[01826524]面向电火花加工的叠层微电极成形工艺

近几年,随着MEMS的发展和应用,工业领域对微型零件的需求越来越大。微型零件的结构尺寸微小,重量极轻,因此很难用普通加工方法对其加工成形。微细电火花加工是微细加工技术的一种,该技术可以加工各种超硬、脆材料（如硬质合金和淬火钢）,并且在加工过程中的宏观切削力很小。基于这些特点,微细电火花加工非常适合微型零件的制备。由于三维微电极制备困难,因此微细电火花加工技术通常采用具有简单截面形状的微细电极进行逐层扫描放电加工三维微结构。这种加工方式虽然可以加工复杂的微结构,但是该方法存在微细电极损耗严重、三维微型腔的加工效率低等缺点。 为了解决三维微细电火花加工的技术瓶颈,本成果提出采用线切割/飞秒激光切割结合真空压力热扩散焊（Micro Double-staged Laminated Object Manufacturing,简称Micro-DLOM）来制备三维微电极并将其应用于微细电火花加工,以此减小电极损耗并提高三维微结构的加工效率。三维微电极制备分为线切割/飞秒激光切割和真空压力热扩散焊两个工位。通过线切割/飞秒激光切割对铜箔进行切割从而获得多层二维微结构,通过真空压力热扩散焊将多层二维微结构进行连接从而叠加拟合出三维微电极。项目所取得的研究成果叙述如下： （1）在脉冲宽度10μs,脉冲间隔40μs,线切割电流0.42A,电压80V,热扩散温度850℃,热扩散时间10h,压力100N的工艺参数下,使用100μm厚的铜箔制备了表面质量良好的三维微电极。 （2）在电压80V,脉冲频率0.2MHZ,脉冲宽度400ns,脉冲间隔4600ns的作用下,使用三维微电极对304不锈钢材料进行微细电火花加工,获得了表面粗糙度Ra=0.48μm的三维微结构。微细电火花加工获得的三维微结构与设计模型基本相符。 （3）微细电火花技术通过具有简单截面形状的微细电极进行逐层扫描放电加工从而获得三维微结构。与上述这种加工方式相比,三维微电极只需进行上下往返式加工便可获得三维微结构,加工效率高且电极损耗较小。 （4）为了研究三维微电极的损耗,将三维微电极进行离散化处理。离散后的三维微电极由α类电极、β类电极和γ类电极组成。通过对这三类电极的损耗进行研究发现：α类电极、β类电极和γ类电极的损耗与其所经历的加工深度呈线性关系;α类电极的拟合斜率k=-0.24071,损耗最大;β类电极的拟合斜率k=-0.21524,损耗次之;γ类电极的拟合斜率k=-0.19767,损耗最小。 （5）台阶效应是三维微电极的原理误差,本文通过电火花成形磨削对三维微电极的台阶效应进行磨削。通过实验发现：台阶效应对三维微电极加工结果的影响与成形磨削次数正相关,成形磨削次数越多,台阶效应对加工结果的影响越小;在相同的成形磨削次数下,外台阶对三维微电极加工结果的影响较大,内台阶对三维微电极加工结果的影响相对较小。