线电极电火花磨削技术在微细加工中的应用

线电极电火花磨削技术在微细加工中的应用

贾宝贤1,胡富强2,王振龙2,赵万生2

(1.哈尔滨工业大学汽车学院,山东威海264209;

2.哈尔滨工业大学机电学院,黑龙江哈尔滨150001)

摘要:介绍了线电极电火花磨削(WED G)技术的工作原理、主要特点和在不同微细加工技术中的应用,从侧面反映了微细加工技术的发展现状。

关键词:线电极电火花磨削;微细加工;特种加工;微细切削

中国分类号:TG66

WED G T echnology and Its Applications in Micromachining

Jia Baoxian1,Hu Fuqiang2,Wang Zhenlong2,Zhao Wansheng2

(1.Harbin Institute of Technology(Weihai),Weihai264209,China;

2.Harbin Institute of Technology,Harbin150001,China)

Abstract:In this paper,the authors present the working principle,characteristics and the appli2 cations in micromachining of wire electro discharge grinding(WED G)technology.This paper shows the development status quo of micromachining on some sides.

K ey w ords:WED G;micromachining;nontraditional machining;micro cutting

精密化、微型化是当今机电产品的重要发展方向之一。在航空航天、电子通讯、光学、医学、模具等诸多技术领域,许多零件都需采用微细加工技术,而微细加工需要微细工具,例如微细电火花加工、微细电化学加工需要微细电极;微细电铸需要微细型芯;微细超声加工需要微细工具等等。1984年,日本东京大学增泽隆久等人开发出线电极电火花磨削(WED G)技术[1],成功地解决了微细工具的在线制作问题。这项技术的突破不仅使微细电火花加工进入了实用化阶段,而且也为其他微细加工技术提供了技术支持,因而WED G技术已成为微细加工领域的研究热点之一。包括我国在内的微细加工研究人员研制了多种形式的线电极电火花磨削装置,极大地促进了该项技术的推广应用与技术进步。

1　WED G技术的工作原理和特点

WED G的加工原理如图1所示。加工过程中,

收稿日期:2005-08-10

第一作者简介:贾宝贤,男,1961年生,副教授。线电极沿导向器槽缓慢连续移动,移动速度一般为5～10mm/min。金属丝的单向移动,使得在加工过程中

,不必考虑工具电极损耗所带来的一系列影响。导向器沿微细轴的径向作微进给,而工件随主轴旋转的同时作轴向进给。通过控制微细轴的旋转与分度及导向器的位置,可以加工出不同形状的电极。

图1　WED G的工作原理图

由WED G的工作原理,得出其具有以下特点:

(1)由于是在线制作方式,可以保证微细轴的几何轴线与主轴的回转轴线始终重合,避免了二次装夹造成的偏心和倾斜等误差,这是WED G技术可以实现微细加工的关键所在。

(2)连续运丝方式,补偿了电极丝自身的放电

损耗,可确保微细轴的尺寸精度,同时避免了集中放

电或短路,有利于放电加工的持续进行。

(3)电极丝与微细轴之间为点放电加工,微细轴的形状仅与成形运动的轨迹有关,可加工多种形状的电极,如圆柱形、圆锥形、棱柱状、螺纹状及带有斜度的电极(需配置多轴联动数控系统),易于实现工具电极自动化成形。

(4)通过控制放电规准,减小放电能量,则可加工出极微细的工具电极。

(5)旋转主轴的径向跳动、线电极丝的直径均匀度及走丝的平稳性都会影响工具电极加工精度和可能达到的极限尺寸。

(6)由于加工时是点放电,

其加工速度与块电极磨削法相比较慢。

2　WED G 技术在微细加工中的应用

2.1　在微细电火花成形加工中的应用

WED G 技术对提高微细电极的微细程度和精

度非常有效。日本东京大学增泽隆久等人用该技术加工出了直径2.5μm 的微细轴,并用该微细轴加工出了直径5μm 的微细孔[2]。Langen 等人用WED G 技术结合电火花成形技术加工出了图2所示的微型坡莫合金转子[3]。转子的外径是直接用WED G 加工的,加工中心孔和磁极所用的工具也采用了WED G 技术。

图2　以WED G 技术为主加工坡莫合金转子[J ]

国内哈尔滨工业大学、南京航天航空大学、清华大学等也相继对WED G 技术进行了研究,并取得了一定的进展[4-6]。哈尔滨工业大学研制了分体式WED G 装置,利用该装置可稳定地加工出直径15μm 的微细电极,利用这种简单形状的棒状电极能加工出微细三维结构[6]。在微细电火花形成加工中,利用WED G 技术可以制作微细成形电极,用于加工各种异型微孔。2.2　在微细超声加工中的应用

1996年,日本东京大学生产技术研究所在检验

利用微细超声加工技术所能达到的微细程度时,在超声加工机床上,利用WED G

在线加工出微细工具,在硅和玻璃上加工出了直径15μm 、深度为32μm 的微孔,由于工具折断实验被迫中止[7]。1998年又成功地加工出了直径5μm 的微孔[8]。用超声技术在脆硬材料上加工微三维型腔,一般采用简单形状的工具配以机床的多轴联动。这种加工可以使工具制备和超声加工在同一台机床上完成,由于工具不需要二次安装,因此易保证加工精度

,很适合微三维结构的加工。日本东京大学生产技术研究所利用圆柱形工具在厚度为300μm 的硅质基片上加工出的微涡轮机壳体,其中心孔直径大约80μm ,气道为200μm 深,100μm 宽[7]。图3是利用直径50μm 的圆柱工具(图3a )在硅质晶片上加工出的1/8球体(图3b )[9]。

(a )(b )

图3　用WED G 制作的微细工具以及其用超声

加工的微三维结构[9]

2.3　在微细电解加工中的应用

在微细电解加工中所用的微细工具电极,目前常用两种方法制备。一种是微细电解,其特点是表面质量好,但不易获得较高的尺寸精度,且一般只能制备圆形截面的电极。另一种是微细电火花加工,其中用WED G 法可制备不同截面形状的电极,且能获得较高的尺寸精度。图4是使用WED G 技术制备的微细电极以及其用电解加工的微三维结构[10]。

(a )(b )

图4　用WED G 制备的微细电极以及其用电解

加工的微三维结构[10]

2.4　在微细电铸中的应用

对于用传统的去除加工方法无法达到的场合,