微细电火花加工技术的研究可大致以1984年线电极电火花磨削技术(WEDG)<1>的出现为 界分为两个阶段。此前的研究主要是针对加工的可行性,如对电极材料、电极损耗、工作液、排屑 方式及加工间隙等进行的基础性研究;WEDG技术的出现,圆满地解决了微细电极的制作与安装 问题,伴随着这一时期现代科技的飞速发展,使微细电火花加工技术进入了实用化阶段。此后,日 本、美国、德国等国家都对微细电火花加工技术进行了深入的研究。在群孔加工方面,美国Opt imation公司使用日本某公司的ED82型微细电火花加工机床加工出了光纤连接器,此光 纤连接器由9×9的直径120μm的阵列孔构成<2>。日本的增泽隆久等人提出了一种用两套 线电极磨削系统进行快速制造大规模微细孔的方法,并应用该方法加工出了20×20的直径60μm的阵列孔<3>。Ken’ichiTakahata和Yogesh B.Gi-anchandani将微细电火花加工技术同LIGA技术结合起来,使微细电火花加 工进行批量生产成为可能,即先用LIGA技术制作出电火花加工用的微细成形群电极,然后再用 群电极加工群孔,这样一次就可以加工出一批工件。他们用此方法制作出了20×20的直径20 μm圆柱铜电极阵列,并用此群电极在厚为50μm的不锈钢板上加工出了微细阵列孔,此阵列孔 的直径在30~32μm之间<4>。日本松下电器产业(株式会社)生产开发本部,用反拷微细 放电加工法,在CuW材料上加工出了5×5的直径14.3μm的群电极,用此电极在不锈钢材 料上加工出了5×5的直径17.8μm的群孔<5>。国内哈尔滨工业大学、南京航空航天大学 在微细电火花加工研究方面也取得较大进展,其中哈尔滨工业大学利用微细电火花加工出了直径4 .5μm微细轴和直径8μm微细孔<6>,其微细电火花加工机床已开始商业化,但国内在微细 电火花加工阵列孔方面,还没有开展专项研究。1试验过程及工艺分析我们根据电火花加工的反拷 贝原理,加工出了2×2的直径100μm的群电极,并用此群电极加工出了群孔。试验主要包括 4个工艺过程:(1)块电极磨削法制作单电极。成形电极接正极,反拷块接负极,电极旋转(图 1a)。为了减小锥度,采用了较宽的块电极和电极间歇横向进给的方式<7>。加工过程中微细 轴全长同时参与放电,加工效率较高。为了有利于加工时电蚀产物的排出,使放电状态稳定,提高 加工效率,磨电极时对电极进行了“削边”。(2)单电极打阵列孔。电极接负极,薄板工件接正 极,电极旋转(图1b)。单电极加工的群孔,可以把它形象地称为“母孔”,它的精度直接影响 后续制备的群电极的精度,因此加工时要尽可能提高其精度。而母孔的精度又取决于单电极的精度 。制作单电极时,尽管采用了间歇横向进给的方法,但由于主轴和块电极磨削面的平行度误差的影 响,仍会使(a)块电极电火花磨削法示意图(b)单电极打阵列孔示意图图1块电极电火花磨削 法磨电极和用此电极加工阵列孔示意图磨出的电极有一定的锥度。加工孔时,减少电极锥度影响的 较有效的方法是测出轴向损耗进行轴向补偿,但这样做一是会大大增加测量所用时间,降低效率; 二是由于损耗很小,受测量仪器精度的限制和电极表面附着物(因电极较细不方便清理的煤油和碳 黑等)的影响,会使测量精度较低,而使轴向补偿无法精确实现。因此,综合考虑效率和精度,在 找出损耗规律的基础上,用单电极加工母孔时,采用了加大电极的加工长度和适度的轴向欠补偿的 方法,收到了较好的效果。另外,因主轴有一定的径向跳动,故磨的电极也不能过长,以免影响母 孔的精度。值得一提的是,电极侧面损耗对母孔加工也有影响,但研究发现其影响较小,可忽略不 计。(3)用阵列孔制作群电极。电极接正极,薄板接负极,如图2a所示。在此过程中,由于孔 的侧面损耗会使母孔逐渐变大,从而使加工出的群电极有锥度,为了减小加工出的群电极的锥度, 采用两组阵列孔加工的方法,即先用一组阵列母孔粗加工,保证群电极长度;再用比粗加工用的阵 列母孔略小的阵列母孔精加工一次,精加工过程主要是减小锥度,不进行轴向方向加工。(4)用 群电极加工阵列孔。电极接负极,薄板接正极,如图2b所示。