1、電火花加工技術(shù)最新進(jìn)展第1頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六1 微細(xì)電火花加工用電極制造一、微細(xì)電火花加工1.1單發(fā)放點(diǎn)微細(xì)電極成形法 日本的Hideki Takezawa等人在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了用單脈沖放電可以形成針狀電極的現(xiàn)象。在放電電流為3050A，單脈沖放電時(shí)間為幾百微秒的加工條件下，單脈沖放電能夠在瞬間把直徑100m的鎢電極加工成2040m的針狀電極。圖1是在100m鎢電極上加工出的35m的針狀電極，電極尖部的直徑大約為100nm。這種方法簡(jiǎn)單、便捷、效率極高。第2頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六第3頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，

2、星期六1.2 用反拷法加工微細(xì)陳列電極 日本京都工業(yè)大學(xué)的研究人員與松下電器分別研究了利用反拷法來(lái)陳列微細(xì)電極的方法。其原理就是首先利用WEDG法制作出單根微細(xì)電極，然后在中間工具電極板上加工出陣列孔，再利用具有陣列孔的中間工具電極對(duì)最終電極進(jìn)行反拷加工，從而生成高質(zhì)量的微細(xì)陳列電極。圖2為利用這種方法加工出來(lái)的微細(xì)陳列電極和利用微細(xì)陳列電極加工的微細(xì)陳列孔。由于可以利用中間工具電極的較小孔深加工出長(zhǎng)徑比高得多的微細(xì)圓柱電極陳列，因此這種方法所制作出來(lái)的電極陳列可以用于多次加工。第4頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六第5頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六

3、1.3 原位孔微細(xì)電火花磨削法 日本的Minoru Yamazaki等人提出了利用圓柱電極自鉆的原位孔制作微細(xì)圓柱電極的加工方法，其原理如圖3所示。首先，將圓柱電極作為電火花加工的負(fù)極，在板狀工件上利用火花放電加工出一個(gè)孔，然后電極返回到加工前的初始位置，將電極軸線相對(duì)于已加工出的孔中心偏離一定距離。改變圓柱電極和工件的極性，對(duì)回轉(zhuǎn)的圓柱工具電極進(jìn)行電火花反拷加工。如果利用過(guò)進(jìn)給放電間隙就能加工出任意直徑的圓柱微細(xì)電極。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不用附加任何工具電極制備裝置，簡(jiǎn)單易行；具有較高的加工效率、尺寸精度，形狀重復(fù)精度容易保證。第6頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六第7頁(yè)，共

4、26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六1.3 用LIGA制作微細(xì)電極 利用成形法（Sinking EDM）加工微細(xì)結(jié)構(gòu)零件時(shí)遇到的最大難題是復(fù)雜形狀的電極制作。特別是微細(xì)結(jié)構(gòu)很難用傳統(tǒng)的機(jī)械加工或電加工方式實(shí)現(xiàn)。為了解決這一問(wèn)題，松下電器的Takahata與美國(guó)威斯康星大學(xué)的 Gianchandani研究了利用LIGA技術(shù)制造復(fù)雜微細(xì)結(jié)構(gòu)電極的方法。采用這一方法可以獲得極其精細(xì)的微細(xì)結(jié)構(gòu)和極高加工精度、很高深度比的電極，而且可以一次制作出大量重復(fù)精度很高的微細(xì)電極。圖6是用LIGA技術(shù)制作出的復(fù)雜結(jié)構(gòu)微電極陳列及其細(xì)部。由圖可知，制成的銅電極截面和側(cè)壁質(zhì)量都非常高，重復(fù)精度非常好。

5、圖7所示為利用上述微細(xì)電極陣列一次套料加工出多個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)微細(xì)零件。這些零件的材料是WC-Co硬質(zhì)合金。他們還利用LIGA技術(shù)制作出文本1.2中所述的微細(xì)圓柱陳列電極，并用其加工出陳列孔。第8頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六LIGA和UV-LIGA第9頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六曝光光源照射刻蝕電鑄結(jié)構(gòu)感光膠金屬曝光光源掩模版金屬器件SU-8膠基底光刻去膠電鑄顯影第10頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六第11頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六2 超低電壓微細(xì)電火花加工方法 進(jìn)一步縮小單脈沖去除量是微細(xì)電火花加

