【正文】 9 料等各方面要求。 放電加工的缺點(diǎn) （ 1） 加工 的 速度 相對 緩慢。 （ 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 。 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 微細(xì)放電加工技術(shù) 來 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 微凸起的相對幾何關(guān)系 ,再利用 電火花微精線切割 技術(shù)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(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 ,最終實(shí)現(xiàn)將 微凸起結(jié)構(gòu)陣列 加工到工件表面 [14]。這樣的性能 可以高效 地 加工 各種 硬脆材料。 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。 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(dòng)，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(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo) 的特種加工。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大 ， 加工時(shí) 容 易出現(xiàn)裂紋 和 脆斷 ， 對其進(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。 依賴于精良的加工工藝，壓 電陶瓷 受到 廣泛 的 應(yīng)用 。壓電陶瓷是 一種 新型 的 功能電子材料 ，具備有 高智能 化。 最主要的是 要 利用 專門的加工機(jī)器 來 制作石墨電極。 （ 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 是用來加工 損耗較大 要求的 加工。 （ 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)過程中 不能 夠利用 超過 30A 的 電流 來 加工，否則會 導(dǎo)致 電極 材料 表面龜裂、嚴(yán)重受損，影響加工 的 效果。 （ 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(zhì)量 會大大提 高。 （ 6） 電火花成型加工 不會因?yàn)橄翊嬖?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(dá)到目標(biāo)加工。 （ 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(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 對 工件 造成 硬性 的 傷 害。 （ 2） 電火花成型加工 的過程中 沒有 過大 的機(jī)械加工力 ， 因而 加工用的 機(jī)床 相對 輕巧，也不需要 再去考慮安 裝基礎(chǔ) 設(shè)備 。不過這些數(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 達(dá)到 預(yù)期的 權(quán)衡序列， 難以實(shí)現(xiàn) 。 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 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(biāo)還有 好長 一段路要走， 所以這就要求它 要更努力一些 [11]。 反對聲音也有， 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， 對于 部分 窄槽加工 來說 ，高速銑 依舊不能解決 。 之后他又 在 通過多次試驗(yàn)比較針對 微凸 起結(jié)構(gòu)逐步掌握其規(guī)律以及最佳實(shí)現(xiàn)方案，這種方案可以有效地加強(qiáng) 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體耐燒 和 耐磨 的性能 ， 同時(shí)也減少發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的 漏氣和油耗。 起初 ，他 依靠 微彈流 方面 的最新研究成果，實(shí)現(xiàn)了將 微凸 起結(jié)構(gòu) 的縱軸 方向 從與零件運(yùn)動(dòng)方向一致 轉(zhuǎn)變成 為相垂直 。所以來說， 微彈流動(dòng)力潤滑理論 是能過成為 潤滑理論 這一領(lǐng)域 的重大突破。原來 機(jī)械領(lǐng)域中 認(rèn)為 滾動(dòng)接觸的機(jī)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(diǎn)。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。 以 傳統(tǒng)的彈流潤滑（ EHL）理論基礎(chǔ) ， 微彈流動(dòng)力潤滑理論 是在其上 發(fā)展起來的。 此外：掌握各種器件的正確使用方法，以及對于實(shí)驗(yàn)環(huán)境尤其是微電流的正確控制。 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的 通過 設(shè)計(jì)出專 門的 夾具，使用電火花加工方法 來對 圓柱表面 進(jìn)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(shí)現(xiàn)一次裝夾 就能 完成 對 圓柱周向 和 軸向同時(shí) 進(jìn)行的 兩道加工工序。其中 一種有效的方法 是用 電火花線切割 微精加工。 相對像 目前已廣泛 流行利用 放電加工技術(shù) 來 加工微細(xì)零件， 如對 微細(xì)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。 就全世界 微細(xì)加工 領(lǐng)域來看 ，歐美 這些國家突出對 硅 原料實(shí)現(xiàn) 微結(jié)構(gòu)的 加工 制作， 就這細(xì)分下來的領(lǐng)域技術(shù)人員普遍稱為 微細(xì)電子機(jī)械領(lǐng)域 。 對于國內(nèi)來說，我國 南航和哈爾濱工業(yè) 這兩個(gè) 大學(xué)在 這 方面 的 也取得了 很 大 的成就 ，哈爾濱工業(yè)大學(xué) 已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 小于 8μm的微細(xì)孔 和 小于 的加工 ， 達(dá)到了世界 領(lǐng)先水平 。其中松下精機(jī) 可以說是領(lǐng)先一步 ,該公司 能穩(wěn)定加工出 小于 5μm的微細(xì)孔 和 小于 ,不過它的 價(jià)格 過于 昂貴 ,大概得花費(fèi) 20萬美元 ，而且 還是 對國內(nèi)禁運(yùn) 的 。 （ 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(shí)常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 降低了工人的操作難度。 （ 3） 放電的過程存在著 一個(gè)電極損耗的過程，會影響工件成型的精確度 。 用普通的機(jī)械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的工件。因此，工具電極方便制作。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]。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。先進(jìn)的生產(chǎn)力對于實(shí)現(xiàn)加工更為精 細(xì)嚴(yán)格。 電火花的加工特點(diǎn) 及形勢 區(qū)別于機(jī)械加工，電火花加工是一種完全不同的新工藝。因此為了保證電火花加工過程的正常 持續(xù) 進(jìn)行，在兩次放電之間必須有足夠的時(shí)間間隔讓電 腐 蝕產(chǎn)物 完全 充分常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 排出，恢復(fù)放電通道的絕緣性 能 ，使工作液 體 介質(zhì)消電離 [2]。 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(fù)到原來的樣子，即絕緣態(tài)。在這個(gè)加工過程中，我們可以通過 仔細(xì)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 。 當(dāng) 正負(fù)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 。 因此 在觀察電火花加工 的 時(shí) 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(shí)伴有輕微的 爆炸聲。這樣的情況下工作液 先出現(xiàn) 汽化，進(jìn) 一步發(fā)生 氣化，高溫 范圍向周邊延伸出去 ，金屬材料 的表層逐步 開始 出現(xiàn) 熔化 以及 氣化。 (2) 電極 工具 材料 的 熔化 和 氣化 所導(dǎo)致得 熱膨脹 (圖 11(c)、 (d))。 因?yàn)?通道 的 截面 太過細(xì)微 ，通道內(nèi)受 熱膨脹 所 形成的壓力 最 高 可 達(dá)幾萬帕， 這樣的情況下， 高溫高壓的放電通道 以一個(gè)難以想象的速度 擴(kuò)展，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的沖擊波 輻射到四周 。 兩極 之間 所存在的 介質(zhì) 是液體的 （通常用煤油，礦物油或去離子水） ， 眾所知道，這樣的 液體介質(zhì)中 或多或少 地 會 含有 微分子， 自由電子 等其他雜質(zhì)。 (1) 兩 極間介質(zhì)的電離、擊穿 所 形成 的 放電通道 (圖 11(b))。 電火花加工原理 圖 1 1 電火花加工 的 原理圖 電火花加工是 利用低 壓 和 液介 所形成的 火花放電 來對材料進(jìn)行標(biāo)量尺寸的 腐蝕 ，達(dá)到預(yù)期的加工 目標(biāo)，我們稱這種方法為 電火花加工 法 。 研究 結(jié)果表明， 當(dāng) 兩 個(gè)正負(fù) 極放電的 時(shí)候 ，通道 里面會在瞬間 產(chǎn)生 極多的熱量 ， 這些能量 足以使 得 電極材料表 層發(fā)生 局部 的 熔化或汽化 ；同時(shí)，這些 熔化或汽化的 材料碎屑會能 脫 離電極 的 表面，形成 我們所能看到的 放電腐蝕 形成 的坑穴。 在開始一段時(shí)間 ，電腐蝕 是 被 人們 認(rèn)為有害的， 針對健康環(huán)保， 減少和避免 該類 電腐蝕，人們 開展了對 電腐蝕產(chǎn)生的原因和防止的辦法 的研究 。 十九世紀(jì) 后期 ，人們 通過對光電應(yīng)用的研究， 發(fā)現(xiàn) 開關(guān) 解電器的觸點(diǎn) 在打 開 的 時(shí) 候會產(chǎn)生 放電 效應(yīng) ，使 得 接觸 點(diǎn) 燒蝕，損壞 了接觸面 。 electrode 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目錄 第一章 引言 ............................................................... 1 電火花加工簡介 ........................................................ 1 電火花加工原理 ........................................................ 1 電火花的加工特點(diǎn)及形勢 ................................................ 3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的 ...................................................... 4 第二章 微凸起結(jié)構(gòu)的加工技術(shù) .......................................... 5 微凸起結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用 ................................................ 5 幾種微凸起結(jié)構(gòu)的加工方法 .............................................. 5 電火花成型加工 .................................................... 5 超聲加工 .......................................................... 7 電火花放電加工 .................................................... 8 微凸起結(jié)構(gòu)加工方法的選擇 .............................................. 8 第三章 加工電極的制作 ................................................ 10 電極的制作方法及選擇 ................................................. 10 設(shè)計(jì)和制作電極 ....................................................... 11 電極的標(biāo)準(zhǔn)制作與安裝 ................................................. 13 第四章 夾具的設(shè)計(jì) ...................................................... 14 夾具的功用 ........................................................... 14 裝夾 ................................................................. 14 加工夾具的設(shè)計(jì) ....................................................... 15 整體設(shè)計(jì) .....................................