【正文】 放電通道。因?yàn)橥ǖ赖慕孛嫣^細(xì)微，通道內(nèi)受熱膨脹所形成的壓力最高可達(dá)幾萬帕，這樣的情況下，高溫高壓的放電通道以一個(gè)難以想象的速度擴(kuò)展，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的沖擊波輻射到四周。在放電的同一刻，還伴隨著產(chǎn)生光以及聲效應(yīng)，由此造成了我們習(xí)以為?？吹靡姷碾娀鸹?。(2) 電極工具材料的熔化和氣化所導(dǎo)致得熱膨脹 (圖11(c)、(d))。當(dāng)液體介質(zhì)中形成放電通道的那一刻，通道間的那些帶負(fù)電的粒子會向正極運(yùn)動，同時(shí)帶正電的粒子也就向負(fù)極運(yùn)動，這樣的運(yùn)動中，各粒子之間磕磕碰碰，導(dǎo)致熱量的產(chǎn)生，相應(yīng)的周邊溫度升高，通道里面環(huán)境發(fā)生劇變，一瞬之后，高溫達(dá)到一個(gè)極限（10～107Wmm）。這樣的情況下工作液先出現(xiàn)汽化，進(jìn)一步發(fā)生氣化，高溫范圍向周邊延伸出去，金屬材料的表層逐步開始出現(xiàn)熔化以及氣化。最終氣化后的金屬蒸氣和工作液會一瞬間體積增長，導(dǎo)致了形如爆炸的性質(zhì)。因此在觀察電火花加工的時(shí)候，我們能夠很明顯地看到工件與工具電極之間有煙出現(xiàn)，同時(shí)伴有輕微的爆炸聲。(3) 電極工具局部材料的拋出(圖11(e))。當(dāng)正負(fù)電極之間產(chǎn)生電火花，放電通道便會產(chǎn)生高溫高壓的情況。通道的中心與邊緣存在著一個(gè)溫差，這個(gè)溫差也造成了壓力差，致使上述的蒸汽液之類向外排出，甚至是被拋出去。在這個(gè)加工過程中，我們可以通過仔細(xì)觀察，很明確地看到四處濺射的橘紅色火花，這些便是被拋出的不需要的電極局部材料。(4) 兩極之間所存在液體介質(zhì)的消電離(圖11(f))。在上面的過程結(jié)束后，也意味著放電的結(jié)束，那些廢液之類會漸漸流出，最終冷卻下來，恢復(fù)到原來的樣子，即絕緣態(tài)。倘若在這個(gè)過程中，腐蝕所造成的產(chǎn)物以及廢液沒有能夠得到盡快的排出，使得熱量也同樣不能有效地被疏導(dǎo)，這樣局部的介質(zhì)便會超出標(biāo)準(zhǔn)的熱容量，致使其他介質(zhì)，就是所謂的工作液因?yàn)楦邷囟纸夥e炭，加工無法正常進(jìn)行，并且有損電極。因此為了保證電火花加工過程的正常持續(xù)進(jìn)行，在兩次放電之間必須有足夠的時(shí)間間隔讓電腐蝕產(chǎn)物完全充分排出，恢復(fù)放電通道的絕緣性能，使工作液體介質(zhì)消電離[2]。從上述加工原理可以看出，進(jìn)行電火花加工所具備得三個(gè)必要條件： (1)采用脈沖電源，放電時(shí)間控制在107～103 s；(2)控制自動進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置，通過該設(shè)施使得工件與工具電極之間放電間隙維持在一個(gè)很小的范圍內(nèi)；(3)放電過程必須具備在相應(yīng)的絕緣介質(zhì)中，一般來說，絕緣度在10～107 m ，從而實(shí)現(xiàn)加工過程的穩(wěn)定。區(qū)別于機(jī)械加工，電火花加工是一種完全不同的新工藝。 隨著科學(xué)技術(shù)和先進(jìn)生產(chǎn)力的不斷提高，對于性能更高的材料也有了新的生產(chǎn)理念。先進(jìn)的生產(chǎn)力對于實(shí)現(xiàn)加工更為精細(xì)嚴(yán)格。傳統(tǒng)的加工漸漸不能適應(yīng)新社會的要求。在人們逐步摸索之中，電火花加工作為一類新的工藝展現(xiàn)在人們面前。一般來說電火花加工主要特點(diǎn)：可以加工任何韌、強(qiáng)、脆、硬和純等高性能的導(dǎo)電材料；加工的時(shí)候沒有很明顯的機(jī)械力，非常適合用到對微細(xì)結(jié)構(gòu)和低剛度工件進(jìn)行加工；通過調(diào)節(jié)脈沖參數(shù)實(shí)現(xiàn)在一臺機(jī)床上進(jìn)行粗，半精和精加工；電火花加工后的形成的表面呈現(xiàn)凹形，用于貯油和削弱噪聲；電火花加工的生產(chǎn)效率明顯比切削加工低；加工過程受放電能量影響，有一些能量會在工具電極上出現(xiàn)消耗，損傷電極，從而影響了加工的精度。不過電火花加工法能夠適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應(yīng)用中顯示出很多優(yōu)異性能，因此，得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用[3]。