选取100mm/s、730mm/s、1600mm/s的扫描速度，经过多组实验发现，当振动最大加速度不超过0.1mm/s2时，其对三组扫描速度下的扫描路径没有什么影响，与不添加任何激励的扫描结果一致;当振动加速度在0.1mm/s2-0.2mm/s2时，其对100mm/s扫描速度下的扫描路径没有什么影响，但730mm/s的扫描速度下，其扫描路径对比无激励条件下的扫描路径已经出现偏差:填充线的间隔变的不再均匀;圆形的连接处不再严密结合，1600mm/s的扫描速度下，其扫描路径对比无激励条件下的扫描路径:填充线的间隔变的不再均匀;填充线超出轮廓边界;圆形的连接处不再严密结合。当振动加速度超过0.2mm/s2时，三组扫描速度下的扫描路径都出现巨大的变形，已经完全无法正常工作。随后，调节激振力大小，使振动波形分别稳定在Ⅰ、Ⅱ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅴ级，采用功率计测量光纤激光器平均功率的方法来验证振动对光纤激光器的影响，功率计读数分别为7.023W、7.102W、7.062W。当振动最大加速度达到0.5mm/s2时，功率计读数为7.121W，都在误差允许范围内。可见振动对光纤激光扫描加工设备的影响主要在于振镜，而不在于光纤激光器，并且扫描速度越大，振动对扫描路径的影响越大。所以为了提高整个系统的使用功能，需要对系统结构稳定性进行改善。　　通过对系统进行有限元分析，并最后给出一套行之有效的减震方案。采用空气弹簧来为系统减震，并且采用内置蜂窝结构的光学平台作为支撑平台。此外，还对电路结构的减震提出几点建议，从而整体提高系统的抗震性。

关键词： 飞秒激光   热积累效应   数值模拟   烧蚀实验  

摘要： 飞秒激光因其极窄的脉宽与极高的峰值功率等特点能够实现材料的非热熔性加工。飞秒激光的加工区域小、加工精度高,可以对材料进行微纳加工,具有其他加工方法难以替代的优点。本论文深入讨论了飞秒激光与材料的作用机理以及双温模型。在多脉冲飞秒激光作用时,材料内部会产生热积累效应导致温度升高,可能会使材料发生相变甚至熔化。为了使材料温度保持在合理的范围内以获得良好的加工效果,需要选取合适的加工参数,使热积累温度达到平衡并在材料的熔点以下。本论文选用COMSOL Multiphysics建立飞秒激光加工TC4钛合金的热积累模型,研究不同扫描速度、激光重复频率和激光能量对加工过程中热积累效应的影响。模型适用于不同材料,为飞秒激光加工提供了加工参数的预测。与其他热积累模型进行对比,验证模型的准确性。模拟结果表明:激光扫描速度对热积累温度趋势影响较大,选取合适的扫描速度才能达到热平衡,使温度不再继续升高并维持在熔点以下;激光的重复频率对热平衡温度的影响较大,随着激光重复频率增大,材料达到热平衡状态的平衡温度也增大,热积累效应逐渐增强;激光能量直接影响热积累的温度,激光能量过大会引起严重的热效应,对加工造成不利影响,因此要控制激光能量在合理的范围内。根据模拟结果选取几组加工参数进行飞秒激光加工TC4钛合金的实验。实验选用Amplitude Systemes公司生产的Satsuma HP2激光器,4组材料进行飞秒激光的烧蚀实验,2组材料进行飞秒激光的去除实验。选取的烧蚀实验的加工参数:(a)能量10μJ、速度4 m/s、重复频率2 MHz;(b)能量20μJ、速度4 m/s、重复频率1 MHz;(c)能量40μJ、速度4 m/s、重复频率0.5 MHz;(d)能量40μJ、速度2 m/s、重复频率0.5 MHz,测得四组烧蚀实验的粗糙度分别为25.1、34.6、51.6、62.2 nm。去除实验两组材料分别去除表面深度36μm和27μm。实验结果与模拟结果吻合。

关键词： VR   特种加工   教学设计  

摘要： VR技术是现今计算机技术领域中一项包含多种学科的综合科学技术,该技术已经被运用于诸多领域。本文简单阐述了VR技术,并在分析《特种加工》课程的基础上,初步探讨了基于VR技术的《特种加工》课程建设、教学设计的方法。

