电火花加工技术最新进展

1.3 原位孔微细电火花磨削法
日本的Minoru Yamazaki等人提出了利用圆柱电极 自钻的原位孔制作微细圆柱电极的加工方法，其原理如 图3所示。首先，将圆柱电极作为电火花加工的负极， 在板状工件上利用火花放电加工出一个孔，然后电极返 回到加工前的初始位置，将电极轴线相对于已加工出的 孔中心偏离一定距离。改变圆柱电极和工件的极性，对 回转的圆柱工具电极进行电火花反拷加工。如果利用过 进给放电间隙就能加工出任意直径的圆柱微细电极。这 种方法的优点是不用附加任何工具电极制备装置，简单 易行；具有较高的加工效率、尺寸精度，形状重复精度 容易保证。
图20 接触式放电修整法(Electro-contact discharge dressing，ECDD)
图21 丝电极放电修整(Wire electrical discharge dressing，WEDD)
电火花加工的新工艺技术开发总是围绕 新的应用领域展开，如陶瓷加工、电火花沉 积、电火花辉光放电表面强化等等，这里所 补充的内容仍然是不完整的。
上海交通大学的赵万生、顾琳等[6]提出集束电极这种 制作三维自由型面电极的新方法。这种方法将一定数量细 的棒状或管状电极单元捆成一束，再调整每根电极单元的 长度进而形成近似的电极型面。其制备原理图如图11 所示。 集束电极主要针对三维型腔材料大去除量的粗加工。它 使用中空或圆形棒状电极单元较传统三维型面成型电极更 适应内冲液，从而有更好的冲液效果，因此放电更加稳定， 加工性能更好。
1.3 用LIGA制作微细电极
利用成形法（Sinking EDM）加工微细结构零件时遇 到的最大难题是复杂形状的电极制作。特别是微细结构很 难用传统的机械加工或电加工方式实现。为了解决这一问 题，松下电器的Takahata与美国威斯康星大学的 Gianchandani研究了利用LIGA技术制造复杂微细结构电 极的方法。采用这一方法可以获得极其精细的微细结构和 极高加工精度、很高深度比的电极，而且可以一次制作出 大量重复精度很高的微细电极。图6是用LIGA技术制作出 的复杂结构微电极陈列及其细部。由图可知，制成的铜电 极截面和侧壁质量都非常高，重复精度非常好。 图7所示为利用上述微细电极阵列一次套料加工出多 个复杂结构微细零件。这些零件的材料是WC-Co硬质合金。 他们还利用LIGA技术制作出文本1.2中所述的微细圆柱陈 列电极，并用其加工出陈列孔。
电火花加工技术的最新进展
——“特种加工”课程讲座之一
江开勇
一、微细电火花加工
1 微细电火花加工用电极制造
1.1单发放点微细电极成形法
日本的Hideki Takezawa等人在实验中发现了用单 脉冲放电可以形成针状电极的现象。在放电电流为 30~50A，单脉冲放电时间为几百微秒的加工条件下， 单脉冲放电能够在瞬间把直径Ø100µm的钨电极加工成 Ø20~40µm的针状电极。图1是在Ø100µm钨电极上加 工出的Ø35µm的针状电极，电极尖部的直径大约为 Ø100nm。这种方法简单、便捷、效率极高。
2.近干式电火花加工
近干式电火花加工是由美国密西根大学的J. Tao, A.J. Shih[7]提出的一种新的电火花加工方法，它加工采用喷射的 气液混合物作为放电介质。其试验台如图12所示。干式和近 干式加工中获得高材料去除率或低表面粗糙度。
。 •
喷雾电火花加工的放电间隙比干式电火花加 工大，因而可以有效地减小短路率。通过压缩空 工大，因而可以有效地减小短路率。 气、氧气或氮气与水所生成的雾气具有成本低的 优势。与传统电火花加工相比， 优势。与传统电火花加工相比，喷雾电火花加工 可大大减少火灾发生的可能性。 可大大减少火灾发生的可能性。
3.曲线孔点火花加工
日本大阪大学T. Ishida 等[11]突破传统观念中认为钻孔方 法只能加工直孔的观念，发展了一种新加工方法，即用电火 花加工的方式加工曲线孔，其试验装置如图16 所示。
图17 加工效果图 图16 曲线孔加工装置原理图
4.超硬磨料砂轮电加工修整加工
图19在线电火花砂轮修锐(In-process electro-discharge dressing，IEDD) 图18 在线电解修整（Electrolytic inprocess dressing，ELID）
1.2 用反拷法加工微细陈列电极
日本京都工业大学的研究人员与松下电器分别研 究了利用反拷法来陈列微细电极的方法。其原理就是 首先利用WEDG法制作出单根微细电极，然后在中间 工具电极板上加工出阵列孔，再利用具有阵列孔的中 间工具电极对最终电极进行反拷加工，从而生成高质 量的微细陈列电极。图2为利用这种方法加工出来的 微细陈列电极和利用微细陈列电极加工的微细陈列孔。 由于可以利用中间工具电极的较小孔深加工出长径比 高得多的微细圆柱电极陈列，因此这种方法所制作出 来的电极陈列可以用于多次加工。
LIGA和UVLIGA和UV-LIGA
曝光光源
曝光光源
光刻 掩模版
照射
SU-8胶
感光胶
显影
刻蚀
基底
电铸
金属 电铸
去胶 金属器件
wenku.baidu.com
结构
2 超低电压微细电火花加工方法
进一步缩小单脉冲去除量是微细电火花加工向更 加微细乃至纳米尺度加工方向发展的重要一环。然而 由于分布电容的存在。实际能够获得的加工间隙等效 电容很难做得很小。因此难以获得更小得单个脉冲放 电能量。日本学者江头快（Kai Egashira）与水谷腾己 （Katsumi Mizutani）利用低电源电压技术进行了放电 加工得实验。得到了电源电压在5V以上时，用直径 Ø15µm或7µm得钨金属电极，可以进行平均电极进给 速度为5µm/min的放电加工的事实；并采用20V的电源 电压，加工出直径为Ø1µm的微细轴，如图8所示。
东京大学内村明高和增泽隆久等人开发 了微细电火花车床，回转类工件在加工中被 装夹在主轴上，利用工具电极对被加工地各 回转面进行加工，也可以对工件进行分度加 工出特定地形状。该 方法不仅能够进行外 表面加工，还能进行内阶梯孔加工。图11为 利用微细电火花车削加工的样件。
二、新加工工艺
1.集束电极加工
3 微三维结构的微细电火花加工
上世纪90年代中期东京大学增泽隆久和余祖元发 明了等损耗电极补偿技术和分层铣削方法，从而使复 杂微细三维结构的电火花加工技术取得了重大突破。 在实际加工中，往往电极的损耗很大，严重地影响加 工精度。因此合理地进行加工轨迹的规划并进行电极 损耗的补偿，是提高微细三维结构电火花加工精度的 核心技术。采用专门设计的微细电火花铣削CAD/CAM 系统是保证加工精度、提高加工效率的关键。哈尔滨 工业大学杨洋博士所开发的微细电火花铣削专用 CAD/CAM系统能够针对微三维结构的形状，选择最优 的加工路进，从而保证自由曲面的加工精度。图10是 利用微细电火花铣削方法在长轴为1mm的椭圆截面上 加工的人脸浮雕自由曲面。