制作群电极和用群电极加工(a) 阵列孔制作群电极示意图(b)群电极加工阵列孔示意图图2阵列孔制作群电极和用群电极加工阵 列孔示意图群孔时,由于电极不旋转,为了使放电加工稳定,可适当增大抬刀量和抬刀次数。如要 提高加工效率,需加大电规准,但这样会使放电间隙变大,加工后表面质量变差。2试验结论试验 是在微细电火花加工机床上完成的。工作液为煤油,电极和薄板工件的材料均为钢,图3是用单电极加工的2×2的直径100μm、深150μm群孔的扫描电镜照片,用此群孔加工的长约2mm的2×2的群电极的扫描电镜照片如图4所示,用此群电极加工的群孔的扫描电镜照片如图5所 示。图3单电极加工的群孔图4制作的群电极图5群电极加工的群孔通过试验得出如下结论:(1 )在试验中,发现加工时铜电极的损耗比钢小,但由于电火花放电加工时的爆炸力很大,而铜材料 很软,群电极制作时微细电极容易因受力而弯曲,而常常得不到理想的群电极。(2)因微细加工 一般为短脉冲加工,电子的轰击作用大于离子的轰击作用,故正极的材料蚀除速度大于负极的材料 蚀除速度,因此,要根据加工目的选择适当的极性。(3)块电极磨削法磨电极时采用较宽的块电 极和电极间歇横向进给的方式,并避免磨过长电极,能有效地减小了电极锥度。(4)在用单电极 加工阵列孔时,采用加大电极的加工长度和适度的轴向欠补偿的方法,可加工出精度较高的阵列孔 。(5)加工过程中要根据加工效率和损耗选择适当的抬刀量和抬刀次数3展望微细群孔在航空航 天等领域有着广泛应用,国外对此进行了深入的研究,已有较成熟的群孔加工工艺,特别是日本的 微细电火花群孔加工工艺代表了当前这一领域的前沿,而国内近年来在单电极制备及微细孔加工方 面进行了很多研究,取得了很大进展,但在群孔微细电火花加工方面的研究还基本处于空白,因此 探讨群孔加工的理论及规律具有十分重要的意义和极大的应用前景。群孔的微细电火花加工技术研究@董德生$哈尔滨工业大学机电工程学院!黑龙江哈尔滨150001
@曾伟梁$哈尔滨工业大学机电工程学院!黑龙江哈尔滨150001
@杭观荣$哈尔滨工业大学机电工程学院!黑龙江哈尔滨150001
@王振龙$哈尔滨工业大学机电工程学院!黑龙江哈尔滨150001对微细电火花群孔加工工艺进 行了分析和研究。用微细电火花加工机床加工出单电极,并用该电极加工出2×2直径约100μ m的阵列孔,在此过程中采用加大加工长度和适度欠补偿的方法,获得了质量较好的阵列孔。用此 阵列孔作为工具加工出了2×2直径约100μm的群电极,然后用此群电极一次加工出2×2直 径约100μm的群孔,从而实现了微细电火花阵列孔的加工。
微细电火花加工;;
群电极;;群孔<1>MasuzawaT.Three-dimensional micro machining by machinetools
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<7>贾宝贤,王振龙,赵万生.用块电极轴向进给法电火花磨削微细轴.电加工与模具,2 004(3):26-29.康难≡袷实钡募浴?3)块电极磨削法磨电极时采用较宽的块电极 和电极间歇横向进给的方式,并避免磨过长电极,能有效地减小了电极锥度。(4)在用单电极加 工阵列孔时,采用加大电极的加工长度和适度的轴向欠补偿的方法,可加工出精度较高的阵列孔。 (5)加工过程中要根据加工效率和损耗选择适当的抬刀量和抬刀次数3展望微细群孔在航空航天 等领域有着广泛应用,国外对此进行了深入的研究,已有较成熟的群孔加工工艺,特别是日本的微 细电火花群孔加工工艺代表了当前这一领域的前沿,而国内近年来在单电极制备及微细孔加工方面 进行了很多研究,取得了很大进展,但在群孔微细电火花加工方面的研究还基本处于空白,因此探 讨群孔加工的理论及规律具有十分重要的意义和极大的应用前景。群孔的微细电火花加工技术研究@董德生$哈尔滨工业大学机电工程学院!黑龙江哈尔滨150001
@曾伟梁$哈尔滨工业大学机电工程学院!黑龙江哈尔滨150001
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