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微细电火花加工的底面轮廓模型及定长补偿方法

时间:2015-10-10 15:09:00 来源:中国打火机网

  大部分的微制造技术如刻蚀、沉积、光刻和激光技术等,都适合二维构件的大批量制造;但这些技术一般都无法加工三维微细零件。传统的制造手段由于微细工具的机械强度低、易产生变形、发热等问题,也无法加工微细金属零件。

  微细电火花加工技术是依靠电蚀作用而非机械接触来蚀除工件材料的,由于加工中无宏观力,所以微细工具与工件的变形问题迎刃而解。这种加工技术可用于加工任何导电的材料,而不论其硬度与强第一:裴景玉,女,1973年生,副教授。

  *第12届全国特种加工学术会议优秀论文度。近些年来,微细电火花加工技术发展迅速;国内外学者从加工机理、加工策略、电极制备、脉冲电源、控制系统、电极伺服、装置装备等多方面进行了探索。日本东京大学增泽隆久教授发明了线电极电火花磨削技术(WEDG);日本东京大学余祖元博士、增泽隆久教授等提出了电极等损耗概念,并据此实现了微三维结构的电火花铣削加工;比利时鲁汶大学加工出多种微小零伴4.在国内,南京航空航天大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、大连理工大学、清华大学等单位在微细电火花加工方面也进行了卓有成效的探索(2)式(4)可被简化成:A°d/对式(5)积分,可得:根据初始条件/= 0时,z=AZ,最终得到z关于/的方程:1.2定长补偿方法及分析仿真bookmark2如前文所述,分层补偿方法较为粗略,精度不高。现将补偿的次数增加,从每层补偿一次,增加为每层补偿多次。如所示,当理想工件体积对应的电极损耗量达到某个设定值/e时,就补偿一次,补偿量为/e;这里称之为补偿精度。对于确定的补偿精度,可通过计算得到对应的加工长度L这里称之为补偿长度。由于这种补偿方法是在加工定长度L后,补偿一次,且补偿量为/e,所以称之为定长补偿方法。

  根据端面扫略方法,分层厚度在不大于放电间隙的情况下,可认为损耗只发生在端部,从而不影响电极的形状;所以分层厚度Az应小于单边放电间隙a 10、20Pm时,工件底面轮廓随加工长度变化的曲线。

  由可知,在加工初始阶段,随着加工长度的增加,工件底面迅速上升;随后上升趋势变缓,无限接近0.在参数相同的情况下,分层厚度Az越大,则曲线初始斜率越大,表明损耗越明显。可见加工设定长度的窄槽时,实际加工的工件体积要远小于理想的加工工件体积。

  应的补偿长度为L.根据式(10),可列出:给出了采用定长补偿方法后的底面轮廓仿采用修正的定长补偿方法时底面轮廓的仿真由可看出,采用定长补偿方法后,最大加工深度等于设定的分层厚度。整个加工过程中,底面轮廓的变化范围等于补偿精度/e.为了进一步研究定长补偿的特性,分别仿真了补偿精度le和分层厚度4对底面轮廓的影响。

  时,采用定长补偿方法所形成的底面轮廓仿真图。

  由可知,补偿精度越小,底面轮廓的变化幅值就越小,尺寸精度也越高。所以在采用定长补偿方法时,宜选用小的补偿精度,从而得到更好的底面尺寸精度。

  采用定长补偿方法所形成的底面轮廓仿真图。

  不同补偿精度下的定长补偿仿真结果由可知,在不同的分层厚度下,底面轮廓变化幅值相同,等于补偿精度ie.如考虑实际加工深度,那么可得出结论,随着分层厚度的增加,底面轮廓的尺寸误差基本相同,但相对误差降低。所以在端面损耗理论约束的范围内,增大分层厚度,可降低每一层的尺寸相对误差,从而增加整个型腔的尺寸精度。

  2.本文中所有实验电参数设置相同,电极损耗率在相同的加工条件下也将保持不变。

  表1微细电火花加工电参数表参数名称数值加工电压/V峰值电流/A脉冲宽度/Ps脉冲间隔/Ps 2.2测量体积损耗率的实验以上述加工参数在机床上连续加工n个深度为H的孔,利用机床的接触感知功能得到加工前后电极的轴向损耗量AL.可知单个孔的电极损耗量A/=AL/n.采用三维数字测量仪可测得加工出的孔径,因而可计算出单边放电间隙根据式(1)可计算出体积损耗比500Pm.测得:Al=1330Pm,=21Pm最终得体积损耗比v=0.17.2.3无补偿情况下,窄槽的加工实验=20Pm时,无电极补偿时的加工结果照片。其中a为俯视照片;b为将工件沿槽中心剖开后,在显微镜下的剖面侧视照片。从图片中可看出,单层单道无补偿时,随着电极扫略长度的增加,电极损耗量增加,加工深度逐渐变浅。当损耗量大于放电间隙时,电极端面不再放电。剖面为指数曲线,与理4采用定长补偿方法,单道加工实验实验条件同上,选择补偿精度le为1Pm计算出补偿长度L.根据计算结果,编写加工程序,进行单道定长补偿加工实验。实验中,电极扫略总长度为4 000Pm、0为采用定长补偿方法的力口工结果;其中为俯视照片,0为单道加工剖面侧视照片。

  (a)俯视照片(b)剖面侧视照片单道无补偿加工结果照片1为同样条件下采用定长补偿方法所加工出的实例。

  从、、0可看出,加工所得窄槽底面平整,适时补偿的方法补偿到位,与理论分析相符。

  3结论根据理论分析及实验,可得到如下结论:无补偿时,所加工窄槽的剖面为一指数曲线,随着加工长度的增加,加工深度渐减少,直至无限趋向于0.定长补偿方法是指当电极损耗达到设定值le时,就发生一次补偿量为le的纵向补偿。其关键在于得到加工多少长度L时需进行一次补偿。本文给出了L的计算方法及公式。

  采用定长补偿方法的单道窄槽加工结果照片0采用定长补偿方法的单道窄槽剖面侧视照片1采用定长补偿方法的微细电火花加工实例根据仿真分析可知,定长补偿方法加工出的底面轮廓为一幅值恒定的波动曲线;随着补偿精度le的增大,底面轮廓的波动范围也越大;在符合端面损耗理论的范围内,分层厚度越大,加工相对误差越小。

  一系列的实验结果表明,无电极补偿条件下建立的底面轮廓模型正确;定长补偿方法提高了加工尺寸精度和形状精度,补偿方法可行,并为后续的单层多道实验及多层多道实验奠定了基础。

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