【文章內容簡介】 能 ， 同時也減少發(fā)動機工作時的 漏氣和油耗。 幾種微凸起結構的加工方法 電火花成型加工 電火花成型加工技術 從起步到現(xiàn)階段 已 經歷了 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 認為應該將這項技術劃出 模具加工 的范疇 。 反對聲音也有， 電火常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 6 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 作為型腔加工已存在的主體，它的技術已 經相當?shù)某墒?，在產值方面，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 長期以來難以推廣 應用 ，這其中的 的內因 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 的 廠 方 雖然提供 部分 成套參數(shù) 。不過這些數(shù)據還達不到 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 設備 。 （ 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 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，它可以對工件根據要求構建豎直拐角 ，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 受熱很小，可以忽略其影響 ， 所以 可以 削弱 影響 的 層 面 ， 這樣 工件質量 會大大提 高。 電火花成型加工的缺點 （主要是 電極材料的 選擇方面 ） ： （ 1） 銅鎢合金材料 最大的 缺點 就是 是價格昂貴， 所以 材料來源 是十分 困難 的 。 （ 2） 紫銅材料本身熔點低，不 適合 承 載 較大的電流密度，一般 實驗過程中 不能 夠利用 超過 30A 的 電流 來 加工，否則會 導致 電極 材料 表面龜裂、嚴重受損，影響加工 的 效果。 此外常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 該材料 熱膨脹系數(shù) 比 較大， 假如 加工深窄筋位 的 部分， 在 較大電流下 會 很容易 因為 局部高溫使電極 材料 發(fā)生形變 ， 通常紫銅電極 是 采用低損耗， 這樣的 加工平均電流較小， 所以 其生產率并不 是很 高 [13]。 （ 3） 石墨電極 材料的 缺點是放電穩(wěn)定性 通常不盡人意 ， 受 電弧放電 影響不適合精細加工 ，一般 是用來加工 損耗較大 要求的 加工。 而且石墨電極材料最終加工出來的工件表面粗糙度十分差 ，加工 過程伴隨著 掉渣 等情況，甚至是表層脫落 。 最主要的是 要 利用 專門的加工機器 來 制作石墨電極。 超聲加工 在現(xiàn)代功能陶瓷材料中 ， 壓電陶瓷 是處于 非常重要的地位，用途 十分廣泛 。壓電陶瓷是 一種 新型 的 功能電子材料 ，具備有 高智能 化。 隨著 科技不斷發(fā)展， 材料及工藝 也得到 不斷研究和改良，信息、電子、航空航天 等 高科技領域 也是一天一個面目的改進 ，壓電陶瓷材料 的 制作技術 與 開發(fā)應用 也將前途遠大 ， 備 受到 社會 的關注和重視。 依賴于精良的加工工藝，壓 電陶瓷 受到 廣泛 的 應用 。針對 壓電陶瓷 ， 為了提高 其 加工精度 和 材料的性能，就需要 不斷地 開發(fā)新材料及新的加工工藝。壓電陶瓷 是一種 非金屬脆性材料，由于 一般 的機械加工方法作用力過大 ， 加工時 容 易出現(xiàn)裂紋 和 脆斷 ， 對其進行精確加工 十分艱難 ，又 因為 其 是 非金屬材料 ，所以 不適合用電加工方法。