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1、常熟理工学院毕业设计（论文） 本科毕业设计（论文） 题目 微尺度群凸起电火花加工试验设计 1常熟理工学院本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明： 所呈交的本科毕业设计(论文)，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人签名： 日期： 常熟理工学院本科毕业设计(论文)使用授权说明本人完全了解常熟理工学院有关收集、保留和使用毕业设计(论文)的规定，即：本科生在校期间进行毕业设计(论文)工作的知
2、识产权单位属常熟理工学院。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业设计(论文)被查阅和借阅；学校可以将毕业设计(论文)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计（论文），并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。保密的毕业设计(论文)在解密后遵守此规定。本人签名： 日期： 导师签名： 日期： 微尺度群凸起电火花加工试验设计摘 要随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，这就使得传统的机械加工难以持续。微尺度群凸起电火花加工作为新的一门技术，通过电极间的重复脉冲放电腐蚀材料，能够更
3、精细的对工件进行加工。在本工作中，首先设计出专用夹具，通过电火花加工技术对微型散热器的圆柱表面实施微凸起加工。构建出凸起形状为边长200 um的正方形，且凸起间距也是200 um，并且通过一次装夹同时完成圆柱的轴向与周向两道加工工序。最终在圆柱表面加工出微凸起结构，经电子显微检测凸起间距以及长和宽大约都为200 um,高大约为150um的立体，符合实验设计要求，实现了设计的预期目标。关键词：群凸起 夹具 电极Micro EDM Experimental Design GroupAbstractWith the development of industry and the progress o
4、f science and technology, there are more and more workpiece with complex structure and special technology, which make the process to prepare these workpiece becoming more difficult for traditional mechanical processing methods. Micro EDM group is a new technology with high precise processing, which
5、process workpiece through repeated pulse discharge between electrodes and workpiece to corrode material.In this work, a special fixture has been designed, which can process the cylindrical surface to attain the micro convex configurations on the surface of cylindrical using electric spark machining
6、technology. These micro convex configurations are squared and the side-length is 200 um. The distance among these micro convex configurations is also 200 um. Through our designed fixture, the process for axial and circumferential are employed at the same time. Indeed, micro convex configurations, wh
7、ich the side-length,and distance are 200 um ,height is 150 um are prepared and confined by electron microscopic detection. The aim of this work has been achieved.Keywords: group raised; fixture; electrode目录第一章 引言11.1 电火花加工简介11.2 电火花加工原理11.3电火花的加工特点及形势31.4设计的内容及目的4第二章 微凸起结构的加工技术52.1 微凸起结构的研究及应用52.2 几