就電火花加工過程而言，它的性能決定了其特點(diǎn)，主要說來如下所述：（1）在操作過程中，電極與材料之間不觸碰，所以宏觀上而言，兩者之間作用力極小，這對電極的材料要求沒必要那么苛刻，電極材料硬度可以小于工件的硬度。因此，工具電極方便制作。29 （2）脈沖放電時(shí)候的能量密度高，便于加工。用普通的機(jī)械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的工件。而且電火花加工不受材料硬度和熱處理狀況影響。（3）放電的過程存在著一個(gè)電極損耗的過程，會影響工件成型的精確度。不過在實(shí)際生產(chǎn)操作中，通常脈沖電壓放電極為短暫，導(dǎo)致熱能量輻射面小，對于材料的加工不會有太大的影響。（4）電火花加工是以工件結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的加工，簡化了工藝，提高了效率和質(zhì)量，同時(shí)降低了工人的操作難度。目前,大多數(shù)發(fā)達(dá)國家的微細(xì)電火花加工技術(shù)已進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用階段,甚至步入商業(yè)銷售階段,例如美國麥威廉斯、瑞士夏米爾、日本松下精機(jī)等公司在這方面尤為突出。其中松下精機(jī)可以說是領(lǐng)先一步,不過它的價(jià)格過于昂貴,大概得花費(fèi)20萬美元，而且還是對國內(nèi)禁運(yùn)的。此外, 豐田工業(yè)大學(xué)的毛利尚武和日本東京大學(xué)的增澤隆久等學(xué)者是研究機(jī)床方向上的主要代表，對機(jī)床方面的研發(fā)也有很高的水平[4]。對于國內(nèi)來說，我國南航和哈爾濱工業(yè)這兩個(gè)大學(xué)在這方面的也取得了很大的成就，達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。不過國內(nèi)在將微細(xì)電火花加工技術(shù)轉(zhuǎn)向商業(yè)化[5]和產(chǎn)品化方面仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于日本與歐美那些技術(shù)發(fā)達(dá)的國家[6]。就全世界微細(xì)加工領(lǐng)域來看，歐美這些國家突出對硅原料實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的加工制作，就這細(xì)分下來的領(lǐng)域技術(shù)人員普遍稱為微細(xì)電子機(jī)械領(lǐng)域。而相對的日本，則更側(cè)重利用傳統(tǒng)的加工方法或其他特種加工方法來實(shí)現(xiàn)從宏觀上對尺寸零件的加工，漸漸地發(fā)展過度到向微觀上的零件加工逼近（如微微細(xì)軸、孔、小齒輪或其他微小模具）。相對像目前已廣泛流行利用放電加工技術(shù)來加工微細(xì)零件，如對微細(xì)軸、微孔的加工，針對微坑結(jié)構(gòu)、微凸起的加工還欠缺深入的研究，甚至是還未開始對陣列形狀的加工研究應(yīng)用。微坑結(jié)構(gòu)和微凸起都有相對應(yīng)的形狀，適合利用電火花成形加工，而其中關(guān)鍵在于工具電極的制備。其中一種有效的方法是用電火花線切割微精加工。仿生微制造方面和摩擦學(xué)上，陣列微凸起結(jié)構(gòu)同樣具有良好的應(yīng)用前景，所以，微細(xì)電火花加工必定會成為這一領(lǐng)域發(fā)展的重中之重[7]。通過設(shè)計(jì)出專門的夾具，使用電火花加工方法來對圓柱表面進(jìn)行微凸起加工，凸起結(jié)構(gòu)的形狀是200um為邊長的正方形，并且凸起之間的間隔也是200um，在加工過程中實(shí)現(xiàn)一次裝夾就能完成對圓柱周向和軸向同時(shí)進(jìn)行的兩道加工工序。（1） 了解在精細(xì)零件加工領(lǐng)域，電火花加工工藝的應(yīng)用以及研究成果；（2） 掌握精細(xì)加工中對電極的設(shè)計(jì)和制作的方法；（3） 掌握對精細(xì)零件加工后的檢測方法。此外：掌握各種器件的正確使用方法，以及對于實(shí)驗(yàn)環(huán)境尤其是微電流的正確控制。