1、電火花加工技術最新進展第1頁，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六1 微細電火花加工用電極制造一、微細電火花加工1.1單發(fā)放點微細電極成形法 日本的Hideki Takezawa等人在實驗中發(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。這種方法簡單、便捷、效率極高。第2頁，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六第3頁，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，

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

3、1.3 原位孔微細電火花磨削法 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極，在板狀工件上利用火花放電加工出一個孔，然后電極返回到加工前的初始位置，將電極軸線相對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，對回轉的圓柱工具電極進行電火花反拷加工。如果利用過進給放電間隙就能加工出任意直徑的圓柱微細電極。這種方法的優(yōu)點是不用附加任何工具電極制備裝置，簡單易行；具有較高的加工效率、尺寸精度，形狀重復精度容易保證。第6頁，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六第7頁，共

4、26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六1.3 用LIGA制作微細電極 利用成形法（Sinking EDM）加工微細結構零件時遇到的最大難題是復雜形狀的電極制作。特別是微細結構很難用傳統(tǒng)的機械加工或電加工方式實現(xiàn)。為了解決這一問題，松下電器的Takahata與美國威斯康星大學的 Gianchandani研究了利用LIGA技術制造復雜微細結構電極的方法。采用這一方法可以獲得極其精細的微細結構和極高加工精度、很高深度比的電極，而且可以一次制作出大量重復精度很高的微細電極。圖6是用LIGA技術制作出的復雜結構微電極陳列及其細部。由圖可知，制成的銅電極截面和側壁質量都非常高，重復精度非常好。

5、圖7所示為利用上述微細電極陣列一次套料加工出多個復雜結構微細零件。這些零件的材料是WC-Co硬質合金。他們還利用LIGA技術制作出文本1.2中所述的微細圓柱陳列電極，并用其加工出陳列孔。第8頁，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六LIGA和UV-LIGA第9頁，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六曝光光源照射刻蝕電鑄結構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，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六第11頁，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六2 超低電壓微細電火花加工方法 進一步縮小單脈沖去除量是微細電火花加

6、工向更加微細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脈沖放電能量。日本學者江頭快（Kai Egashira）與水谷騰己（Katsumi Mizutani）利用低電源電壓技術進行了放電加工得實驗。得到了電源電壓在5V以上時，用直徑15m或7m得鎢金屬電極，可以進行平均電極進給速度為5m/min的放電加工的事實；并采用20V的電源電壓，加工出直徑為1m的微細軸，如圖8所示。第12頁，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六第13頁，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六3 微三維結構的微細電

7、火花加工 上世紀90年代中期東京大學增澤隆久和余祖元發(fā)明了等損耗電極補償技術和分層銑削方法，從而使復雜微細三維結構的電火花加工技術取得了重大突破。在實際加工中，往往電極的損耗很大，嚴重地影響加工精度。因此合理地進行加工軌跡的規(guī)劃并進行電極損耗的補償，是提高微細三維結構電火花加工精度的核心技術。采用專門設計的微細電火花銑削CAD/CAM系統(tǒng)是保證加工精度、提高加工效率的關鍵。哈爾濱工業(yè)大學楊洋博士所開發(fā)的微細電火花銑削專用CAD/CAM系統(tǒng)能夠針對微三維結構的形狀，選擇最優(yōu)的加工路進，從而保證自由曲面的加工精度。圖10是利用微細電火花銑削方法在長軸為1mm的橢圓截面上加工的人臉浮雕自由曲面。 第

8、14頁，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六 東京大學內村明高和增澤隆久等人開發(fā)了微細電火花車床，回轉類工件在加工中被裝夾在主軸上，利用工具電極對被加工地各回轉面進行加工，也可以對工件進行分度加工出特定地形狀。該 方法不僅能夠進行外表面加工，還能進行內階梯孔加工。圖11為利用微細電火花車削加工的樣件。第15頁，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六第16頁，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六二、新加工工藝1.集束電極加工 上海交通大學的趙萬生、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)量細的棒狀或管狀電極單元捆成一束，再調整

9、每根電極單元的長度進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內沖液，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，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六第18頁，共26頁，2022年，5月20日，0點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密西根大學的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。其試驗臺如圖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，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六第20頁，共26頁，2022年，5月20日，0點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。通過壓縮空氣、氧氣或氮氣與水所生成的霧氣具有成本低的優(yōu)勢。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發(fā)生的可能性。第21頁，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六第22頁，共26頁，2022年，5月20日，0點3分，星期六3.曲線孔點火花加工 日本大阪大學T. Ishida 等11突破傳統(tǒng)觀念中認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，共26頁，2022年，5月20日，0點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，共26頁，2022年，5月20日，0點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