微细电火花加工技术
先进制造—微细电火花加工技术
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(Electrical Discharge Machining)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(micro Electro Discharge Machining，简称micro-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，整个放电通道形成一个瞬时热源，其温度可达℃以上。
微细电火花加工的关键技术分析
微细电火花加工的关键技术分析2002年第26卷石油大学学报(自然科学版)Vol.26 No.3 第3期JournaloftheUniversityofPetroleum,China Jun.2002文章编号:1000-5870(2002)03-0065-04微细电火花加工的关键技术分析李文卓1,赵万生1,于云霞2(1.哈尔滨工业大学特种加工研究所,黑龙江哈尔滨150001;2.胜利石油学校机械教研室,山东东营257000) 摘要:微细电火花加工方面的几项关键技术包括微小进给装置、微细电极的制备、微小能量加工电源、与其他技术组合的新型加工技术和微细电火花加工过程控制技术。
比较了微小进给装置与传统的进给伺服系统的结构特点,并对各项微细电火花技术的技术特点进行了详细分析。
微小进给装置的传动精度及系统的频响较高;微细电极的制备技术解决了圆柱、圆锥、螺纹等不同形状的电极或微小零件的制备及对硬质合金、聚晶金刚石等超硬材料的加工问题;可控RC脉冲电源技术易于调整脉冲能量,避免发生电弧性脉冲放电现象;微细电火花加工可与超声加工、电铸加工等技术组合形成各种复合加工技术;模糊控制技术可用于控制电火花加工过程。
关键词:微细电火花加工;微型进给装置;微能脉冲电源;模糊控制;特种加工中图分类号:TG22 文献标识码:A引言微细加工技术是现代制造技术的一个重要发展方向,而微细电火花加工技术是实现微细加工的有效手段之一。
目前,微细电火花加工技术在航空航天、医学、模具、微电子器件、生物技术、微型传感器和微型电器制造等方面得到广泛应用[1～6]。
微细电火花技术主要包括5方面的关键技术:①高精度微小进给装置;②微细电极制作技术;③微小能量的加工电源;④与其他技术组合的新型加工技术;⑤加工过程的监控技术。
1.1 蠕动式图1为蠕动式微型电火花加工进给装置的工作原理示意图。
该装置包括夹紧块A和B、进给机构C和电极丝。
夹紧块A、B及进给机构C按着一定的顺序动作即可实现电极的快速进给或回退,并实现电极对工件的电火花加工[4]。
微细电火花加工技术
微细电火花加工技术微细电火花加工技术是一种高精度加工方法，它通过利用电火花放电的瞬间高温和高压能量，将工件表面的金属材料溶解、熔化、蒸发和喷射等效应，实现对工件进行微细加工的一种技术。
微细电火花加工技术具有加工精度高、表面质量好、加工效率高等优点，在模具制造、航空航天、医疗器械等领域有着广泛的应用。
微细电火花加工技术的原理是利用电火花放电过程中产生的高温等效应来加工工件。
在微细电火花加工过程中，工件和电极通过一个电解液隔开，当施加足够的电压时，电极上会产生高频率的电火花放电。
电火花放电瞬间产生的高温和高压能量会使电解液中的金属离子快速聚集在工件表面，形成微小的气泡，同时气泡瞬间爆破产生的压力将工件表面的金属材料冲击下来。
通过不断重复这个过程，就可以实现对工件表面的微细加工。
微细电火花加工技术的加工精度非常高，可以达到亚微米级别。
这是因为在电火花放电过程中，由于高温和高压能量的局部聚集作用，使得工件表面的金属材料局部熔化和蒸发，从而实现微细加工。
此外，微细电火花加工技术还可以实现对工件表面的复杂形状、小孔和细槽等微细结构的加工，具有很高的灵活性。
微细电火花加工技术的应用非常广泛。
在模具制造领域，微细电火花加工技术可以用于制造高精度的模具零件，如模具芯、模具腔等。
在航空航天领域，微细电火花加工技术可以用于制造航空发动机的涡轮叶片、航天器的结构零件等。
在医疗器械领域，微细电火花加工技术可以用于制造高精度的医疗器械零件，如人工关节、牙科种植体等。
微细电火花加工技术虽然有很多优点，但也存在一些限制。
首先，由于加工过程中电火花放电会产生高温，工件表面容易产生热应力，从而导致表面质量下降。
其次，微细电火花加工技术只适用于导电材料的加工，对于非导电材料的加工效果不佳。
此外，微细电火花加工技术的加工效率相对较低，加工速度较慢。
微细电火花加工技术是一种高精度加工方法，具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和发展，微细电火花加工技术将会进一步提高加工精度和效率，为各个领域的微细加工需求提供更好的解决方案。
微细电火花加工设备技术研究
设计与研究