而超聲加工既無宏觀機械作用力、沒有熱作用、不依賴于材料的導電性，又可加工 確定 比 值的 高深寬三維立體結構，加工精度 和 零件表面質量 效果都很 好，因此超聲微細加工在壓電陶瓷材料 加工上具 有獨特的優(yōu)勢，有著良好 進步空間和 發(fā)展前景。 超聲加工英文簡稱為 USM，它是一種 利用超聲頻 來使工具做 小振幅振動，通過游離于它與工件之間 的 液體中的磨料 來 捶擊被加工表面，使 得 工件材料表面逐步破碎 以實現(xiàn)預期目標 的特種加工。超聲加工常用于焊接、切割、套料、穿孔和拋光。 超聲加工的優(yōu)點 （ 1） 能 使得 加工表面質量和精度 提高 ，而且加工 迅速 ，生產效率高。 （ 2） 超聲加工 沒有造成損耗的 熱效應 ，也沒有影響精度的粗顯的 切削力 。這樣的性能 可以高效 地 加工 各種 硬脆材料。 超聲加工的缺點 （ 1） 需要 針對相應的材料 研制 出 專門的超聲加工機床。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 8 圖 21 超 聲加工 電火花放電加工 通過 微細放電加工技術 來 制作微坑表面結構 和 微凸起 結構 ,主要 是利用微坑 和 微凸起的相對幾何關系 ,再利用 電火花微精線切割 技術來 加工制備 所需要的不同形狀 陣列 的凹槽電極 ,然后根 據反拷貝原理 ，用 電火花成 型 加工 技術加工 微坑陣列 ， 將 工件和電極的 凹凸關系反置 一下 設計 出來 ,最終實現(xiàn)將 微凸起結構陣列 加工到工件表面 [14]。 放電加工的優(yōu)點 （ 1） 一般的 加工機 會在加工過程中受 切削力 影響有損 工件， 而電火花 放電加工 不會 。 （ 2） 放電加工 可以制造 出 傳統(tǒng)切削加工機 不能加工 生產 所要求 的特殊形狀 的產品 。 （ 3） 即使是 加工堅硬的材料 ， 也 會 有 較好 的公差精度。 放電加工的缺點 （ 1） 加工 的 速度 相對 緩慢。 （ 2） 不能加工非導體 材料 。 微凸起 結構加工方法的選擇 微凸起 結構 的加工 是一種高精密的加工，要綜合考慮到加工的效率、精度、設施、材常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 9 料等各方面要求。 （ 1） 就加工精度，將上面三種加工方法相比較，電火花成型加工可以保證相對較好的加工精度，而超聲加工的加工精度次之，最后電火花放電加工只有加工硬質的材料才能保證較好的加工精度。 （ 2）就設施的要求，只有超聲加工需要針對加工材料設計出專門的超聲機床，所以說它對設施的要求 比較高，而電火花放電加工和電火花成型加工都可以使用一般的電火花機床。 （ 3）就材料的要求，電火花成型加工在一般情況下適宜加工具有高熔點的金屬材料，電火花放電加工無法對非導體材料進行加工，而超聲加工大多數(shù)情況下適宜用來對硬、脆等性能的材料實施加工。 （ 4） 就加工效率，就上述三種加工方法進行比較，電火花放電加工相對效率比較低，反之，超聲加工迅速，生產效率相對高，而電火花成型加工只能在小電流下加工，生產效率也是相對較低的。 綜上所述，電火花成型加工具備更好的加工優(yōu)勢，其最大優(yōu)勢在于不需要與工件相接觸，同時保證相對較高的加工精度，在目前階段有現(xiàn)成的加工機床，另一邊它的工具電極比較容易制造出來，唯一的缺陷就是在加工效率上還有待提高。經過以上比較，最終選擇利用電火花成型加工來對微凸起結構進行加工。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 10 第三章 加工電極的制作 電極的制作方法及選擇 在以前 ,通常有 兩 個 方法 可以用來制作微電極 ： 第一個方法 是將通過磨削 或 切削 加工出來的 電極 直接裝置 到電火花機床上 ； 而另 一 個 方法 則 是 單純的經過 冷拔 的效果拉出來 的 所預期的 細金屬絲 ,再 矯 正使 它 直 線 后安裝到機床上。 