【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 能 ， 同時(shí)也減少發(fā)動(dòng)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(lái) 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(duì)聲音也有， 電火常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 花機(jī)床制造商 認(rèn)為， 對(duì)于 部分 窄槽加工 來(lái)說(shuō) ，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(xiàn)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(guò) 它 還處于 的成長(zhǎng)期， 距離它成為 型腔中精加工工藝的 主體目標(biāo)還有 好長(zhǎng) 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(zhǎng)期以來(lái)難以推廣 應(yīng)用 ，這其中的 的內(nèi)因 主要 是：加工對(duì)象 隨著科技發(fā)展，日趨 復(fù)雜，操作 員工 對(duì)加工參數(shù) 難以控制 以及 不能很好地維 持加工過(guò)程的穩(wěn)定可靠 性 ， 加工 生產(chǎn) 的 廠(chǎng) 方 雖然提供 部分 成套參數(shù) 。不過(guò)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(lái) 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(guò)程中 沒(méi)有切削力 的 存在 ， 所以被加工 的 材料 不會(huì)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(guò)程中 沒(méi)有 過(guò)大 的機(jī)械加工力 ， 因而 加工用的 機(jī)床 相對(duì) 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(lèi) 不 觸碰的 加工， 也就是說(shuō) 加工 的 時(shí) 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(huì) 對(duì) 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(lái) 加工較為 軟 的物體， 不過(guò) 電加工 卻是利用 軟的電極 來(lái) 加工 較 硬的工件。 （ 6） 電火花成型加工 不會(huì)因?yàn)橄翊嬖?R 角的 銑加工 那樣，它可以對(duì)工件根據(jù)要求構(gòu)建豎直拐角 ，從而達(dá)到目標(biāo)加工。 （ 7） 電火花成型加工 過(guò)程中所利用的 工具電極材料 沒(méi)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(lái)的 [12]。 （ 8） 電火花成型加工 過(guò)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(zhì)量 會(huì)大大提 高。 電火花成型加工的缺點(diǎn) （主要是 電極材料的 選擇方面 ） ： （ 1） 銅鎢合金材料 最大的 缺點(diǎn) 就是 是價(jià)格昂貴， 所以 材料來(lái)源 是十分 困難 的 。 （ 2） 紫銅材料本身熔點(diǎn)低，不 適合 承 載 較大的電流密度，一般 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中 不能 夠利用 超過(guò) 30A 的 電流 來(lái) 加工，否則會(huì) 導(dǎo)致 電極 材料 表面龜裂、嚴(yán)重受損，影響加工 的 效果。 此外常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(huì) 很容易 因?yàn)?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(chǎn)率并不 是很 高 [13]。 （ 3） 石墨電極 材料的 缺點(diǎn)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(xì)加工 ，一般 是用來(lái)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(lái)的工件表面粗糙度十分差 ，加工 過(guò)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(zhuān)門(mén)的加工機(jī)器 來(lái) 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(lǐng)域 也是一天一個(gè)面目的改進(jìn) ，壓電陶瓷材料 的 制作技術(shù) 與 開(kāi)發(fā)應(yīng)用 也將前途遠(yuǎn)大 ， 備 受到 社會(huì) 的關(guān)注和重視。 依賴(lài)于精良的加工工藝，壓 電陶瓷 受到 廣泛 的 應(yīng)用 。