[發明專利]微細射流電極電火花加工裝置

有效

• 申請號: 201410190161.1
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN103962658A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 吳德志;黃少華;肖志明;鄭高峰;陳藝慧;劉益芳;孫道恒
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B23H1/00
• 分類號: B23H1/00;B23H9/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 劉勇

技術領域

本發明涉及電火花加工設備，尤其是涉及一種微細射流電極電火花加工裝置。

技術背景

隨著現代科技的不斷發展，微機電系統和大面積柔性薄膜器件需求出現爆炸式增長。微加工中制作微細圖案一般采用光刻工藝、電子束加工和微細電火花加工等，但對于僅需簡單圖案(如矩形或直線)的小規模試驗研究而言,光刻工藝需要掩模板、光刻膠、曝光機等，電子束則需要真空環境，十分耗時，而且成本高。微細電火花加工宏觀受力小、環境要求不高，但其存在微電極加工耗時、電極難以達到微納米級別和電蝕導致電極直徑變化影響加工精度等問題。中國專利CN1290583公開了一種基于數控技術的電火花加工電極補償方法，該方法是先利用現有的CAD/CAM軟件生成加工電極的數控刀軌，然后根據電火花成型加工中電極的搖動方式和搖動量，采用相應的算法對數控刀軌進行補償，具有實施簡單可靠的特點，但仍存在電極難加工、成本昂貴等問題。文獻(T.Masuzwa,M.Fujino,K.Kobayashi.Wire Electro-Discharge Grinding for Micro-Maching.Annals of the CIRP.1985,43(1):431-434)報道了日本東京大學生產技術研究所増澤隆久等人研制成功線電極電火花磨削(WEDG)技術。該技術成功解決了微細電火花加工中微細電極制作難的問題，但該技術仍存在著加工效率低下、設備復雜、成本昂貴等缺點。因此尋求一種新的低成本、技術簡單且制作線寬小的微加工技術是微納領域研究人員的追求目標。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中微細電火花加工中電極難加工、電極材料電蝕損耗快、加工圖形尺寸大于金屬加工電極等缺點，提供具有低成本、技術簡單且制作線寬小的一種微細射流電極電火花加工裝置。

本發明設有脈沖信號發生器、金屬針頭、溶液注射器、注射泵、軟導管、Z軸驅動電機、進給調節裝置、夾持裝置、裝置支架、底座、放電狀態檢測裝置、X-Y運動平臺、X軸驅動電機、Y軸驅動電機和控制器；

所述脈沖信號發生器正極與待加工工件連接，脈沖信號發生器負極與金屬針頭相接并接地；溶液注射器固定在注射泵上；金屬針頭通過軟導管與注射器連接，金屬針頭通過夾持裝置豎直固定在進給調節裝置上；進給調節裝置設有絲桿和滑塊，絲桿與Z軸驅動電機輸出軸連接，滑塊與絲桿螺紋配合，放電狀態檢測裝置的檢測端與金屬針頭和待加工工件連接；放電狀態檢測裝置的信號輸出端與控制器相接，進給調節裝置通過裝置支架固定在底座上；X-Y運動平臺固定在底座上，X-Y運動平臺用于待加工工件裝夾，X軸驅動電機輸出軸與X-Y運動平臺X軸方向連接，Y軸驅動電機的輸出軸與X-Y運動平臺Y軸方向連接，控制器輸出端分別與Z軸驅動電機、X軸驅動電機和Y軸驅動電機電連接。

所述脈沖信號發生器采用發出的脈沖信號電壓為0.5～5kV的脈沖信號發生器。

與現有技術比較，本發明的有益效果如下：

當裝置開始工作時，首先打開脈沖信號發生器和注射泵電源，保證溶液注射器內的溶液能從金屬針頭中勻速擠出；接著打開放電狀態檢測裝置和進給調節裝置，控制針尖至加工工件表面的間距滿足預定值；由于溶液與脈沖電源負極相接，工件與正極相接，故溶液在電場的作用下拉伸形成微細射流。當針尖與待加工表面之間的距離足夠近時，微射流呈豎直狀態，將該豎直微射流用做加工電極。在強電場作用下，射流中積聚的負電荷同待加工工件表面薄導電層上積聚的正電荷將間隙間的空氣介質擊穿，形成放電通道。放電通道形成后，放電產生的高能量集中作用在陰陽極表面的放電柱區域內，由于放電柱的截面較窄，熱流密度極大，正負極產生瞬時高溫，從而使得電極材料和工件表面受到電蝕，并在沖擊波、放電爆炸以及外界吹氣的作用下，將碎屑拋出；在脈沖信號電源給出的周期性信號和進給裝置的往復作用下，工作電極周期性的電蝕工件表面；最后，將提前設定好的X-Y運動軌跡程序通過計算機控制器傳輸給X-Y運動平臺，控制工件按照需要的軌跡運動，從而實現工件表面微細圖案的制作。本發明與目前的微細電火花加工裝置相比具有電極無需加工制作、被加工圖案線寬小而易控和加工成本低等優點。本發明是以電液驅動射流為電極的微細電火花加工裝置，可用于MEMS或大面積柔性薄膜塑料等的微細圖案制作工藝。

附圖說明

圖1為本發明實施例結構示意圖。

具體實施方式