微细电火花加工技术

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1、第2卷第3期214中国科技论文在线SCIENCEPAPERONLINE2007年3月微细电火花加工技术余祖元，郭东明，贾振元（大连理工大学机械工程学院，大连116024）摘要：微细电火花加工（MicroElectricalDischargeMachining,MicroEDM）作为微细加工技术的一种，可以在任何导电材料上加工高精度、大深宽比微细三维型腔，以满足日益增长的产品微小型化需求。针对微细电火花加工中的一些关键问题，如微细电极损耗与补偿、大深径比微孔加工，本文着重介绍部分研究结果，以期在微细电火花加工技术的应用

2、中，提供解决对策。关键词：微细电火花加工;工具损耗补;CAD/CAM;大深径比微孔;电极摇动中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1673－7180(2007)03－0214－70引言工具材料。微细电火花加工技术广泛应用于微孔、产品的小型化和微型化已经成为发展的必然趋微小零部件和微型模具的加工。本文将介绍微细电势。这不仅可以在有限的空间増加产品的功能，也火花加工技术的基本原理、微细电极制备方法、三可以减少对日益枯竭的自然资源，如材料和能源的维微细电火花加工、异型截面微沉孔和大深径比微消耗。这一发展趋势对微加工技

3、术的应用和开发提孔加工技术。出了迫切的需求。大多数微加工技术是以硅片为基1微细电火花加工的基本原理础的半导体加工技术，如刻蚀和电镀。由于这种加电火花加工过程如图1所示。电极和工件都置工方式属于批量生产，可以降低生产成本，并且，于绝缘介质中；当电脉冲加载工件和电极时（图1半导体加工技术已经广泛应用于大规模集成电路的（a）），电子和离子分别向阴极和阳极移动，导致电加工，技术成熟，宜于与电子控制系统集成，因而极和工件间的绝缘层击穿，形成过程放电通道（图1获得学术界和企业界的关注，被应用于加工微小机（b））；具有几千度高温的

4、放电通道溶化和部分汽化电系统(MicroElectromechanicalSystem,MEMS)的其两端连接电极和工件的部分，并汽化周围的绝缘加工。这种方法也有局限性，如可选材料有限，并介质，形成气泡（图1（c））；当电脉冲结束时，周且深宽比小等，限制了产品的功能和应用范围。另围的低温绝缘液与电极和工件溶化的部分接触，产一方面，具有耐磨，耐热和耐蚀性能的各种合金材生爆炸，工件溶化的部分被吹入绝缘介质中，形成料和工程材料在航天航空领域，医学，生化，通讯加工屑，在其表面留有一个浅坑，完成材料去除；等领域广泛应用。然而，

5、对这些材料进行微米加工同理，电极部分的浅坑表明加工过程存在工具损耗尚缺乏有效的手段。因此，精密微细加工技术越来（图1（d））。越获得学术界和企业的重视，成为先进制造技术和设备的研究和开发的一个重要方向。作为微细加工技术的其中之一的微细电火花加工，可用于加工所有导电材料，而不考虑材料的硬度等机械性能。由于加工过程中不存在工具与工件图1放电加工过程的机械接触，因此可采用硬度较低的导电材料作为用于电火花的脉冲发生器有两种：方波脉冲发通讯作者：E-mail:zyu@dlut.edu.cn第2卷第3期2007年3月中国科技论文

6、在线SCIENCEPAPERONLINE215生器（开关电路）和RC脉冲发生器，如图2所示。维微细形状的加工。微细轮廓加工是采用单纯形状传统电火花加工机床采用开关电路（图2，（a）），其电极，如圆形或方形电极，通过控制其加工轨迹，最小脉冲能量为1μJ（放电电流=0.5A，脉宽=0.1完成微细形状的加工。微秒）。这个级别电脉冲能量在微细电火花加工只适用于粗加工或半径加工。为了降低电脉冲能量，必须采用纳秒级电源，进一步缩短电脉冲脉宽(on-time)。然而，击穿电极与工件之间的绝缘层需要一定的能量（电压），实现高电压窄脉

7、宽的能量输出具有一定的困难。另一种脉冲电源是基于RC电路（图2（b））。可以很方便地通过调节电容大小，控制脉宽，从而降低电脉冲能量。比如，采用2pF电容和电压60V时，放电能量为3.5nJ。这种脉冲发生器结构简单、经济实用，被广泛应用于微细电火花加工设[1]备或实验装置上。[2]图3微细齿轮零件图2电火花的脉冲电源类型目前，微细电火花加工技术根据电极形式，可[2]图4LIGA电极和被加工的齿轮分为微细线切割、微细成型和微细轮廓加工三种方2微细电极的制备方法式。微细线切割采用20μm或30μm的钨丝或其合金，被加工的微

8、细形状可分为凹形和凸形。凸形微从金属薄板上加工切割微细零件，如图3所示。这细形状的加工可以采用大尺寸的工具。微细凹形则种方式优点是以少量的材料去除，直接加工微细零必须采用微细工具加工。件。缺点是被加工形状的最小半径受细线的直径限微细电极的制备方法有多种多样，可以采用磨制；加工中空形状时，细线穿孔难度大；为保障加轮磨削方法、电化学加工方法和放电加