【正文】 含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)被查閱和借閱；學(xué)?？梢詫厴I(yè)設(shè)計(jì)(論文)的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），并且本人電子文檔和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。本人簽名： 日期： 導(dǎo)師簽名： 日期： 微尺度群凸起電火花加工試驗(yàn)設(shè)計(jì)摘 要隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，具有各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)與特殊工藝要求的工件越來越多，這就使得傳統(tǒng)的機(jī)械加工難以持續(xù)。在本工作中，首先設(shè)計(jì)出專用夾具，通過電火花加工技術(shù)對(duì)微型散熱器的圓柱表面實(shí)施微凸起加工。最終在圓柱表面加工出微凸起結(jié)構(gòu)，經(jīng)電子顯微檢測(cè)凸起間距以及長(zhǎng)和寬大約都為200 um,高大約為150um的立體，符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。 fixture。數(shù)十年的發(fā)展路程，使得它能夠更好地被人們所接受并加以應(yīng)用，完善生產(chǎn)操作，促進(jìn)效率。這種放電效應(yīng)在電極產(chǎn)起的燒蝕現(xiàn)象我們稱之為電腐蝕。在人們了解了它的規(guī)律之后，開始轉(zhuǎn)變研究方向，將電腐蝕用到生產(chǎn)過程中，轉(zhuǎn)害為利。在二十世紀(jì)四十年代初，人們通過對(duì)電火花的進(jìn)一步研究，認(rèn)識(shí)到了在液體介質(zhì)中進(jìn)行重復(fù)性脈沖放電，可以對(duì)導(dǎo)電材料進(jìn)行相對(duì)的尺寸加工， “電火花加工法[1]”由此產(chǎn)生，并將得到發(fā)展應(yīng)用。如上圖11所示，電火花加工原理可詳述成以下幾個(gè)工序，其中圖11(a)為加工原理的模擬框圖。接通脈沖電壓，工具與工件各自的電極慢慢靠攏（～），這導(dǎo)致它們之間的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)逐步增大，不過受兩極的細(xì)微表面是凹凹凸凸的影響，兩極間最近的A、B兩點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度是所有里面最大的。在強(qiáng)大的電場(chǎng)力作用下，正粒子（帶正電）和負(fù)粒子（帶負(fù)電）會(huì)出現(xiàn)分離，隨著電場(chǎng)強(qiáng)度增大，帶電粒子也就變多，最終會(huì)使得液體介質(zhì)電離和擊穿，出現(xiàn)放電通道。在放電的同一刻，還伴隨著產(chǎn)生光以及聲效應(yīng)，由此造成了我們習(xí)以為?？吹靡姷碾娀鸹ā．?dāng)液體介質(zhì)中形成放電通道的那一刻，通道間的那些帶負(fù)電的粒子會(huì)向正極運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶正電的粒子也就向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，這樣的運(yùn)動(dòng)中，各粒子之間磕磕碰碰，導(dǎo)致熱量的產(chǎn)生，相應(yīng)的周邊溫度升高，通道里面環(huán)境發(fā)生劇變，一瞬之后，高溫達(dá)到一個(gè)極限（10～107W／mm）。最終氣化后的金屬蒸氣和工作液會(huì)一瞬間體積增長(zhǎng)，導(dǎo)致了形如爆炸的性質(zhì)。(3) 電極工具局部材料的拋出(圖11(e))。通道的中心與邊緣存在著一個(gè)溫差，這個(gè)溫差也造成了壓力差，致使上述的蒸汽液之類向外排出，甚至是被拋出去。(4) 兩極之間所存在液體介質(zhì)的消電離(圖11(f))。倘若在這個(gè)過程中，腐蝕所造成的產(chǎn)物以及廢液沒有能夠得到盡快的排出，使得熱量也同樣不能有效地被疏導(dǎo)，這樣局部的介質(zhì)便會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)的熱容量，致使其他介質(zhì)，就是所謂的工作液因?yàn)楦邷囟纸夥e炭，加工無法正常進(jìn)行，并且有損電極。從上述加工原理可以看出，進(jìn)行電火花加工所具備得三個(gè)必要條件： (1)采用脈沖電源，放電時(shí)間控制在107～103 s；(2)控制自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置，通過該設(shè)施使得工件與工具電極之間放電間隙維持在一個(gè)很小的范圍內(nèi)；(3)放電過程必須具備在相應(yīng)的絕緣介質(zhì)中，一般來說，絕緣度在10～107 m ，從而實(shí)現(xiàn)加工過程的穩(wěn)定。 隨著科學(xué)技術(shù)和先進(jìn)生產(chǎn)力的不斷提高，對(duì)于性能更高的材料也有了新的生產(chǎn)理念。傳統(tǒng)的加工漸漸不能適應(yīng)新社會(huì)的要求。一般來說電火花加工主要特點(diǎn)：可以加工任何韌、強(qiáng)、脆、硬和純等高性能的導(dǎo)電材料；加工的時(shí)候沒有很明顯的機(jī)械力，非常適合用到對(duì)微細(xì)結(jié)構(gòu)和低剛度工件進(jìn)行加工；通過調(diào)節(jié)脈沖參數(shù)實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行粗，半精和精加工；電火花加工后的形成的表面呈現(xiàn)凹形，用于貯油和削弱噪聲；電火花加工的生產(chǎn)效率明顯比切削加工低；加工過程受放電能量影響，有一些能量會(huì)在工具電極上出現(xiàn)消耗，損傷電極，從而影響了加工的精度。因此，得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用[3]。因此，工具電極方便制作。