专题报道 ■特游加工技术[ SPECIAL REP。R 特种加工的新工艺方法及微细制造的最新进展 编者按:第15届国际电加工会议于2007年4月在美国举行,有24个国家和地区的代表出席了会议。这个全球业界的最高盛 会,历来被视为国际特种加工领城发展趋势的风向标。该会议3年一度,2010年,第16届国际电加工会议将在中国上海举行。 第15届国际电加工会议共发表论文115篇,集中反映了特种加工的基础研究、新工艺方法、微细加工、电化学加工、激光加工、 复合加工等方面的最新研究成果。本文仅摘编了部分微细制造技术的最新进展及新工艺方法研究成果并刊登如下,愿对读者 有所裨益。 1傚细制造的最新进 公司的 G Cusanelli等采用一个辅助的工具电极夹紧装 1.微细电火花加工 置,使用微细电火花加工方法,加工出应用于柴油机和汽 德国马格德堡大学的 HP. Schulze等通过大量实验闸油机喷嘴的倒锥形微孔(图3),这种孔加工技术有很高的 明了在电火花侵蚀过程中气泡产生和传播的原因。气泡可重复性,且不需要对加工件进行去毛刺和材料处理。 产生主要是因为工作液物理和化学的特性,与去离子水 哈尔滨工业大学 馈电电极 工作液相比,在高脉冲能量下碳氢化合物会更多地分解杨晓冬及东京农业大 工具电极 而产生气泡;气泡结构也与脉冲参数有关,尤其是脉宽,因学 Masahito kimori等 为它决定了前一个气泡受迫破裂的时间;此外气泡体积研究了一种采用静电 会通过分裂和在放电通道底部的跳动而减小,但这种可感应给电方式的微细 能性很难控制,只作为辅助因素。因此,选择适当的加工能电火花加工的方法。微 量源并控制脉冲参数,可以控制气泡的结构并使其适合细电火花加工的回转 于微细加工。 主轴通常采用电刷来 为获得最佳的微对电极给电,由于是接 孔加工条件,韩国理工触式供电方式,长时间 2大学 Ju Kyoung. Lee等摩擦会造成发热和接图4静电感应给电方式的微细 人采用预先制备的小触不良等问题。用非接 电火花加工方法原理图 孔对工具电极进行修触给电方式有望解决上述问题。在此方法中(图4),由于 整的方法(图1),成功电源与工具电极之间相当于串联一个电容,使得单个脉 极钨工具电极;负极:黄铜溥钣地加工出直径73μm、冲能量的最小值可以进一步降低,因而更有利于微细加 图1采用预孔侧面修整工具长452μm的微细电工。此外,在工具电极与工件之间并联一个二极管,使加 电极方法的原理图 极,加工时间为884s。工中只允许单一极性的电火花放电。此方法可通过改变 日本筑波科技大放电极性来改变电蚀坑的大小,减小工具损耗,同时增加 电极扫描方向 电源学的 Takayuki tani等材料去除率。 采用扫描电火花加工 德国弗劳恩 金属板 方法,将旋转电极横向霍夫协会的S 图2扫描电火花加工方法的切入一个金属板,以获Plz等针对回转 原理图 」得微细工具电极(图体类零件的微细 2)。采用狭缝跟踪电火花加工方法进一步控制加工电极加工,研究了盘状 的尺寸,安置2个间距极小且相互绝缘的金属板,通过测电极圆柱体电火 ( a)CEDG方法 b)WEDG方法 量2个金属板的电流,控制工具电极沿中心轨迹通过2花磨削(CEDG)方 图5加工样品 个平板间隙,并成功制法,并用直径为50μm的线电极放电磨削(WEDG)进行了 备直径为35μm的工微细电火花加工方法研究,另外还研究了微细工具电极 具电极。进而采用辅助电火花毛化技术(EDT),加工出了不同形状尺寸的回转 电极方法,在绝缘的类零件(图5),并分析了电效应、热效应和流体效应对加 SiN4陶瓷上加工出直工过程的影响。 径30μm、深200μm的 日本名古屋工业大学的 FItoigawa等人用一个转动 电极直径:1m;锥形孔深度:lm微细孔和微型槽。 