8、种微凸起结构的加工方法52.2.1 电火花成型加工52.2.2 超声加工72.2.3 电火花放电加工82.3 微凸起结构加工方法的选择8第三章 加工电极的制作103.1 电极的制作方法及选择103.2设计和制作电极113.3 电极的标准制作与安装13第四章 夹具的设计144.1 夹具的功用144.2 装夹144.3 加工夹具的设计154.3.1 整体设计154.3.2 选择电机164.3.3 选择轴承164.3.4 设计主轴174.3.5 设计箱体184.3.6 设计零部件184.4 夹具设计总结19第五章 加工工艺205.1 工艺参数205.2 加工微凸起的步骤205.2.1 周向加工205
9、.2.2 轴向加工215.3 电参数的正确匹配215.4 检测与分析225.4.1 检测方法225.4.2 检测结果225.4.3 小结24第六章 设计总结与展望256.1 设计总结256.2 展望25参考文献26致 谢27IV第一章 引言1.1 电火花加工简介电火花加工是经历了人们从生产改革到科技文明的一门新的学科，新的技术。数十年的发展路程，使得它能够更好地被人们所接受并加以应用，完善生产操作，促进效率。十九世纪后期，人们通过对光电应用的研究，发现开关解电器的触点在打开的时候会产生放电效应，使得接触点烧蚀，损坏了接触面。这种放电效应在电极产起的烧蚀现象我们称之为电腐蚀。在开始一段时间，电腐
10、蚀是被人们认为有害的，针对健康环保，减少和避免该类电腐蚀，人们开展了对电腐蚀产生的原因和防止的办法的研究。在人们了解了它的规律之后，开始转变研究方向，将电腐蚀用到生产过程中，转害为利。研究结果表明，当两个正负极放电的时候，通道里面会在瞬间产生极多的热量，这些能量足以使得电极材料表层发生局部的熔化或汽化；同时，这些熔化或汽化的材料碎屑会能脱离电极的表面，形成我们所能看到的放电腐蚀形成的坑穴。在二十世纪四十年代初，人们通过对电火花的进一步研究，认识到了在液体介质中进行重复性脉冲放电，可以对导电材料进行相对的尺寸加工， “电火花加工法1”由此产生，并将得到发展应用。1.2 电火花加工原理图1- 1
11、电火花加工的原理图电火花加工是利用低压和液介所形成的火花放电来对材料进行标量尺寸的腐蚀，达到预期的加工目标，我们称这种方法为电火花加工法。如上图1-1所示，电火花加工原理可详述成以下几个工序，其中图1-1(a)为加工原理的模拟框图。(1) 两极间介质的电离、击穿所形成的放电通道(图1-1(b)。接通脉冲电压，工具与工件各自的电极慢慢靠拢（维持放电间隙在0.010.05mm），这导致它们之间的电场强度会逐步增大，不过受两极的细微表面是凹凹凸凸的影响，两极间最近的A、B两点处电场强度是所有里面最大的。两极之间所存在的介质是液体的（通常用煤油，矿物油或去离子水），众所知道，这样的液体介质中或多或少地
12、会含有微分子，自由电子等其他杂质。在强大的电场力作用下，正粒子（带正电）和负粒子（带负电）会出现分离，随着电场强度增大，带电粒子也就变多，最终会使得液体介质电离和击穿，出现放电通道。因为通道的截面太过细微，通道内受热膨胀所形成的压力最高可达几万帕，这样的情况下，高温高压的放电通道以一个难以想象的速度扩展，产生一个强烈的冲击波辐射到四周。在放电的同一刻，还伴随着产生光以及声效应，由此造成了我们习以为常看得见的电火花。(2) 电极工具材料的熔化和气化所导致得热膨胀 (图1-1(c)、(d)。当液体介质中形成放电通道的那一刻，通道间的那些带负电的粒子会向正极运动，同时带正电的粒子也就向负极运动，这样
13、的运动中，各粒子之间磕磕碰碰，导致热量的产生，相应的周边温度升高，通道里面环境发生剧变，一瞬之后，高温达到一个极限（10107Wmm）。这样的情况下工作液先出现汽化，进一步发生气化，高温范围向周边延伸出去，金属材料的表层逐步开始出现熔化以及气化。最终气化后的金属蒸气和工作液会一瞬间体积增长，导致了形如爆炸的性质。因此在观察电火花加工的时候，我们能够很明显地看到工件与工具电极之间有烟出现，同时伴有轻微的爆炸声。(3) 电极工具局部材料的抛出(图1-1(e)。当正负电极之间产生电火花，放电通道便会产生高温高压的情况。通道的中心与边缘存在着一个温差，这个温差也造成了压力差，致使上述的蒸汽液之类向外排
14、出，甚至是被抛出去。在这个加工过程中，我们可以通过仔细观察，很明确地看到四处溅射的橘红色火花，这些便是被抛出的不需要的电极局部材料。(4) 两极之间所存在液体介质的消电离(图1-1(f)。在上面的过程结束后，也意味着放电的结束，那些废液之类会渐渐流出，最终冷却下来，恢复到原来的样子，即绝缘态。倘若在这个过程中，腐蚀所造成的产物以及废液没有能够得到尽快的排出，使得热量也同样不能有效地被疏导，这样局部的介质便会超出标准的热容量，致使其他介质，就是所谓的工作液因为高温而分解积炭，加工无法正常进行，并且有损电极。因此为了保证电火花加工过程的正常持续进行，在两次放电之间必须有足够的时间间隔让电腐蚀产物完
15、全充分排出，恢复放电通道的绝缘性能，使工作液体介质消电离2。从上述加工原理可以看出，进行电火花加工所具备得三个必要条件： (1)采用脉冲电源，放电时间控制在10-710-3 s；(2)控制自动进给调节装置，通过该设施使得工件与工具电极之间放电间隙维持在一个很小的范围内；(3)放电过程必须具备在相应的绝缘介质中，一般来说，绝缘度在10107 m ，从而实现加工过程的稳定。1.3电火花的加工特点及形势区别于机械加工，电火花加工是一种完全不同的新工艺。 随着科学技术和先进生产力的不断提高，对于性能更高的材料也有了新的生产理念。先进的生产力对于实现加工更为精细严格。传统的加工渐渐不能适应新社会的要求。在人们逐步摸索之中，电火花加工作为一类新的工艺展现在人们面前。一般来说电火花加工主要特点：可以加工任何韧、强、脆、硬和纯等高性能的导电材料