第二章 微凸起結(jié)構(gòu)的加工技術(shù) 微凸起結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用1980年初，微彈流動力潤滑理論建立在摩擦學(xué)的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)在大眾的視野里，促進(jìn)了人們對該領(lǐng)域的深入研究。以傳統(tǒng)的彈流潤滑（EHL）理論基礎(chǔ)，微彈流動力潤滑理論是在其上發(fā)展起來的。把彈性力學(xué)與流體潤滑理論相結(jié)合所建立起來的彈流潤滑理論，它是一個(gè)可以解決滾動接觸的潤滑理論。相應(yīng)的，微彈流潤滑理論，則是建立在宏彈流的基礎(chǔ)上，對微凸體產(chǎn)生的微彈流加以一系列的研究，所得出的新潤滑理論。微彈流動力潤滑理論，提出了新觀念。原來機(jī)械領(lǐng)域中認(rèn)為滾動接觸的機(jī)械零件表面應(yīng)該越光滑越好，而它針對這關(guān)鍵給出相對的理念，打破了傳統(tǒng)觀點(diǎn)。事實(shí)上，微凸起結(jié)構(gòu)所形成的粗糙表面不但沒有因?yàn)榻佑|面的不光滑而降低制作的機(jī)械零件表面抗磨損能力，而且很大程度上提高了使用壽命和承載能力[8,9]，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代機(jī)械客觀傳動高速和重載的要求。所以來說，微彈流動力潤滑理論是能過成為潤滑理論這一領(lǐng)域的重大突破。兩年后，依靠激光加工出首件囊括了微凸體（注：本文統(tǒng)稱微凸體為微凸起結(jié)構(gòu)）的軸承；緊跟著，1984年，日本的成瀨芳夫提出了將多種排列方式及多種微凸體形狀加工到發(fā)動機(jī)缸體內(nèi)表面上，這個(gè)提出進(jìn)一步推動了微凸起結(jié)構(gòu)向?qū)嶋H應(yīng)用的轉(zhuǎn)變 [10]。起初，他依靠微彈流方面的最新研究成果，實(shí)現(xiàn)了將微凸起結(jié)構(gòu)的縱軸方向從與零件運(yùn)動方向一致轉(zhuǎn)變成為相垂直。此外，他不但提出了三角形和圓形的微凸起結(jié)構(gòu)，而且進(jìn)一步提出了兩端是凹圓弧的長方形、兩端是凸圓弧的長方形、斜平行四邊形、交錯(cuò)排列的長方形這樣四種微凸起結(jié)構(gòu)，微凸體的長比寬大概在21～11之間。之后他又在通過多次試驗(yàn)比較針對微凸起結(jié)構(gòu)逐步掌握其規(guī)律以及最佳實(shí)現(xiàn)方案，這種方案可以有效地加強(qiáng)發(fā)動機(jī)缸體耐燒和耐磨的性能，同時(shí)也減少發(fā)動機(jī)工作時(shí)的漏氣和油耗。 幾種微凸起結(jié)構(gòu)的加工方法 電火花成型加工電火花成型加工技術(shù)從起步到現(xiàn)階段已經(jīng)歷了70來年，由于高速銑加工在工作效益上大大超出它，故而一些人認(rèn)為應(yīng)該將這項(xiàng)技術(shù)劃出模具加工的范疇。反對聲音也有，電火花機(jī)床制造商認(rèn)為，對于部分窄槽加工來說，高速銑依舊不能解決。同屬于電火花加工，僅僅40多年的發(fā)展，線切割技術(shù)作為型腔加工已存在的主體，它的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?，在產(chǎn)值方面，它仍高出成型加工的數(shù)倍。由于電火花成型加工的復(fù)雜機(jī)理，電火花成型加工現(xiàn)階段不怎么如意，不過它還處于的成長期，距離它成為型腔中精加工工藝的主體目標(biāo)還有好長一段路要走，所以這就要求它要更努力一些[11]。電火花成型加工技術(shù)長期以來難以推廣應(yīng)用，這其中的的內(nèi)因主要是：加工對象隨著科技發(fā)展，日趨復(fù)雜，操作員工對加工參數(shù)難以控制以及不能很好地維持加工過程的穩(wěn)定可靠性，加工生產(chǎn)的廠方雖然提供部分成套參數(shù)。不過這些數(shù)據(jù)還達(dá)不到實(shí)用的要求，就安全規(guī)范、成型效率、粗糙指數(shù)、電極的損耗、尺力精度等等指標(biāo)，怎樣在它們之間取得平衡，來達(dá)到預(yù)期的權(quán)衡序列，難以實(shí)現(xiàn)。電火花成型加工的優(yōu)點(diǎn)：（1）電火花成型加工的過程中沒有切削力的存在，所以被加工的材料不會發(fā)生變形很大程度上保證其加工精度。（2）電火花成型加工的過程中沒有過大的機(jī)械加工力，因而加工用的機(jī)床相對輕巧，也不需要再去考慮安裝基礎(chǔ)設(shè)備。（3）電火花成型加工能夠加工一切硬、軟、脆、韌、高熔點(diǎn)的金屬材料。（4）電火花成型加工是一類不觸