先进制造—微细电火花加工技术

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1、微机械和微制造的基础——微细电火花加工技术摘要：作为一种实用的微细加工技术，微细电火花加工在加工微细轴、微小孔等小尺度的零件时具有独特的优越性。本文简略地介绍了微细电火花加工技术的原理，分析了微细电火花加工的特点和优点，研究了微细电火花加工的关键技术，并详细介绍了一种微细电火花加工装置及其应用。关键词：微细电火花加工原理特点关键技术装置应用0.引言微细加工技术是先进制造技术的重要组成部分，是实现微机械产品的最基本技术，不仅直接影响着尖端技术和国防工业的发展，而且还影响到机械产品的加工精度和加工表面质量，影响产品的国际竞争力。目前，世界各国都非常重视微细加工技

2、术，将其作为发展先进制造技术中的优先发展内容。作为微细加工技术的一个重要分支，微细电火花加工技术因其具有设备简单、可控性好、无切削力、适用性强等一系列优点，在微小尺度零件的加工中获得大量应用，受到国内外学者的广泛关注。1.微细电火花加工的原理及特点1.1微细电火花加工原理电火花加工(ElectricalDischargeMachining)是指在绝缘介质中，通过工具电极和工件之间脉冲性火花放电时的电蚀现象对工件材料进行蚀出，以达到一定的形状尺寸和表面粗糙度要求的一种加工方法。微细电火花加工(microElectroDischargeMachining，简称m

3、icro-EDM)的原理与普通电火花加工并无本质区别。电火花加工中电极材料的蚀除过程是火花放电时的电场力、磁力、热力、流体动力、电化学及胶体化学等综合作用的过程。当脉冲电压施加到工具与工件电极之间时，极间介质被击穿并形成一个极为细小的放电通道。放电通道是由数量大体相等的带正电粒子(正离子)和带负电粒子(电子)以及中性粒子(原子或分子)组成的等离子体。在极间电场作用下，通道中的正离子与电子高速地向阴极和阳极运动并发生剧烈碰撞，从而在放电通道中产生大量的热;同时，阳极和阴极表面分别受到电子流和离子流的高速冲击，动能也转换为热能，在电极放电点表面产生大量的热，整个

4、放电通道形成一个瞬时热源，其温度可达℃以上。另外，由于火花放电时的电流产生磁场，该磁场又反过来对电子流产生向心的磁压缩效应和周围介质惯性动力压缩效应的作用，通道瞬间扩展受到很大阻力。故而放电开始阶段通道截面很小，而通道内由高温热膨胀形成的初始压力可达数十甚至上百个千帕，高压高温的放电通道以及随后瞬时气化形成的气体急速扩展、产生一个强烈的冲击波向四周传播。因此，火花放电，蚀除材料的过程是热效应、电磁效应、光效应、声效应及频率范围狼宽的电磁辐射和爆炸冲击的综合过程，而这一过程一般只有s。微细电火花加工也是利用脉冲电源，将高频放电能量输向放电间隙，依靠产生的高温热

5、效应等综合效应实现对材料的去除，进而达到对工件尺寸加工的目的。1.2微细电火花加工的特点和优点1.2.1微细电火花加工的特点细微电火花加工的特点有：①电火花加工的放电面积很小：微细电火花加工的电极一般在5~100um之间，对于一个5um的电极来说，放电面积不到20；②单个脉冲的放电能量很小：为保证加工的尺寸精度和表面质量，每个电火花放电的去除量应控制在0.1~0.01um的范围内，因此必须控制每个放电脉冲的能量在J之间，甚至更小；③放电蚀坑很小：由于电火花加工是基于放电时的热过程，因而放电之后在电极表面所形成的放电凹坑，其形状将与放电时的等温面基本相似，如果

6、完成微细加工并且尺寸精度达到亚微米级，放电凹坑的尺寸也必须达到亚微米级；④放电间隙很小：由于电火花加工是非接触加工，工具与工件之间有一定的加工间隙。电火花加工的放电间隙随着加工条件的变化而变化，数值从数微米到数百微米不等；⑤脉冲电源的频率高：由于每个电火花脉冲的能量极低，为保证电火花具有一定的效率，用于微细电火花加工的脉冲电源应具有很高的频率，理论上应高于1MHz。1.2.2细微电火花加工的优点从原理上讲，微细电火花加工具有非接触、可操控性强、加工性能与材料硬度强度无关、无切削力等优点。对几何形体加工适用性而言，微细电火花加工不仅可以加工出平面和回转体，还可

7、以加工出三维复杂自由曲面。同LIGA、光刻等MEMS技术相比，微细电火花加工方法具有设备简单、可实施性强并具有三维加工能力等优点。同时，这种方法所处理的材料非常广泛，不仅可以加工各种性能优良的金属、合金，还可加工陶瓷、以及硅等半导体材料。微细电火花加工技术具有强大的微尺度制造潜能，在微小尺度零件的加工中有着不可替代的优越性。2.细微电火花加工的关键技术微细电火花加工一般是指用棒状电极电火花加工或用线电极电火花磨削加工微孔、微槽、窄缝、各种复杂形状及微细轴类零件的技术。由于微细电火花加工与常规电火花成型加工的基本原理并无本质区别，但因涉及到微细加工尺寸范围的差

8、异，使其又具有自身独特的技术特点。细微电火花加工的关