的双金属微型工具电极,在进行电火花沉积加工同时将 图3微细电火花加工的锥形孔 瑞士 Posalux s.A.两种金属材料原位合成一种合金材料(图6),且具有均专题报道 特辞加工技7It蠢匿蚕墨圈E圆圈 特种加工的新工艺方法及微细制造的最新进展 1 微细制造的最新进展 ． J 微 细 电 火花加 工 德国马格德堡大学的 HP．Schulze等通过大量实验阐 明了在电火花侵蚀过程 中气泡产生和传播的原 因。气泡 产生主要是因为工作液物理和化学 的特性，与去离子水 工作液相 比，在高脉冲能量下碳氢化合物会更多地分解 而产生气泡 ；气泡结构也与脉 冲参数有关，尤其是脉宽，因 为它决定了前一个气泡受迫破裂 的时间 ；此外，气泡体积 会通过分裂和在放 电通道底 部的跳动而减小，但这种可 能性很难控制，只作为辅助因素。因此，选择适 当的加工能 量源并控制脉 冲参数，可 以控制气泡 的结构并使其适合 于 微细 加 工 。 为获得 最佳 的微 孔加 工条件 ，韩 国理工 大学 JuKyoung．Lee等 人 采用 预先制 备 的小 孔对 工具 电极 进行修 整 的方法 (图 1)，成 功 地加工 出直径 7．31xm、 长 4521xm 的 微 细 电 极 ，加工时间为 884s。 日本 筑 波科 技大 学 的 TakayukiTani等 采用 扫描 电火花 加工 方法 ，将旋转电极横 向 切入一个金属板 ，以获 得微 细工具 电极 (图 2)。采用狭缝跟踪 电火花加工方法进一步控制加工 电极 的尺寸 ，安置 2个 间距极小且相互绝缘 的金属板 ，通过测 量 2个金属板 的电流 ，控制工具 电极沿 中心轨 迹通过 2 个平板 间隙，并成功制 备 直 径 为 351~m 的工 具 电极。进而采用辅助 电极 方法 ，在 绝缘 的 SiN 陶瓷上加 工 出直 径 30lxm、深 200txm 的 微细孔和微型槽。 瑞 士 PosaluxS．A． 公 司的 G．Cusanelli等采 用一个辅 助 的工具 电极夹 紧装 置 ，使用微细 电火花加工方法 ，加工出应用于柴油机和汽 油机喷嘴的倒锥形微孔 (图 3)，这种孔加工技术有很高的 可重复性 ，且不需要对加工件进行去毛刺和材料处理。 哈尔 滨工 业大 学 杨 晓冬及 东京农业 大 学 MasahitoKimori等 研究 了一种 采用静 电 感应 给 电方 式 的微 细 电火花加工 的方法。微 细 电火 花加工 的 回转 主轴通 常采用 电刷来 对电极给电 ，由于是接 触式供 电方式 ，长时间 摩擦会 造成发 热和接 触不 良等问题。用非接 馈电电极 工具电极 (c) 图 4 静 电感应给 电方式 的微细 电火花加工方法原 理图 触给电方式有望解决上述问题 。在此方法 中(图 4)，由于 电源与工具 电极之间相 当于串联一个电容 ，使得单个脉 冲能量的最小值可以进一步降低 ，因而更有利于微细加 工 。此外 ，在工具 电极与工件之 间并联一个二极管 ，使加 工 中只允许单一极性 的电火花放 电。此方法可通过改变 放 电极性来改变电蚀坑的大小 ，减小工具损耗 ，同时增加 材料去除率。 德 国弗 劳恩 霍 夫 协 会 的 S． Piltz等 针对 回转 体类 零 件 的微 细 加工 ，研究 了盘状 电极 圆柱 体 电火 花磨 削(CEDG)方 法 ，并用直径为 50txm的线 电极放 电磨削 (WEDG)进行 了 微细电火花加工方法研究 ，另外还研究了微细工具 电极 电火花毛化技术 (EDT)，加工 出了不 同形状尺 寸的 回转 类零件 (图 5)，并分析了电效应 、热效应和流体效应对加 工过程的影 响。 日本名古屋工业大学的 F．Itoigawa等人用一个转动 的双金属微型工具 电极 ，在进行电火花沉积加工同时将 两种金属材料原位合成一种合金材料 (图 6)，且具有均 机械工程师 2008年第 11期 1