关键词： 激光加工   硅橡胶   微纳复合结构   超疏水表面   抗冰冻性能  

摘要： 硅橡胶材料具有极好的电绝缘性和绝热性,被广泛应用于电力工业中。硅橡胶还具有优异的憎水性和憎水迁移性,表面污染后其疏水性也能恢复。但是在低温潮湿环境下,硅橡胶表面的憎水性会逐渐丧失,其憎水恢复性也会显著变慢,难以有效阻止水分和污染物的吸附,导致硅橡胶绝缘子在高电压下的污闪仍会发生。为了提高硅橡胶材料的憎水性,本文中提出了一种使用纳秒激光高效、绿色、稳定的制备硅橡胶超疏水表面的方法,并研究分析了其抗结冰结霜性能。分析了硅橡胶表面浸润性由疏水转变为超疏水的机理并观察硅橡胶超疏水表面的形貌。硅橡胶表面材料在激光束的作用下受热发生裂解,直径约100-150nm的小颗粒无规则的聚拢在一起,形成海绵状微纳复合结构,排列形成了具有层次感、类似鱼鳞状的表面结构,使表面具备超疏水性能。通过EDS检测发现,与原始表面相比,加工形成的超疏水表面的化学元素含量基本不变。FTIR测试结果发现硅橡胶表面的主链断裂,Si-O-Si键拉伸频率改变,而化学性质并未发生变化,由此推断硅橡胶表面在纳秒激光作用下产生了微纳复合结构是其润湿性发生变化的直接原因。分析了经不同激光能量密度加工后硅橡胶表面的微观形貌及润湿性的变化规律。试验结果表明,硅橡胶表面水接触角的变化趋势与表面微纳结构形成的趋势一致,并符合Cassie模型。硅橡胶表面裂解程度及表面粗糙度均随着激光能量密度的增大而增大,并在能量密度为9.5J/cm2时达到最大值约为11μm,此时硅橡胶表面充分裂解并出现脱落,润湿性由疏水转变为超疏水。随着能量继续增加,表面进一步分解成细小颗粒,形成新表面,粗糙度降至8.2μm并保持稳定。当能量密度增加到10J/cm2时,接触角增加到158°,滚动角约为3°,并达到稳定。由颗粒组成的微观结构增大了样品表面的粗糙度,这是硅橡胶润湿性变化的主要因素。在自行设计的制冷试验装置上,对比分析了硅橡胶超疏水表面和原始表面的抗冰冻性能。观测水滴在低温硅橡胶表面上的结冰过程、形态及延迟结冰的时间,分析了超疏水表面抗结冰的相关机理;利用显微镜观察并对比了超疏水表面和原始表面上霜晶出现的时间及霜晶形貌的差异,分析了超疏水表面抗结霜的相关机理。实验结果表明,低温下硅橡胶超疏水表面的接触角虽然会降低,但是超疏水表面可以大幅度延迟结冰和结霜时间,具有明显的抗结冰结霜作用。

