电火花加工技术进展

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1、电火花加工技术的最新进展——“特种加工”课程讲座之一江开勇1微细电火花加工用电极制造一、微细电火花加工1.1单发放点微细电极成形法日本的HidekiTakezawa等人在实验中发现了用单脉冲放电可以形成针状电极的现象。在放电电流为30~50A，单脉冲放电时间为几百微秒的加工条件下，单脉冲放电能够在瞬间把直径Ø100µm的钨电极加工成Ø20~40µm的针状电极。图1是在Ø100µm钨电极上加工出的Ø35µm的针状电极，电极尖部的直径大约为Ø100nm。这种方法简单、便捷、效率极高。1.2用反拷法加工微细陈列电极日本京都工业大学的研究人员与松下电器分别研究了利用反

2、拷法来陈列微细电极的方法。其原理就是首先利用WEDG法制作出单根微细电极，然后在中间工具电极板上加工出阵列孔，再利用具有阵列孔的中间工具电极对最终电极进行反拷加工，从而生成高质量的微细陈列电极。图2为利用这种方法加工出来的微细陈列电极和利用微细陈列电极加工的微细陈列孔。由于可以利用中间工具电极的较小孔深加工出长径比高得多的微细圆柱电极陈列，因此这种方法所制作出来的电极陈列可以用于多次加工。1.3原位孔微细电火花磨削法日本的MinoruYamazaki等人提出了利用圆柱电极自钻的原位孔制作微细圆柱电极的加工方法，其原理如图3所示。首先，将圆柱电极作为电火花加工的

3、负极，在板状工件上利用火花放电加工出一个孔，然后电极返回到加工前的初始位置，将电极轴线相对于已加工出的孔中心偏离一定距离。改变圆柱电极和工件的极性，对回转的圆柱工具电极进行电火花反拷加工。如果利用过进给放电间隙就能加工出任意直径的圆柱微细电极。这种方法的优点是不用附加任何工具电极制备装置，简单易行；具有较高的加工效率、尺寸精度，形状重复精度容易保证。1.3用LIGA制作微细电极利用成形法（SinkingEDM）加工微细结构零件时遇到的最大难题是复杂形状的电极制作。特别是微细结构很难用传统的机械加工或电加工方式实现。为了解决这一问题，松下电器的Takahata与

4、美国威斯康星大学的Gianchandani研究了利用LIGA技术制造复杂微细结构电极的方法。采用这一方法可以获得极其精细的微细结构和极高加工精度、很高深度比的电极，而且可以一次制作出大量重复精度很高的微细电极。图6是用LIGA技术制作出的复杂结构微电极陈列及其细部。由图可知，制成的铜电极截面和侧壁质量都非常高，重复精度非常好。图7所示为利用上述微细电极阵列一次套料加工出多个复杂结构微细零件。这些零件的材料是WC-Co硬质合金。他们还利用LIGA技术制作出文本1.2中所述的微细圆柱陈列电极，并用其加工出陈列孔。LIGA和UV-LIGA曝光光源照射刻蚀电铸结构感光

5、胶金属曝光光源掩模版金属器件SU-8胶基底光刻去胶电铸显影2超低电压微细电火花加工方法进一步缩小单脉冲去除量是微细电火花加工向更加微细乃至纳米尺度加工方向发展的重要一环。然而由于分布电容的存在。实际能够获得的加工间隙等效电容很难做得很小。因此难以获得更小得单个脉冲放电能量。日本学者江头快（KaiEgashira）与水谷腾己（KatsumiMizutani）利用低电源电压技术进行了放电加工得实验。得到了电源电压在5V以上时，用直径Ø15µm或7µm得钨金属电极，可以进行平均电极进给速度为5µm/min的放电加工的事实；并采用20V的电源电压，加工出直径为Ø1µm

6、的微细轴，如图8所示。3微三维结构的微细电火花加工上世纪90年代中期东京大学增泽隆久和余祖元发明了等损耗电极补偿技术和分层铣削方法，从而使复杂微细三维结构的电火花加工技术取得了重大突破。在实际加工中，往往电极的损耗很大，严重地影响加工精度。因此合理地进行加工轨迹的规划并进行电极损耗的补偿，是提高微细三维结构电火花加工精度的核心技术。采用专门设计的微细电火花铣削CAD/CAM系统是保证加工精度、提高加工效率的关键。哈尔滨工业大学杨洋博士所开发的微细电火花铣削专用CAD/CAM系统能够针对微三维结构的形状，选择最优的加工路进，从而保证自由曲面的加工精度。图10是利

7、用微细电火花铣削方法在长轴为1mm的椭圆截面上加工的人脸浮雕自由曲面。东京大学内村明高和增泽隆久等人开发了微细电火花车床，回转类工件在加工中被装夹在主轴上，利用工具电极对被加工地各回转面进行加工，也可以对工件进行分度加工出特定地形状。该方法不仅能够进行外表面加工，还能进行内阶梯孔加工。图11为利用微细电火花车削加工的样件。二、新加工工艺1.集束电极加工上海交通大学的赵万生、顾琳等[6]提出集束电极这种制作三维自由型面电极的新方法。这种方法将一定数量细的棒状或管状电极单元捆成一束，再调整每根电极单元的长度进而形成近似的电极型面。其制备原理图如图11所示。集束电极

8、主要针对三维型腔材料大去除量的粗加工。