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1、微、小型模具的电火花加工在复型技术基础上的微型或小型零件的大规模生产越来越多，如热 压成型，微注射成型，块体成型。这些技术主要依靠高温并在加工工具 上加载，尤其是对整体的微小产品更实用。本文对应用微电火花加工技 术在微/小型模具制造领域的技术发展现状提出了一些观点。关键词：微制造;微电火花加工;模具制造微电火花加工(u-EDM)是应用电火花加工技术制造微型和小型零件和结构件。也就是采用加工技术和机床满足微型产品生产的需求 1-3，其次是工具电极的小型化，对比传统 电火花加工，单放电能 量可减小到小于We =100pJ。现代机床一般使用静态脉冲发电机， 它能产生低于1A的放电电流、近似正交的脉冲
2、和0.2秒的放电时间， 因此产生一个最小放电能量大约在We =5pJo 进一步减少放电量是受电器元件和整流率限制的。因此，使用有 10Pf电容的张弛振荡器，在放电电流100mA时,能够产生只有40 ns 脉冲持续时间的脉冲。在最小放电量We =0.1pJ时，单次放电造成 非常小的材料损失，弧坑半径小于2.5pm,，形成一个极小的带宽， 带宽范围从SL=1.5到5pm。为了得到适宜的材料去除率，保证加工 的经济性,必须使用能够产生非常高的脉冲频率的火花发生器。因此 最新的微放电加工发生器能产生fp达到10MHz4啲脉冲频率。微型 电器加工的另一个重要的特点是电极的反向极性。由于传统的长脉宽 电火
3、花加工极性的作用,通常是工具电极阳极充电去增大材料去除 率,以减少电极磨损。微电火花加工时脉宽短,必然因为有热量和构 件的机械稳定性的限制，这一效应正好相反，因此在微放电加工中， 工具电极通常阴极充电。根据被加工件的几何形状，微放电加工采用不同加工变量。下面 介绍这些加工方法的可能性和局限性。1 微丝电子放电加工 微丝电子放电加工（电火花线切割机）的特点是应用直径较小的 电极导线。为了加工最小的切割宽度或者内角，导线的直径dW= 0.1mm到dW=0.02mm。这种方法是最常用的直接生产微型机械装 置和微型冲压工具的方法。为了保证足够的热和机械稳定性，通常导 线电极使用钨或拉仲强度在2000n
4、/mm以上的镀层钢。另外，导线 电极热和机械稳定性限制了可加工构件的高度，也就是当使用直径 dW=0.03导线电极时允许的最大工件的高度大约在5mm。由于金属丝电极只能在一定范围内进行机械预拉伸，那么金属丝 的振动就很容易导致加工精度或表面质量不够，因此，应减少裂口的 公轴冲洗甚至应完全避免，将高精度加工系统和超水平电火花发生器 相结合，在加工精度0.001mm和大于100比率之间完成最小裂缝宽 度0.04mm,构件宽度15um时能够利用金属丝电导加工方法反复加 工，表面粗糙度小于Ra = 0.1um的仅可能采用精整技术，因为它只 有一个相对较高的释放能量的切口和一些减少释放能量的连续整齐 的
5、切口。2 显微压渗用显微电极进行显微压渗主要用于制备进行微注射铸模或热雕 刻，此法可复制大量微小机械部件，所获得的构件的尺寸不仅受腐蚀 方法的限制而且受到电极的设计和制造的限制。时下，不同的显微加 工技术像EDM显微模具，电极制造，甚至LIGA技术被用来生产成 型电极，与传统的电火花压渗相比，尤其使用松弛发生器时，相对磨 损能达到 30%以上，因此，尽管在耐火材料像钨铜或者硬质合金基 础上的高耐磨复合物都难于加工，但很适合进行显微电火花压渗。总 之，由于尺寸小，电极冲洗不太可能，传统的冲洗办法不能应用在显 微冲压模型EDM中。加之极小的裂口宽度，恶劣的冲洗条件对进给 控制要求特别高。3 显微电