关键词： 光纤激光器   二维材料   被动锁模   可饱和吸收体   激光加工  

摘要： 作为二十一世纪的尖端技术,纳米技术的出现为众多领域带来了开创性的技术革新,深刻地影响着世界范围内的生产、生活各个方面。而纳米科技研究和应用的基础,是如何获得性能优良的纳米材料。2004年,来自英国曼彻斯特大学的Geim和Novoselov教授首次通过“撕胶带”的方法获得了近乎完美结构的单层石墨——石墨烯。作为一种理想的二维纳米材料,石墨烯具备杰出的力学性质、电学性质和导热性质,这是其他材料所无法比拟的。因而,石墨烯纳米材料成为近三十年来的研究重点和前沿,成为纳米技术领域的标志性成果,在新材料、新能源、微电子、信息、医药及航空航天等多个领域实现了实际应用。基于此,石墨烯的发现被授予“2010年诺贝尔物理学奖”的殊荣。目前,世界范围内美国、英国、日本、德国等纷纷投入大量地人力物力来广泛研究石墨烯这一具有重要战略意义的新材料。我国政府也非常重视以石墨烯为首的新型二维材料的制备、研究及应用,为这个新兴领域的发展提供了更多的选择和机遇。以石墨烯为代表,新型二维材料组成了一个庞大的家族,包括氧化石墨烯、MoS2、氮化硼等,其电学性质覆盖了绝缘体、半金属、金属等。系统地表征及理解新型二维材料的基础光学特性,是推动其实用性、工程性的重要步骤。通常来说,在不同强度的电场强度激发下,材料的光学性质通常可以分为线性光学性质部分和非线性光学性质部分。线性光学性质主要反映的是材料在不同波长处的吸收、散射、透射等性能;而非线性光学性质主要是与谐波产生、多光子吸收以及克尔效应等相关。更重要的是,新型二维材料的原子结构将直接影响到材料的线性、非线性光学性能;而不同方法制备的信息二维材料的光学性质截然不同。因此,系统地研究新型二维材料的光学性质、并进一步优化新型二维材料的制备工艺、进一步优化新型二维材料器件的加工工艺等对于推动其光学、光电子学应用具有重要意义。本论文系统的研究了多种新型二维材料的基本的光学性质。其中,重点研究了在紫外波段吸收较弱的二维结构的氮化硼薄膜、可在高功率下稳定工作的氧化石墨烯、以及二硫化钼等工作在不同波段的二维材料,并在此基础上进一步优化了二维材料的制备、二维材料薄膜的生长、二维材料的表征、以及基于二维材料的新型光学器件的制备与应用。本论文的主要研究工作将从以下几点展开介绍:1.新型二维材料的制备分析了二维材料的原子结构、能带结构。通过多种不同的方法制备了二维材料的水溶液,制备过程简单、产率高、安全无污染。高浓度水溶液的制备,也成为后续集成工作、器件加工、薄膜制备的前驱体。首先,目前广泛使用的基于化学法制备的氧化石墨烯由于携带大量的含氧官能团,在高温、高强度激光入射下容易被还原而影响器件的稳定性。我们使用电化学法成功制备出了含有少数含氧官能团的氧化石墨烯。由于官能团较少,使氧化石墨烯被还原的阈值提高到了400 mJ/cm2,比目前已报道的结果高出两个数量级。其次,氮化硼材料由于具有高达6.0 eV的宽带隙使其在紫外光器件方面具有一定的潜力,然而,其超高的化学稳定性和高温下的稳定性,极大地阻碍了高浓度氮化硼溶液地制备。我们通过球磨法,在机械摩擦地过程中在氮化硼的边缘上修饰了-NH2官能团,官能团地存在将氮化硼的溶液度提高到了30 mg/ml,更重要地是,通过调控氮化硼上的官能团,我们后期也成功实现了对氮化硼光学性质的连续调控。基于相同的原理,我们还实现了过渡金属硫化物-二硫化钼溶液的制备。2.新型二维材料薄膜的制备实用新型器件的首要问题就是如何实现集成化,这迫使我们必须要将溶液状态下的新型二维材料组装成固态结构才能进一步在该平台上实现物理、化学、生物等方面的应用。因此,我们主要利用两种方法实现了新型二维材料全固态薄膜的制备:一是通过真空抽滤法,由于设备简单,可以通过控制所使用的二维材料溶液的量来控制所抽滤的二维材料薄膜的厚度,该方法可以快速、简便地实现多种大面积二维材料薄膜的制备;二是通过层层自组装法实现了氧化石墨烯薄膜的制备,由于携带有一定的含氧官能团,氧化石墨烯片层呈现“负电”,我们引入了带有正电的多分子聚合物聚二烯丙基二甲基氯化铵PDDA,通过两者之间的静电吸附作用实现了任意层数的氧化石墨烯薄膜的制备,该方法灵活性强,可以将氧化石墨烯材料组装到任意形状、任意大小的衬底上,且可以精确控制氧化石墨烯薄膜的厚度至2 nm。3.新型二维材料线性光学性质及非线性光学性质的表征首先,我们采用多种手段表征了所制备的二维材料的线性光学性质。利用紫外-可见光谱测量了所制备薄膜的透射率、吸收率,并依此计算了材料的带隙,与理论结果相吻合。利用傅里叶转换光谱测量了材料在极宽范围内的吸收谱,并根据吸收谱得到了二维材料所含有的特征的化学键。利用椭偏仪测量了材料的在可见-近红外波段的折射率。现代通信如光开关、频率转换、波长转换等领域对材料的三阶非线性有很高要求。

