【正文】 和工作液會一瞬間體積增長，導致了形如爆炸的性質(zhì)。因此在觀察電火花加工的時候，我們能夠很明顯地看到工件與工具電極之間有煙出現(xiàn)，同時伴有輕微的爆炸聲。(3) 電極工具局部材料的拋出(圖11(e))。當正負電極之間產(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溫差，這個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。在這個加工過程中，我們可以通過仔細觀察，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，恢復到原來的樣子，即絕緣態(tài)。倘若在這個過程中，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，這樣局部的介質(zhì)便會超出標準的熱容量，致使其他介質(zhì)，就是所謂的工作液因為高溫而分解積炭，加工無法正常進行，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)進行，在兩次放電之間必須有足夠的時間間隔讓電腐蝕產(chǎn)物完全充分排出，恢復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，進行電火花加工所具備得三個必要條件： (1)采用脈沖電源，放電時間控制在107～103 s；(2)控制自動進給調(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 ，從而實現(xiàn)加工過程的穩(wěn)定。區(qū)別于機械加工，電火花加工是一種完全不同的新工藝。 隨著科學技術(shù)和先進生產(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。先進的生產(chǎn)力對于實現(xiàn)加工更為精細嚴格。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：可以加工任何韌、強、脆、硬和純等高性能的導電材料；加工的時候沒有很明顯的機械力，非常適合用到對微細結(jié)構(gòu)和低剛度工件進行加工；通過調(diào)節(jié)脈沖參數(shù)實現(xiàn)在一臺機床上進行粗，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，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）脈沖放電時候的能量密度高，便于加工。用普通的機械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料和復雜形狀的工件。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電極損耗的過程，會影響工件成型的精確度。不過在實際生產(chǎn)操作中，通常脈沖電壓放電極為短暫，導致熱能量輻射面小，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，同時降低了工人的操作難度。目前,大多數(shù)發(fā)達國家的微細電火花加工技術(shù)已進入工業(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、日本松下精機等公司在這方面尤為突出。其中松下精機可以說是領(lǐng)先一步,不過它的價格過于昂貴,大概得花費20萬美元，而且還是對國內(nèi)禁運的。此外, 豐田工業(yè)大學的毛利尚武和日本東京大學的增澤隆久等學者是研究機床方向上的主要代表，對機床方面的研發(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)這兩個大學在這方面的也取得了很大的成就，達到了世界領(lǐng)先水平。不過國內(nèi)在將微細電火花加工技術(shù)轉(zhuǎn)向商業(yè)化[5]和產(chǎn)品化方面仍遠遠落后于日本與歐美那些技術(shù)發(fā)達的國家[6]。就全世界微細加工領(lǐng)域來看，歐美這些國家突出對硅原料實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的加工制作，就這細分下來的領(lǐng)域技術(shù)人員普遍稱為微細電子機械領(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)來加工微細零件，如對微細軸、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)計出專門的夾具，使用電火花加工方法來對圓柱表面進行微凸起加工，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，在加工過程中實現(xiàn)一次裝夾就能完成對圓柱周向和軸向同時進行的兩道加工工序。（1） 了解在精細零件加工領(lǐng)域，電火花加工工藝的應(yīng)用以及研究成果；（2） 掌握精細加工中對電極的設(shè)計和制作的方法；（3） 掌握對精細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，以及對于實驗環(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的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)在大眾的視野里，促進了人們對該領(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。原來機械領(lǐng)域中認為滾動接觸的機械零件表面應(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。事實上，微凸起結(jié)構(gòu)所形成的粗糙表面不但沒有因為接觸面的不光滑而降低制作的機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]，實現(xiàn)了現(xiàn)代機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)動機缸體內(nèi)表面上，這個提出進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，實現(xiàn)了將微凸起結(jié)構(gòu)的縱軸方向從與零件運動方向一致轉(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2/1～1/1之間。之后他又在通過多次試驗比較針對微凸起結(jié)構(gòu)逐步掌握其規(guī)律以及最佳實現(xiàn)方案，這種方案可以有效地加強發(fā)動機缸體耐燒和耐磨的性能，同時也減少發(fā)動機工作時的漏氣和油耗。 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，故而一些人認為應(yīng)該將這項技術(shù)劃出模具加工的范疇。反對聲音也有，電火花機床制造商認為，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?shù)某墒欤诋a(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雜機理，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)還達不到實用的要求，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，怎樣在它們之間取得平衡，來達到預期的權(quán)衡序列，難以實現(xiàn)。電火花成型加工的優(yōu)點：（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械加工力，因而加工用的機床相對輕巧，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、高熔點的金屬材料。（4）電火花成型加工是一類不觸碰的加工，也就是說加工的時候工具與工件兩電極之間是不觸碰的；相比較其它加工方式，這種加工方式是不會對工件造成硬性的傷害。（5）電火花成型加工技術(shù)可以加工硬度較高的工件，我們一般所遇到的加工是用硬的刀具來加工較為軟的物體，不過電加工卻是利用軟的電極來加工較硬的工件。（6）電火花成型加工不會因為像存在R角的銑加工那樣，它可以對工件根據(jù)要求構(gòu)建豎直拐角，從而達到目標加工。（7）電火花成型加工過程中所利用的工具電極材料沒有必要去比工件材料硬，所以工具電極是比較容易制造出來的[12]。（8）電火花成型加工過程中受熱