【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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)橄翊嬖赗角的銑加工那樣，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)榫植扛邷厥闺姌O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)槠涫欠墙饘俨牧?，所以不適合用電加工方法。而超聲加工既無(wú)宏觀機(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。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。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,再矯正使它直線后安裝到機(jī)床上。因?yàn)檫@兩種離線方法都必須實(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?yōu)榱丝朔陨霞庸し椒ǖ娜毕?，又進(jìn)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(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)在線制造微細(xì)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(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） 電火花線切割法電火花線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(duì)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(jié)合本次課題的要求，微凸起結(jié)構(gòu)的形狀是一種三維結(jié)構(gòu)，而單脈沖法屬于離線操作，很難實(shí)現(xiàn)電火花三維結(jié)構(gòu)的加工，所以這種方法也被排除。所以最終選擇線切割法來(lái)實(shí)施電極的制作。設(shè)定制作加工方案，微凸起結(jié)構(gòu)的加工一般可以分為兩步工序：第一步工序是對(duì)周向的環(huán)形凹槽進(jìn)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(zhuǎn)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)參數(shù)是200um的寬，50um的高，并且相鄰?fù)蛊鹬g的間隔為200um。同時(shí)在電極的選擇上選取100*145標(biāo)準(zhǔn)的電極板，板上為條狀的凸起，平行于長(zhǎng)為100mm的邊，將放電間隙考慮進(jìn)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(jiàn)圖：31圖31 周向凹槽電極第二步工序是對(duì)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(jìn)行進(jìn)給，