【文章內容簡介】 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(jù)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。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(jù)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。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?yōu)榱丝朔陨霞庸し椒ǖ娜毕?，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(jù)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(jù)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，因此這兩種方法首先排除在外。結合本次課題的要求，微凸起結構的形狀是一種三維結構，而單脈沖法屬于離線操作，很難實現(xiàn)電火花三維結構的加工，所以這種方法也被排除。所以最終選擇線切割法來實施電極的制作。設定制作加工方案，微凸起結構的加工一般可以分為兩步工序：第一步工序是對周向的環(huán)形凹槽進行加工，保持周向的環(huán)形凹槽加工電極位置固定著，將圓柱狀的工件旋轉進給一周。這樣周向的環(huán)形凹槽的加工便可以一次性完成。在環(huán)形紋路中凸起的標準參數(shù)是200um的寬，50um的高，并且相鄰凸起之間的間隔為200um。同時在電極的選擇上選取100*145標準的電極板，板上為條狀的凸起，平行于長為100mm的邊，將放電間隙考慮進去，可取間隙為30um，最終使得每根齒狀凸起高200um，寬為140um，間隔為260um的相鄰條紋。見圖：31圖31 周向凹槽電極第二步工序是對軸向的條形凹槽的加工，在圓柱工件上套上軸向凹槽加工電極，固定住工件，將電極沿著工件軸向進行進給，