6、工向更加微細(xì)乃至納米尺度加工方向發(fā)展的重要一環(huán)。然而由于分布電容的存在。實(shí)際能夠獲得的加工間隙等效電容很難做得很小。因此難以獲得更小得單個(gè)脈沖放電能量。日本學(xué)者江頭快（Kai Egashira）與水谷騰己（Katsumi Mizutani）利用低電源電壓技術(shù)進(jìn)行了放電加工得實(shí)驗(yàn)。得到了電源電壓在5V以上時(shí)，用直徑15m或7m得鎢金屬電極，可以進(jìn)行平均電極進(jìn)給速度為5m/min的放電加工的事實(shí)；并采用20V的電源電壓，加工出直徑為1m的微細(xì)軸，如圖8所示。第12頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六第13頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六3 微三維結(jié)構(gòu)的微細(xì)電

7、火花加工 上世紀(jì)90年代中期東京大學(xué)增澤隆久和余祖元發(fā)明了等損耗電極補(bǔ)償技術(shù)和分層銑削方法，從而使復(fù)雜微細(xì)三維結(jié)構(gòu)的電火花加工技術(shù)取得了重大突破。在實(shí)際加工中，往往電極的損耗很大，嚴(yán)重地影響加工精度。因此合理地進(jìn)行加工軌跡的規(guī)劃并進(jìn)行電極損耗的補(bǔ)償，是提高微細(xì)三維結(jié)構(gòu)電火花加工精度的核心技術(shù)。采用專門(mén)設(shè)計(jì)的微細(xì)電火花銑削CAD/CAM系統(tǒng)是保證加工精度、提高加工效率的關(guān)鍵。哈爾濱工業(yè)大學(xué)楊洋博士所開(kāi)發(fā)的微細(xì)電火花銑削專用CAD/CAM系統(tǒng)能夠針對(duì)微三維結(jié)構(gòu)的形狀，選擇最優(yōu)的加工路進(jìn)，從而保證自由曲面的加工精度。圖10是利用微細(xì)電火花銑削方法在長(zhǎng)軸為1mm的橢圓截面上加工的人臉浮雕自由曲面。 第

8、14頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六 東京大學(xué)內(nèi)村明高和增澤隆久等人開(kāi)發(fā)了微細(xì)電火花車(chē)床，回轉(zhuǎn)類工件在加工中被裝夾在主軸上，利用工具電極對(duì)被加工地各回轉(zhuǎn)面進(jìn)行加工，也可以對(duì)工件進(jìn)行分度加工出特定地形狀。該 方法不僅能夠進(jìn)行外表面加工，還能進(jìn)行內(nèi)階梯孔加工。圖11為利用微細(xì)電火花車(chē)削加工的樣件。第15頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六第16頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六二、新加工工藝1.集束電極加工 上海交通大學(xué)的趙萬(wàn)生、顧琳等6提出集束電極這種制作三維自由型面電極的新方法。這種方法將一定數(shù)量細(xì)的棒狀或管狀電極單元捆成一束，再調(diào)整

9、每根電極單元的長(zhǎng)度進(jìn)而形成近似的電極型面。其制備原理圖如圖11 所示。 集束電極主要針對(duì)三維型腔材料大去除量的粗加工。它使用中空或圓形棒狀電極單元較傳統(tǒng)三維型面成型電極更適應(yīng)內(nèi)沖液，從而有更好的沖液效果，因此放電更加穩(wěn)定，加工性能更好。第17頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六第18頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六2.近干式電火花加工 近干式電火花加工是由美國(guó)密西根大學(xué)的J. Tao, A.J. Shih7提出的一種新的電火花加工方法，它加工采用噴射的氣液混合物作為放電介質(zhì)。其試驗(yàn)臺(tái)如圖12所示。干式和近 干式加工中獲得高材料去除率或低表面粗糙度。第19

10、頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六第20頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六。 噴霧電火花加工的放電間隙比干式電火花加工大，因而可以有效地減小短路率。通過(guò)壓縮空氣、氧氣或氮?dú)馀c水所生成的霧氣具有成本低的優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)電火花加工相比，噴霧電火花加工可大大減少火災(zāi)發(fā)生的可能性。第21頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六第22頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六3.曲線孔點(diǎn)火花加工 日本大阪大學(xué)T. Ishida 等11突破傳統(tǒng)觀念中認(rèn)為鉆孔方法只能加工直孔的觀念，發(fā)展了一種新加工方法，即用電火花加工的方式加工曲線孔，其試驗(yàn)裝置如圖16 所示。圖16 曲線孔加工裝置原理圖圖17 加工效果圖第23頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六4.超硬磨料砂輪電加工修整加工圖18 在線電解修整（Electrolytic in-process dressing，ELID）圖19在線電火花砂輪修銳(In-process electro-discharge dressing，IEDD)第24頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)3分，星期六圖20 接觸式放電修整法(Electro-contact discharge dressing，ECDD)圖21 絲電極放電修