針對(duì) 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(kāi)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(jī)械加工方法作用力過(guò)大 ， 加工時(shí) 容 易出現(xiàn)裂紋 和 脆斷 ， 對(duì)其進(jìn)行精確加工 十分艱難 ，又 因?yàn)?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(wú)宏觀(guān)機(jī)械作用力、沒(méi)有熱作用、不依賴(lài)于材料的導(dǎo)電性，又可加工 確定 比 值的 高深寬三維立體結(jié)構(gòu)，加工精度 和 零件表面質(zhì)量 效果都很 好，因此超聲微細(xì)加工在壓電陶瓷材料 加工上具 有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，有著良好 進(jìn)步空間和 發(fā)展前景。 超聲加工英文簡(jiǎn)稱(chēng)為 USM，它是一種 利用超聲頻 來(lái)使工具做 小振幅振動(dòng)，通過(guò)游離于它與工件之間 的 液體中的磨料 來(lái) 捶擊被加工表面，使 得 工件材料表面逐步破碎 以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo) 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(diǎn) （ 1） 能 使得 加工表面質(zhì)量和精度 提高 ，而且加工 迅速 ，生產(chǎn)效率高。 （ 2） 超聲加工 沒(méi)有造成損耗的 熱效應(yīng) ，也沒(méi)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(diǎn) （ 1） 需要 針對(duì)相應(yīng)的材料 研制 出 專(zhuān)門(mén)的超聲加工機(jī)床。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 21 超 聲加工 電火花放電加工 通過(guò) 微細(xì)放電加工技術(shù) 來(lái) 制作微坑表面結(jié)構(gòu) 和 微凸起 結(jié)構(gòu) ,主要 是利用微坑 和 微凸起的相對(duì)幾何關(guān)系 ,再利用 電火花微精線(xiàn)切割 技術(shù)來(lái) 加工制備 所需要的不同形狀 陣列 的凹槽電極 ,然后根 據(jù)反拷貝原理 ，用 電火花成 型 加工 技術(shù)加工 微坑陣列 ， 將 工件和電極的 凹凸關(guān)系反置 一下 設(shè)計(jì) 出來(lái) ,最終實(shí)現(xiàn)將 微凸起結(jié)構(gòu)陣列 加工到工件表面 [14]。 放電加工的優(yōu)點(diǎn) （ 1） 一般的 加工機(jī) 會(huì)在加工過(guò)程中受 切削力 影響有損 工件， 而電火花 放電加工 不會(huì) 。 （ 2） 放電加工 可以制造 出 傳統(tǒng)切削加工機(jī) 不能加工 生產(chǎn) 所要求 的特殊形狀 的產(chǎn)品 。 （ 3） 即使是 加工堅(jiān)硬的材料 ， 也 會(huì) 有 較好 的公差精度。 放電加工的缺點(diǎn) （ 1） 加工 的 速度 相對(duì) 緩慢。 （ 2） 不能加工非導(dǎo)體 材料 。 微凸起 結(jié)構(gòu)加工方法的選擇 微凸起 結(jié)構(gòu) 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(shè)施、材常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(duì)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(zhì)的材料才能保證較好的加工精度。 （ 2）就設(shè)施的要求，只有超聲加工需要針對(duì)加工材料設(shè)計(jì)出專(zhuān)門(mén)的超聲機(jī)床，所以說(shuō)它對(duì)設(shè)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(jī)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(diǎn)的金屬材料，電火花放電加工無(wú)法對(duì)非導(dǎo)體材料進(jìn)行加工，而超聲加工大多數(shù)情況下適宜用來(lái)對(duì)硬、脆等性能的材料實(shí)施加工。 （ 4） 就加工效率，就上述三種加工方法進(jìn)行比較，電火花放電加工相對(duì)效率比較低，反之，超聲加工迅速，生產(chǎn)效率相對(duì)高，而電火花成型加工只能在小電流下加工，生產(chǎn)效率也是相對(duì)較低的。 綜上所述，電火花成型加工具備更好的加工優(yōu)勢(shì)，其最大優(yōu)勢(shì)在于不需要與工件相接觸，同時(shí)保證相對(duì)較高的加工精度，在目前階段有現(xiàn)成的加工機(jī)床，另一邊它的工具電極比較容易制造出來(lái)，唯一的缺陷就是在加工效率上還有待提高。經(jīng)過(guò)以上比較，最終選擇利用電火花成型加工來(lái)對(duì)微凸起結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(gè) 方法 可以用來(lái)制作微電極 ： 第一個(gè)方法 是將通過(guò)磨削 或 切削 加工出來(lái)的 電極 直接裝置 到電火花機(jī)床上 ； 而另 一 個(gè) 方法 則 是 單純的經(jīng)過(guò) 冷拔 的效果拉出來(lái) 的 所預(yù)期的 細(xì)金屬絲 ,再 矯 正使 它 直 線(xiàn) 后安裝到機(jī)床上。 