位移 分辨 率 的同时 实现 大位移 行程 的优 点 。其基 本结 构 和运动 原理 见 图 ３所示 ， 主要 构件 包括 主轴 、 向压 轴键设 备技 术涉及 电极 的 微进 给 伺服 机构 、 微 电极和 工 件 的 附加 相 对运 动机 构 、 微 小能 ■放 电电源 以及 加工状 态检 测与控 制 系统 等。 文章 围绕 微细 电火花 加 工系统 的设计 实现 ． 介绍
基 于压 电致动原 理 以及摩 擦传 动 的微进 给机 构 、 具 电极 的 线放 电磨 削机 构 和旋 转 主 轴 、 工 以及 微 小
转 或振动无 疑有 利 于改 善 加 工 状 态 ， 助于 排 屑 和提 有
高加 工稳定 性 ， 电 加工 连续 稳 定 地 进 行。 为 提高 加 放
维普资讯
Ｄｉ。 ｅ ｄ ｓｎ ｇ
工 效 率 ， 必要 进一 步开 发电极 丝连 续进 给补偿 机 构。 有 图 ２为微 细 电极旋 转进 丝机构 原 理 示意 图 。由 进 给 活塞 、 常闭式 夹 丝机 构 、 开式 夹丝 机构 和导 向头 常 等构 成 ， 机构 与穿 于 其 中 的 电极 丝 被 置 于 旋 转套 筒 该
电极 轴 的尺 寸和形 状精 度 。同时 旋转 主轴 的径 向跳动 精度 也直接 限制 被加工 电极 轴 的最小尺 寸 。 主轴旋 转时 线放 电磨 削加工 制作 的工具 电极 为圆
截面轴 。若 使主轴 具 有 分 度 机构 ， 配台 轴 向的 精 密 再 进 给控 制 ， 可加工 多种 异 形截面 轴类形 状 。 从工艺 角度考 虑 ， 具 电极 在 加 工 过程 中附加 旋 工
能量 放 电电源 的设计 等 ， 并指 出需要 进 一步研 究 的课题 。 关键词 ： 微细 电火花加 工 微进 绐机构 线 放 电磨削机 构 微小 能■ 放 电电源
微制造系统中的微细电火花加工技术
微制造系统中的微细电火花加工技术*Micro EDM Machining Techn olgy in Micro Manu factu rin g System王振龙赵万生(哈尔滨工业大学)摘要:文章系统地研究和综述了微细电火花加工技术的研究现状和发展趋势,论述了微细电火花加工技术在微三维结构制作及微制造系统中的应用。
关键词:微细电火花加工微制造现代制造技术的发展呈现两大趋势,一是现代制造系统的自动化技术;另一个就是寻求固有制造技术的自身微细加工极限[1]。
微型机械中,特别是其中的敏感器件、控制仪表、动力系统、执行机构等关键器件要使用到大量的微制造技术,如微型机器人、微型工具、微型飞机等。
这些微型机械的需求对现代制造技术提出了新的挑战。
解决这一制造难题的主要途径有两条,一方面是采用微机电系统技术,另一方面是采用微细特种加工技术。
从世界范围的微细加工技术的发展应用而言,欧美等国倾向于硅微结构的制作,即微细电子机械领域;而日本则更注重用传统的加工方法和特种加工方法从宏观尺寸零件的加工向微观尺度的零件加工逼近(如微小齿轮、微小模具、微细轴、孔等)[2,3]。
微机电系统技术是基于半导体平面工艺的一种加工方法,适合于将微传感器、微执行器、信息处理器件集成于一个微小单元。
从工艺角度上看有集成度高、便于大批量生产等优点。
但是这种方法难以加工出真三维曲面形状,也难以处理各种性能卓越的金属材料,特别是一些极限作业环境下所要求的高强度、高韧性、高耐磨、耐高温、耐冲击、抗疲劳等性能,一般单一的半导体材料是很难达到的。
因此其应用范围受到了一定限制。
国外目前采取了微机电系统与微细加工并重的策略,以充分发挥各种加工方法的优点。
由于传统的机械加工过程存在着宏观的切削力,因此在加工微小零件,特别是微米尺度零件时,容易产生变形、发热等问题,精度控制较为困难。
另外,表面容易产生应力而影响产品的使用性能。
特种加工方法采用各种物理的、化学的能量及其各种理化效应,直接去除或增加材料以达到加工的目的。
微细电火花加工技术
微细电火花加工技术微细电火花加工技术的简要及背景随着世界范围产品日益的小型化和精密化,作为非接触式精微制造方法之一的微细及小孔电火花加工技术以其超精细和高精度的加工特点倍受学术界和工业界关注,目前已经成为微机械制造领域的重要组成部分之一,在制造业中得以广泛应用。
电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用，蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工。
主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。
20世纪50年代初期,我国开始研究和试制电火花镀敷设备,即把硬质合金用电火花工艺镀敷在高速钢金属切削刀具和冷冲模刃口上,提高金属切削刀具和模具的使用寿命。
同时我国还成功研制了电火花穿孔机,并广泛应用于柴油机喷嘴小孔的加工。
60年代初,上海科学院电工研究所成功研制了我国第一台靠模仿形电火花线切割机床。