6、导钻孔 为了旋转加工对称钻孔和通孔而使用旋转轴销电极是电火花加 工压渗技术的一个特例。这个所谓显微电导钻孔被广泛应用在加工注 射喷嘴和为微丝电火花加工开孔。由于轴销电极最小电极直径小于 25um，尤其可用在电极生产、电极处理和电极定位上。为确保足够 的机械稳定性和耐磨性能，使用硬质合金、钨或者钨铜等作主导材料。为提高冲洗和园整度，旋转轴的旋转速度应在2000转/min以上。 通过CFD技术研究和大量模拟显示，仅靠电极旋转冲洗缝隙仅能在 一定范围改善加工的稳定性。仅仅一个叠加的进给过程中的平移振动 就能有效地将裂口中碎片去除掉。利用这种技术可以加工成型系数为 50 的孔洞4 微电火花造型例如应用
7、在平面展台的玻璃压花过程中的带有各种显微组织的 大型模具，由于其尺寸要求，不能利用导线电火花加工或压渗进行加 工。其工作面过高限制了微电火花加工中电极热稳定性和机械稳定 性，或者由于冲洗效果差和大的活泼电极表面所引起的加工过程不稳 定而使外廓尺寸可以允许使用压渗电极。作为一种选择，显微电导造 型可以在旋转工作电极和工件之间进行单路径控制、大量轴线进给。 这种几何单旋转电极的使用明显地降低了电极生产浪费和成本。而且 可以使用商用电极或者通过电火花打磨加工电极。就像在电火花钻孔 中使用耐磨材料一样。综上，在路径控制运动中根据校正算法通过接 入技术来补偿电极磨损。由于电极的相对运动和敞口造型，与电导
8、钻 孔相比，电火花冲洗不是很关键。由于没有上述提到的局限性，与电 火花显微刻模和金属丝电导加工相比，造型的复杂性相对较高。由于 至今没有可行的粗轧和精加工的技术标准，可以承认显微造型获得的 表面质量与其它显微电导加工方法相比较低。显微电导造型的两个不同的变量是可以进行区别的。当旋转盘电 极的路径控制运动与电火花加工进给过程重叠时，可以加工直线。这 种运动学接近蠕变进给摩擦，这种方法叫显微电导摩擦u-EDG）。电 极盘剖面形成槽钢截面，在成型系数为15 时，可加工的最小槽宽为 50um。对生产稳定性做了一系列的技术调查研究，尤其是对像在显 微射流应用中一样的微槽成型工具的加工中5-6。如果工件造
9、型是通 过旋转销轴电极进行加工的，这个过程叫做显微电火花铣磨。它几乎 可以用作生产任何三维尺寸的构件7，通过销轴电极尺寸和缺口宽度 可以确定构件的最小尺寸。目前，可以使用通过电火花打磨加工的最 小直径 0.1mm 的销轴式电极，因此，适当的路径控制运算法则、进 给控制方法和磨损补偿技术的发展是目前调查研究的核心。5 显微电导压铸电导钻孔和电导铣磨的先决条件是几何定义电极的可行性。因为 电极造型和电极夹具偏离与真正运行精度有关，而使用这种电导压铸 技术直接生产电极可以避免这个问题，可以使用硬质合金块进行电导压铸，在旋转电极上使电极极点交 换倒置形成磨损。使用这种技术，可以减少压铸时间，因为接触区
10、域 较大并且有较高的电导能量。另一方面，复杂剖面的电极不可使用这 种技术加工。而可供选择的方法是金属电导摩擦，也就是通过旋转电 极在无线圈金属电极上来加工。这种技术与大块电极相比，缺点是金 属丝电极产生有限的热稳定性和加工稳定性而使电导能量较小。接触 面积小也会导致压铸速度较低，因此，普遍使用多步压铸方法。首先， 用硬质合金大块电极用于进行粗磨，其次，通过无线圈金属丝电极进 行电极成形。目前，用这种技术可以加工最小直径为20um的成型 系数（高宽比）为 30 的销轴式电极，相似的技术也可以用来生产形成 微小圆柱件成型工具。6 结合语 本文研究了各种微电火花加工方法。主要研究的是它的实际运用 部分，而不是理论研究。结果表明，微电火花加工是一个非常具有潜 力的加工技术，尤其对微型件复制的小型模具的加工。