因?yàn)檫@兩種 離線(xiàn)方法都 必須實(shí)施 二次安裝 過(guò)程 ，所以 導(dǎo)致了 重復(fù)定位 的 誤差 ， 同時(shí)， 這 兩種 制作微細(xì)電極的方法 存在 自身特 有 的限制 ，所 加工 出來(lái) 的微細(xì)電極 達(dá)到 直徑 50μm就已是 極限 ， 更為精細(xì)的確實(shí)無(wú)能為力 。 后來(lái)，人們 為了克服 以上 加工方法的缺陷 ， 又 進(jìn)一步 發(fā)明了塊電極反拷、線(xiàn)電極磨削、單脈沖放電加工等 其他相對(duì)改良的 微細(xì)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(jù)逆電火花加工法，是一類(lèi)在線(xiàn)制造微細(xì)電極的，比較傳統(tǒng)的制作方法。 （ 2） 線(xiàn)電極磨削法 (WEDG) 1984年，東京大學(xué) 增澤隆久 通過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)明出該方法 。 這種微細(xì)電極制作方法尤其適合于 對(duì) 微細(xì)軸類(lèi)零件 實(shí)施微電火花加工 。線(xiàn)電極磨削法 主要 是利 用固定在數(shù)控 操作平 臺(tái)上 面 的導(dǎo)向器 (一類(lèi)非 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)輪 )之上的 導(dǎo)向表面 以一 均勻 速度運(yùn)動(dòng) 的線(xiàn)電極 當(dāng)做 加工 的 工具，數(shù)控系統(tǒng) 在人為 控制 下使得 固定 的 導(dǎo)向器切點(diǎn) 做 相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 出現(xiàn) 線(xiàn)電極軸的徑向和軸向作沿轉(zhuǎn)動(dòng) 軌跡 伺服進(jìn)給。 通過(guò)這種途徑來(lái)制作微細(xì)電極 ,主要 是依靠移動(dòng)的電極絲與轉(zhuǎn)動(dòng)的電極，兩者間進(jìn)行放電所達(dá)到目的的。 （ 3）單脈沖放電法 當(dāng) 工件與電極十分逼 近 的 時(shí) 候 ， 由于 放電間隙間 存在著火花液 ，加工 時(shí)候的 電流 不能流通 。 而 當(dāng) 放電 間隙 變得更小的 時(shí) 候 ， 工件與電極間距離達(dá)到最小 ， 受 電場(chǎng)效應(yīng) 影響， 形成一個(gè) 可以通電 的電離管道 ，進(jìn) 而 形成電火花 ， 構(gòu)成 細(xì) 微的 電弧柱 。當(dāng) 電流密度 達(dá)到一個(gè)極 高 點(diǎn)時(shí) ， 會(huì)使得工件被 融化。被融化 的那 部分變成 極其微細(xì)的粉末 ， 流散到 加工液 當(dāng) 中，隨后被沖出去 ， 最后 留 下 的痕跡 會(huì)在火花液中 冷卻，放電間隙 之 間恢復(fù) 到 絕緣 態(tài) ，而 在 放電點(diǎn) 的那處地方?jīng)]有 被除 掉的 部 位 隆起， 便是 下一個(gè) 弧 波電流 進(jìn)行 放電 的 點(diǎn)， 這便構(gòu)成了電脈沖 放電加工。 （ 4） 電火花線(xiàn)切割法 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 電火花線(xiàn)切割法 是 依靠 電極絲 （一般用 細(xì)金屬絲） ，使它能夠不斷移動(dòng)。在脈沖 電壓下進(jìn)行火花放電，對(duì)工件進(jìn)行腐蝕加工定型 。 由于電火花線(xiàn)切割法 生產(chǎn)周期短、加工余量小、制造成本低、加工精度高， 被 廣泛應(yīng)用 于生產(chǎn)中 ， 就 目前國(guó)內(nèi)外 而言， 電火花線(xiàn)切割機(jī)床 在 電加工機(jī)床總數(shù) 中已占比例達(dá)到 60％以上 [16]。 就上述四種制作電極的方法進(jìn)行比較： （ 1）用塊 電極反拷法來(lái)制作電極， 最明顯的優(yōu)勢(shì)就是較高的加工效率，不過(guò)塊電極在加工中本身會(huì)出現(xiàn)損耗 ， 所以加工的時(shí)候難以控制微細(xì)電極的尺寸，這對(duì)于加工更精密的電極材料帶來(lái)了不便。 （ 2）用線(xiàn)電極磨削法來(lái)制作電極，在這過(guò)程中損耗會(huì)被電極的移動(dòng)所抵消。這樣可實(shí)現(xiàn)電極尺 寸精度更好的被控制，也可以制作出各種復(fù)雜形狀（例如螺旋形，多邊形）的微細(xì)電極。不過(guò)這種方法是點(diǎn)接觸放電，它的缺點(diǎn)在于加工效率低。 （ 3）用單脈沖放電法來(lái)制作電極，這種方法加工效率高 ,沒(méi)有必要準(zhǔn)備其他輔助的設(shè)備 ，利 用一般的電火花成形機(jī)床就可以實(shí)現(xiàn)。但這種方法是離線(xiàn)制作 ，所以他的缺點(diǎn)就是難以實(shí)現(xiàn)微三維結(jié)構(gòu)的加工。 （ 4） 用線(xiàn)切割法來(lái)制作電極，加工精度比較高。 根據(jù)上面所述，加工微凸起結(jié)構(gòu)的電極必須滿(mǎn)足加工精度較高的要求，線(xiàn)電極磨削法不滿(mǎn)足高的加工精度，同樣 塊電極反拷法對(duì)于電極的尺寸也難以控制， 因此這兩種方法首