随后又出现了具有我国特色的冷冲模工艺,即直接采用凸模打凹模的方法,使凸凹模配合的均匀性得到了保证,大大简化了工艺过程。
60年代末,上海电表厂张维良工程师在阳极切割的基础上发明了我国独有的高速走丝线切割机床。
上海复旦大学研制出电火花线切割数控系统。
70年代随着电火花工艺装备的不断进步,电火花型腔模具成型加工工艺已经成熟。
线切割工艺也从加工小型冷冲模发展到可以加工中型和较大型模具。
切割厚度不断增加,加工精度也不断提高。
80年代以来计算机技术飞速发展,电火花加工也引进了数控技术和电脑编程技术,数控系统的普及,使人们从繁重、琐碎的编程工作中解放出来,极大的提高了效率。
目前计算机技术广泛应用于工业领域,电火花加工实现了数控化和无人化。
美国、日本的一些电火花加工设备生产公司依靠其精密机械制造的雄厚实力,通过两轴、三轴和多轴数控系统、自动工具交换系统及采用多方向伺服的平动、摇动方案,解决了电火花加工技术中一系列实质性的问题。
微细电火花加工技术
微细电火花加工技术微细电火花加工技术的简要及背景随着世界范围产品日益的小型化和精密化,作为非接触式精微制造方法之一的微细及小孔电火花加工技术以其超精细和高精度的加工特点倍受学术界和工业界关注,目前已经成为微机械制造领域的重要组成部分之一,在制造业中得以广泛应用。
电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用，蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工。
主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。
20世纪50年代初期,我国开始研究和试制电火花镀敷设备,即把硬质合金用电火花工艺镀敷在高速钢金属切削刀具和冷冲模刃口上,提高金属切削刀具和模具的使用寿命。
同时我国还成功研制了电火花穿孔机,并广泛应用于柴油机喷嘴小孔的加工。
60年代初,上海科学院电工研究所成功研制了我国第一台靠模仿形电火花线切割机床。
随后又出现了具有我国特色的冷冲模工艺,即直接采用凸模打凹模的方法,使凸凹模配合的均匀性得到了保证,大大简化了工艺过程。
60年代末,上海电表厂张维良工程师在阳极切割的基础上发明了我国独有的高速走丝线切割机床。
上海复旦大学研制出电火花线切割数控系统。
70年代随着电火花工艺装备的不断进步,电火花型腔模具成型加工工艺已经成熟。
线切割工艺也从加工小型冷冲模发展到可以加工中型和较大型模具。
切割厚度不断增加,加工精度也不断提高。
80年代以来计算机技术飞速发展,电火花加工也引进了数控技术和电脑编程技术,数控系统的普及,使人们从繁重、琐碎的编程工作中解放出来,极大的提高了效率。
目前计算机技术广泛应用于工业领域,电火花加工实现了数控化和无人化。
美国、日本的一些电火花加工设备生产公司依靠其精密机械制造的雄厚实力,通过两轴、三轴和多轴数控系统、自动工具交换系统及采用多方向伺服的平动、摇动方案,解决了电火花加工技术中一系列实质性的问题。
微细电火花加工的实验研究
ｏ ２ ０Ｆｍ， 法满 足需求 。基 于微细 电 火花精 密 加 ．３ ｉ 无 ｌ
工 系 统 Ｉ Ｄ 一０ 针 对 所 需 加 工 的 微 小 孔 ， 先 加 ￣ Ｍ ５， Ｅ 首 工 出 了微 细 工 具 电 极 ， 后 在 零 件 上 加 工 出 了 ６个 然 均 匀 的微 小 孔 ， 径 为 ０ １ ５ｍｍ（ ３ 。 小 孔 的 边 直 ．５ 图 ） 缘 均 很 规 整 ， 径 一 致 性 也 很 高 ， 全 满 足 了 需 求 方 直 完
微 细 电 火 花 加 工 技 术 作 为 一 种 实 现 金 属 零 件 微
小 特 征 精 密 加 工 的 重 要 ＿ 艺 手 段 ， 引 了 国 内 外 众 Ｔ 吸 多 学 者 进 行 卓 有 成 效 的研 究 。 微 细 电 火 花 加 工 系统
与实验研究 是其 中重要 的研究 内容 。哈尔滨 工业 大
《 电加工与模具》２ Ｉ 年第 ２ ０１ 期
工 艺・ 备 装
微 细 电火 花 加 工 的 实 验 研 究
张 勇 斌 ，吉 方 ，刘 广 民 ，张 连 新 ，吴 祉 群
（中 国工程 物理研 究 院机械制 造工艺 研究所 ， 四川绵 阳 ６ １ ０ ２ ９ ０）
摘 要 ： 于 新 研 发 的 一 套 微 细 电 火花 精 密加 工 系统 Ｅ Ｍ一０ 在 金 属 材 料 上 进 行 了 一 些 典 型 的 基 Ｄ ５， 微 小特 征 精 密 加 工 实验 及 电 火花 放 电 沉 积 实验 。 该 系统 已作 为加 工 特 征 尺 寸 介 于数 十 微 米 到 数 毫
的要 求 。
件， 要求 在 围绕 其 中心 、 直 径 为 １ ３ 且 ． ５ｍｍ 的 圆周
上 均 匀 加 工 出 ６个 直 径 ０ １ ＇ｎ的 微 小 孔 。 用 微 ． ５ ＤＩ ｌ