[發(fā)明專利]一種微納放電加工孔的方法和系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910307017.0
• 申請日: 2009-09-15
• 公開（公告）號: CN101653847A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 房豐洲;徐宗偉;王慶袆;胡小唐
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: B23H9/14
• 分類號: B23H9/14;B23H7/26;B23H1/02;B23H11/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所
• 代理人: 程毓英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種放電加工孔的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

放電技術(shù)作為特種加工技術(shù)之一在工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。隨著產(chǎn)品微細(xì)化，微納結(jié)構(gòu) 的加工技術(shù)及方法的研究已經(jīng)成為制造領(lǐng)域的主要課題之一。按加工原理的不同，微小孔的 加工分為兩大類：傳統(tǒng)機(jī)械加工和特種加工。在微小孔加工領(lǐng)域，常用的機(jī)械加工方法是鉆 削。而鉆削很難實現(xiàn)高硬度材料的加工，且進(jìn)行微孔加工時為獲得所需切削力，需要采用很 高的轉(zhuǎn)速，同時鉆頭的強(qiáng)度和剛度隨直徑的減小而減小，加工中易折斷。在特種加工中，激 光加工的表面粗糙度差，且在孔的加工中存在隨加工深度的增加而增大的錐角，其加工深度 受輸出功率及聚焦能力的限制；超聲振動加工小孔時刀具磨損大，同時由于受排屑條件制約 ，孔徑很難進(jìn)一步減??；電子束和離子束加工需要真空環(huán)境，實際應(yīng)用中具有局限性；放電 加工因加工過程無接觸應(yīng)力，能實現(xiàn)低硬度工具加工高硬度工件，同時通過控制電極尺寸就 可實現(xiàn)相應(yīng)尺度的微孔加工。

在線電火花磨削是目前加工微細(xì)電火花電極的主要方法，這種方法所加工的電極直徑只 能達(dá)到10¹微米級，同時受材料剛性的影響，電極長徑比有限，從而限制了放電加工微孔的 能力。因此，大長徑比微米、納米級電極的制備成為了放電加工的一個難題。同時，由于加 工孔的直徑太小，利用外部沖液的方式，很難進(jìn)行排屑，使得放電加工過程中排屑問題顯得 更加突出，從而制約了大深徑比微米、納米級小孔加工的發(fā)展。

如果利用某些具有良好的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能的納米線、納米管，作為電火花加工用電 極材料，那么就可以解決微納級放電加工的電極制備困難的問題。例如，目前碳納米管的加 工技術(shù)已十分完善，現(xiàn)有技術(shù)能制備直徑幾個納米到一百納米的納米管，碳納米管束的直徑 也可達(dá)到幾微米，非常適合用于微納放電加工。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對如黃銅、紫銅、鋁、鋼、硬質(zhì)合金等導(dǎo) 電材料，提出一種納米放電加工微米、納米級孔的方法。

一種微納放電加工孔的方法，用于在導(dǎo)電材料上加工孔，包括下列步驟：

將導(dǎo)電性的納米線或納米管固定到導(dǎo)電材料探針針尖上，并將探針固定在電極夾持裝置 上；

將電極夾持裝置置于具有納米級分辨率的電極進(jìn)給位移臺上；

將導(dǎo)電材料工件置于X/Y精密位移臺上；

將脈沖電源的負(fù)極接到探針上，其正極接到工件上；

利用多軸運(yùn)動控制器控制放置有電極夾持裝置的位移臺，由脈沖電源提供放電加工的工 作電壓，并由間隙電壓檢測裝置采集放電間隙電壓，采集到的數(shù)據(jù)被送入工控機(jī)內(nèi)，由工控 機(jī)根據(jù)間隙電壓判斷當(dāng)前放電加工的狀態(tài)，并通過多軸運(yùn)動控制器控制電極進(jìn)給位移臺的移 動，從而控制電極的進(jìn)給，實現(xiàn)穩(wěn)定的納米放電加工孔過程；并由工控機(jī)通過多軸運(yùn)動控制 器控制控制X/Y精密位移臺的移動，實現(xiàn)對工件位置的調(diào)整。

作為優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的微納放電加工孔的方法，將納米管固定到導(dǎo)電材料制成的 探針針尖上，并將探針固定在電極夾持裝置上，在放電加工過程中，導(dǎo)入1～3Mpa壓力的工 作液，將加工液輸入到放電加工區(qū)域，利用工作液的壓力將放電過程中產(chǎn)生的廢屑帶走；所 述脈沖電源的脈寬變化范圍2-30微秒，電壓0-120V，最大輸出電流2A；工控機(jī)根據(jù)當(dāng)前放電 加工的狀態(tài)，利用如下方法控制電極的進(jìn)給：如果放電加工處于正常放電狀態(tài)，則電極保持 當(dāng)前位置；如果放電加工處于開路狀態(tài)，工控機(jī)則向多軸運(yùn)動控制器發(fā)送指令，使電極進(jìn)給 位移臺向前進(jìn)給，則電極向靠近工件的方向移動，以減小放電間隙，直到放電加工從開路狀 態(tài)進(jìn)入正常放電加工狀態(tài)；如果放電加工處于短路、電弧放電狀態(tài)，工控機(jī)則向多軸運(yùn)動控 制器發(fā)送指令，使電極進(jìn)給位移臺后退，則電極向遠(yuǎn)離工件的方向移動，以增大放電間隙， 直到放電加工從短路、電弧狀態(tài)進(jìn)入正常放電加工狀態(tài)。