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。（3）放電的過程存在著一個(gè)電極損耗的過程，會(huì)影響工件成型的精確度。（4）電火花加工是以工件結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的加工，簡(jiǎn)化了工藝，提高了效率和質(zhì)量，同時(shí)降低了工人的操作難度。其中松下精機(jī)可以說是領(lǐng)先一步,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(duì)國(guó)內(nèi)禁運(yùn)的。對(duì)于國(guó)內(nèi)來說，我國(guó)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，達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。就全世界微細(xì)加工領(lǐng)域來看，歐美這些國(guó)家突出對(duì)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。相對(duì)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(duì)微細(xì)軸、微孔的加工，針對(duì)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(duì)陣列形狀的加工研究應(yīng)用。其中一種有效的方法是用電火花線切割微精加工。通過設(shè)計(jì)出專門的夾具，使用電火花加工方法來對(duì)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(zhǎng)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(duì)圓柱周向和軸向同時(shí)進(jìn)行的兩道加工工序。此外：掌握各種器件的正確使用方法，以及對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)境尤其是微電流的正確控制。以傳統(tǒng)的彈流潤(rùn)滑（EHL）理論基礎(chǔ)，微彈流動(dòng)力潤(rùn)滑理論是在其上發(fā)展起來的。相應(yīng)的，微彈流潤(rùn)滑理論，則是建立在宏彈流的基礎(chǔ)上，對(duì)微凸體產(chǎn)生的微彈流加以一系列的研究，所得出的新潤(rùn)滑理論。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(duì)這關(guān)鍵給出相對(duì)的理念，打破了傳統(tǒng)觀點(diǎn)。所以來說，微彈流動(dòng)力潤(rùn)滑理論是能過成為潤(rùn)滑理論這一領(lǐng)域的重大突破。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。之后他又在通過多次試驗(yàn)比較針對(duì)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。反對(duì)聲音也有，電火花機(jī)床制造商認(rèn)為，對(duì)于部分窄槽加工來說，高速銑依舊不能解決。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(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]。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)。（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(duì)輕巧，也不需要再去考慮安裝基礎(chǔ)設(shè)備。（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(huì)對(duì)工件造成硬性的傷害。（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。（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(huì)大大提高。（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(huì)導(dǎo)致電極材料表面龜裂、嚴(yán)重受損，影響加工的效果。（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。最主要的是要利用專門的加工機(jī)器來制作石墨電極。壓電陶瓷是一種新型的功能電子材料，具備有高智能化。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(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。 超聲加工英文簡(jiǎn)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。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。這樣的性能可以高效地加工各種硬脆材料。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(duì)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]。（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。放電加工的缺點(diǎn)（1）加工的速度相對(duì)緩慢。 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。（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)出專門的超聲機(jī)床，所以說它對(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。（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