关键词： 液体金属电极   电火花加工   PIC-MCC建模   放电通道   放电电压  

摘要： 电火花加工具有宏观力小、放电能量密度高等优点,特别适用于结构复杂、材料特殊的微细精密加工,极大地促进我国制造业的发展。但电火花放电产生的电蚀除作用亦会蚀除电极导致加工精度大幅度降低。为彻底解决放电加工中微细电极制作复杂、电极损耗率大等瓶颈问题,本论文提出了液体金属电极的电火花加工方法。并针对目前电火花理论研究的局限性,深入研究了在多场耦合作用下液体金属电极放电通道形成的内在机理。针对液体金属电极,通过蒙特卡罗法分析计算了液体金属电极的发射特性,确定了粒子发射的初始条件。为更加精确地理解和描述发生在脉冲电压作用下的液体金属电极放电通道形成过程,建立了单脉冲电压作用下液体金属电极放电通道物理模型。采用粒子模拟法和蒙特卡洛碰撞理论(PIC-MCC)模拟液体金属电极放电通道内等离子体的运动,利用逐次超松弛迭代法(SOR)和Buneman-Boris法实现空间电势和等离子迭代更新,并通过加入特殊边界条件使液体金属电极放电通道物理模型更加精确。针对上述模型,利用MATLAB数学建模软件对数学模型进行算法设计及编程,实现了液体金属电极放电通道模型仿真结果的可视化。仿真结果从微观物理角度显示了等离子通道的产生、转移和稳定过程,液体金属电极放电通道中粒子的密度,速度和能量分布以及阳极和阴极的能量演变过程等。在分析微观物理过程的基础上,本论文也深入研究了不同极间电压对两极能量分布的影响,仿真结果显示:阳极和阴极的能量随电压升高而增加,稳定状态下,分配到阳极和阴极的能量变化不大,阳极约5.09%,阴极约12.24%。同时本文设计了液体金属电极电火花加工工艺实验,对所建立的液体金属电极放电通达通道物理模型和放电通道内能量的分布进行了实验验证,实验结果表明液体金属电极电火花加工方法的可靠性,以及仿真模型的正确性。

关键词： 铍铜合金   润湿性表面   评定模型   超疏水   防结冰  

摘要： 润湿性是材料表面的一个重要性质,有关材料表面的物理化学过程如吸附、润滑、摩擦等均与表面的润湿性密切相关。电火花加工技术以其高能密度、高精度、无宏观切削力等特点,在高熔点、高硬度、高强度、复杂形貌的材料及零件加工中占据重要的地位。不同于传统机械加工表面的周期性微观结构,电火花加工表面由放电凹坑形成,随机且无序;因此表面的润湿情况复杂,目前仅有少量的实验研究报道,尚未有相关的理论研究。鉴于此,本文以铍铜合金(C17200)作为研究对象,通过一系列表征手段,详细研究了铍铜合金电火花加工表面的形貌特点,据此建立了电火花加工表面润湿性理论模型,建立了表面润湿性评定系统并预测润湿特性,并通过实验验证了理论模型和评定系统的正确性及有效性。首先对不同的电火花加工工艺所制备的表面进行分析,发现各表面形貌具有统一性。然后针对电火花铣削加工表面,利用AFM等测量仪器,对形貌特征进行观察,发现表面凸起与特定曲线具有一定的相似性。之后使用数学分析方法,构建了表面形貌的理论模型,并根据模型要求,定义了三个特征参数。进一步的对实际表面形貌的参数提取方法进行研究,最终建立了电火花加工表面形貌的理论模型。从润湿性的定义及理论模型出发,建立了超疏水表面表观接触角与动态接触角之间的定量关系。然后针对电火花加工表面形貌特性,分析了多尺度结构、不同微观形貌、多种润湿状态混合对润湿性的影响。并通过三维模型的结构参数建立起了润湿性与表面形貌之间的定量关系。针对电火花铣削平面和电火花阵列结构,建立了一级和二级润湿性模型。利用电火花铣削机床进行了铍铜材料润湿性表面的基础工艺试验,分析了RC电源的电容及电阻对加工表面润湿性的影响。根据工艺规律,制备了具有不同润湿性的铍铜表面。并按照润湿性模型要求进行数据处理,得到加工表面的润湿性理论值。对比实际测定值,对一级润湿性模型进行了验证。并选定半正弦模型作为后续研究的基础模型,以及划定了粗糙度Sq=0.91μm作为亲疏水的分界值。从二级润湿理论出发,设计了一种具有超疏水特性的阵列结构。利用电火花线切割机床进行制备,并分析了结构参数对润湿性的影响。利用制备的铍铜超疏水表面,进行了二级润湿性模型的验证。发现该模型的表观接触角具有较好的符合性,并修正了动态接触角。针对冻雨应用环境,发现制备表面具有较好的防结冰性能。