因為這兩種 離線方法都 必須實施 二次安裝 過程 ，所以 導致了 重復定位 的 誤差 ， 同時， 這 兩種 制作微細電極的方法 存在 自身特 有 的限制 ，所 加工 出來 的微細電極 達到 直徑 50μm就已是 極限 ， 更為精細的確實無能為力 。 后來，人們 為了克服 以上 加工方法的缺陷 ， 又 進一步 發(fā)明了塊電極反拷、線電極磨削、單脈沖放電加工等 其他相對改良的 微細電極制作方法 [15]。 （ 1） 塊電極反拷法 (EDG) 塊電極反拷法的加工原理是依據逆電火花加工法，是一類在線制造微細電極的，比較傳統(tǒng)的制作方法。 （ 2） 線電極磨削法 (WEDG) 1984年，東京大學 增澤隆久 通過多次試驗發(fā)明出該方法 。 這種微細電極制作方法尤其適合于 對 微細軸類零件 實施微電火花加工 。線電極磨削法 主要 是利 用固定在數(shù)控 操作平 臺上 面 的導向器 (一類非 轉動導輪 )之上的 導向表面 以一 均勻 速度運動 的線電極 當做 加工 的 工具，數(shù)控系統(tǒng) 在人為 控制 下使得 固定 的 導向器切點 做 相對運動， 出現(xiàn) 線電極軸的徑向和軸向作沿轉動 軌跡 伺服進給。 通過這種途徑來制作微細電極 ,主要 是依靠移動的電極絲與轉動的電極，兩者間進行放電所達到目的的。 （ 3）單脈沖放電法 當 工件與電極十分逼 近 的 時 候 ， 由于 放電間隙間 存在著火花液 ，加工 時候的 電流 不能流通 。 而 當 放電 間隙 變得更小的 時 候 ， 工件與電極間距離達到最小 ， 受 電場效應 影響， 形成一個 可以通電 的電離管道 ，進 而 形成電火花 ， 構成 細 微的 電弧柱 。當 電流密度 達到一個極 高 點時 ， 會使得工件被 融化。被融化 的那 部分變成 極其微細的粉末 ， 流散到 加工液 當 中，隨后被沖出去 ， 最后 留 下 的痕跡 會在火花液中 冷卻，放電間隙 之 間恢復 到 絕緣 態(tài) ，而 在 放電點 的那處地方沒有 被除 掉的 部 位 隆起， 便是 下一個 弧 波電流 進行 放電 的 點， 這便構成了電脈沖 放電加工。 （ 4） 電火花線切割法 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 11 電火花線切割法 是 依靠 電極絲 （一般用 細金屬絲） ，使它能夠不斷移動。在脈沖 電壓下進行火花放電，對工件進行腐蝕加工定型 。 由于電火花線切割法 生產周期短、加工余量小、制造成本低、加工精度高， 被 廣泛應用 于生產中 ， 就 目前國內外 而言， 電火花線切割機床 在 電加工機床總數(shù) 中已占比例達到 60％以上 [16]。 就上述四種制作電極的方法進行比較： （ 1）用塊 電極反拷法來制作電極， 最明顯的優(yōu)勢就是較高的加工效率，不過塊電極在加工中本身會出現(xiàn)損耗 ， 所以加工的時候難以控制微細電極的尺寸，這對于加工更精密的電極材料帶來了不便。 （ 2）用線電極磨削法來制作電極，在這過程中損耗會被電極的移動所抵消。這樣可實現(xiàn)電極尺 寸精度更好的被控制，也可以制作出各種復雜形狀（例如螺旋形，多邊形）的微細電極。不過這種方法是點接觸放電，它的缺點在于加工效率低。 （ 3）用單脈沖放電法來制作電極，這種方法加工效率高 ,沒有必要準備其他輔助的設備 ，利 用一般的電火花成形機床就可以實現(xiàn)。但這種方法是離線制作 ，所以他的缺點就是難以實現(xiàn)微三維結構的加工。 （ 4） 用線切割法來制作電極，加工精度比較高。 根據上面所述，加工微凸起結構的電極必須滿足加工精度較高的要求，線電極磨削法不滿足高的加工精度，同樣 塊電極反拷法對于電極的尺寸也難以控制， 因此這兩種方法首