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電火花在微、小型模具加工中應(yīng)用淺析（上）

微電火花加工（µ-EDM）是應(yīng)用電火花加工技術(shù)制造微型和小型零件和結(jié)構(gòu)件。也就是采用加工技術(shù)和機(jī)床滿(mǎn)足微型產(chǎn)品生產(chǎn)的需求，其次是工具電極的小型化，對(duì)比傳統(tǒng)的電火花加工，單放電能量可減小到小于We =100μJ。現(xiàn)代機(jī)床一般使用靜態(tài)脈沖發(fā)電機(jī)，它能產(chǎn)生低于1A的放電電流、近似正交的脈沖和0.2秒的放電時(shí)間，因此產(chǎn)生一個(gè)zui小放電能量大約在We =5μJ。

進(jìn)一步減少放電量是受電器元件和整流率限制的。因此，使用有10Pf電容的張弛振蕩器，在放電電流100mA時(shí)，能夠產(chǎn)生只有40 ns脈沖持續(xù)時(shí)間的脈沖。在zui小放電量We =0.1μJ時(shí)，單次放電造成非常小的材料損失，弧坑半徑小于2.5μm，，形成一個(gè)極小的帶寬，帶寬范圍從SL=1.5到5μm。為了得到適宜的材料去除率，保證加工的經(jīng)濟(jì)性，必須使用能夠產(chǎn)生非常高的脈沖頻率的火花發(fā)生器。因此的微放電加工發(fā)生器能產(chǎn)生fp達(dá)到10MHz[4]的脈沖頻率。微型電器加工的另一個(gè)重要的特點(diǎn)是電極的反向極性。由于傳統(tǒng)的長(zhǎng)脈寬電火花加工極性的作用，通常是工具電極陽(yáng)極充電去增大材料去除率，以減少電極磨損。微電火花加工時(shí)脈寬短，必然因?yàn)橛袩崃亢蜆?gòu)件的機(jī)械穩(wěn)定性的限制，這一效應(yīng)正好相反，因此在微放電加工中，工具電極通常陰極充電。

根據(jù)被加工件的幾何形狀，微放電加工采用不同加工變量。下面介紹這些加工方法的可能性和局限性。

1 微絲電子放電加工

微絲電子放電加工（電火花線(xiàn)切割機(jī)——中走絲線(xiàn)切割機(jī)床）的特點(diǎn)是應(yīng)用直徑較小的電極導(dǎo)線(xiàn)。為了加工zui小的切割寬度或者內(nèi)角，導(dǎo)線(xiàn)的直徑dW= 0.1mm到dW=0.02mm。這種方法是zui常用的直接生產(chǎn)微型機(jī)械裝置和微型沖壓工具的方法。為了保證足夠的熱和機(jī)械穩(wěn)定性，通常導(dǎo)線(xiàn)電極使用鎢或拉伸強(qiáng)度在2000n/mm以上的鍍層鋼。另外，導(dǎo)線(xiàn)電極熱和機(jī)械穩(wěn)定性限制了可加工構(gòu)件的高度，也就是當(dāng)使用直徑dW=0.03導(dǎo)線(xiàn)電極時(shí)允許的zui大工件的高度大約在5mm。

由于金屬絲電極只能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行機(jī)械預(yù)拉伸，那么金屬絲的振動(dòng)就很容易導(dǎo)致加工精度或表面質(zhì)量不夠，因此，應(yīng)減少裂口的公軸沖洗甚至應(yīng)*避免，將高精度加工系統(tǒng)和超水平電火花發(fā)生器相結(jié)合，在加工精度±0.001mm和大于100比率之間完成zui小裂縫寬度0.04mm，構(gòu)件寬度15um時(shí)能夠利用金屬絲電導(dǎo)加工方法反復(fù)加工，表面粗糙度小于Ra = 0.1um的僅可能采用精整技術(shù)，因?yàn)樗挥幸粋€(gè)相對(duì)較高的釋放能量的切口和一些減少釋放能量的連續(xù)整齊的切口。

2 顯微壓滲

用顯微電極進(jìn)行顯微壓滲主要用于制備進(jìn)行微注射鑄模或熱雕刻，此法可復(fù)制大量微小機(jī)械部件，所獲得的構(gòu)件的尺寸不僅受腐蝕方法的限制而且受到電極的設(shè)計(jì)和制造的限制。時(shí)下，不同的顯微加工技術(shù)像EDM顯微模具，電極制造，甚至LIGA技術(shù)被用來(lái)生產(chǎn)成型電極，與傳統(tǒng)的電火花壓滲相比，尤其使用松弛發(fā)生器時(shí)，相對(duì)磨損能達(dá)到30%以上，因此，盡管在耐火材料像鎢銅或者硬質(zhì)合金基礎(chǔ)上的高耐磨復(fù)合物都難于加工，但很適合進(jìn)行顯微電火花壓滲。總之，由于尺寸小，電極沖洗不太可能，傳統(tǒng)的沖洗辦法不能應(yīng)用在顯微沖壓模型EDM中。加之極小的裂口寬度，惡劣的沖洗條件對(duì)進(jìn)給控制要求特別高。

3 顯微電導(dǎo)鉆孔

為了旋轉(zhuǎn)加工對(duì)稱(chēng)鉆孔和通孔而使用旋轉(zhuǎn)軸銷(xiāo)電極是電火花加工壓滲技術(shù)的一個(gè)特例。這個(gè)所謂顯微電導(dǎo)鉆孔被廣泛應(yīng)用在加工注射噴嘴和為微絲電火花加工開(kāi)孔。由于軸銷(xiāo)電極zui小電極直徑小于25um，尤其可用在電極生產(chǎn)、電極處理和電極定位上。為確保足夠的機(jī)械穩(wěn)定性和耐磨性能，使用硬質(zhì)合金、鎢或者鎢銅等作主導(dǎo)材料。

為提高沖洗和園整度，旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)在2000轉(zhuǎn)/min以上。通過(guò)CFD技術(shù)研究和大量模擬顯示，僅靠電極旋轉(zhuǎn)沖洗縫隙僅能在一定范圍改善加工的穩(wěn)定性。僅僅一個(gè)疊加的進(jìn)給過(guò)程中的平移振動(dòng)就能有效地將裂口中碎片去除掉。利用這種技術(shù)可以加工成型系數(shù)為50的孔洞。

未完，接下篇。