專利名稱：一種用于成型微結(jié)構(gòu)的模具鑲塊電火花加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于特種加工與微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種采用多工位組合方法制作電極以及利用此電極加工用于成型微結(jié)構(gòu)的模具鑲塊的方法。
背景技術(shù)：
注塑與熱壓成型技術(shù)作為批量生產(chǎn)微結(jié)構(gòu)塑件的主要技術(shù)，已日益得到廣泛的應(yīng)用，其中微結(jié)構(gòu)模具鑲塊的加工精度與質(zhì)量是成型微結(jié)構(gòu)塑件的關(guān)鍵。這類模具鑲塊因具有局部微結(jié)構(gòu)，形狀與尺寸精度要求嚴(yán)格，給加工帶來很大難度。若采用精密機(jī)械加工，則存在加工精度難保證、加工效率低下、無法加工銳邊銳角結(jié)構(gòu)的不足；而電子束與離子束加工需要在真空條件下進(jìn)行，實(shí)際應(yīng)用有局限；激光加工的形狀精度與表面粗糙度通常較差。 目前制作微結(jié)構(gòu)鑲塊的主要技術(shù)是LIGA與UV-LIGA技術(shù)，但這兩種技術(shù)也存在以下不足之處價(jià)格昂貴，尤其是LIGA加工需要同步光源；光刻與電鑄工藝過程復(fù)雜、操作難度大；電鑄層材料僅限于銅、鎳及其合金，硬度低、易損壞、難修復(fù)、壽命短。目前，隨著電加工技術(shù)的發(fā)展，利用電火花技術(shù)可對模具鑲塊上的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工。但是由電火花加工的放電機(jī)理可知，加工過程中電極損耗是不可避免的，在電極邊緣由于尖端放電容易，電極損耗更為嚴(yán)重；單電極持續(xù)放電加工經(jīng)常導(dǎo)致電極形狀發(fā)生巨大變化，被加工工件精度難以保證；高硬度、高熔點(diǎn)材料電極也只能在一定程度上改善電極損耗。因此一般采用更換電極來補(bǔ)償電極損耗，即采用多電極更換法來提高加工精度，但多電極更換法帶來的重復(fù)定位誤差使此方法在微細(xì)加工中難以應(yīng)用；且在線制作、修復(fù)電極困難，實(shí)際應(yīng)用受限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種采用多工位組合方法制作電極以及利用此電極加工用于成型微結(jié)構(gòu)的模具鑲塊的方法。目的是克服多電極更換法造成的重復(fù)定位誤差，提高微結(jié)構(gòu)的加工精度。本發(fā)明的技術(shù)方案如下步驟1，電火花線切割加工多工位組合電極電極材料可選用銅或銅鎢合金板料； 針對模具鑲塊上擬加工的微凸起結(jié)構(gòu)，電極設(shè)計(jì)為對應(yīng)的窄縫結(jié)構(gòu)，窄縫寬度為微凸起寬度與電極縮放尺寸之和；使用電火花線切割在同一塊電極材料上加工出窄縫寬度依次遞減的多個(gè)放電工位，窄縫寬度遞減值與電火花成形中由粗加工到精加工的電極縮放尺寸的變
化量相當(dāng)。步驟2，通過極性轉(zhuǎn)換電火花放電加工微凸起結(jié)構(gòu)鑲塊材料選用模具鋼，鑲塊通過專用夾具裝夾到電火花機(jī)床主軸頭上；將步驟1中線切割加工好的電極裝夾到電火花機(jī)床工作臺(tái)上，打開機(jī)床極性反轉(zhuǎn)功能，啟動(dòng)機(jī)床，鑲塊在主軸頭帶動(dòng)下向電極伺服進(jìn)給，依次完成各工位的放電加工。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較有如下有益效果在一塊電極上組合多個(gè)放電工位，更
3換放電工位而不更換電極，既補(bǔ)償了電極損耗又避免了更換電極造成的重復(fù)定位誤差；電極通過電火花線切割加工，各工位間相對位置準(zhǔn)確、窄縫尺寸精度高、寬度一致性和側(cè)面質(zhì)量好；鑲塊向電極伺服進(jìn)給，避免了體積與重量較大的多工位電極高速伺服進(jìn)給慣性力帶來的振動(dòng)誤差；模具鑲塊及所加工出的微結(jié)構(gòu)的材料皆為模具鋼，硬度高、壽命長；通過多次電火花成形加工，微結(jié)構(gòu)鑲塊表面質(zhì)量好，并且有鏡面效果。


圖1是電火花多次放電加工鑲塊示意圖。圖2是線切割加工組合電極示意圖。圖3是微流控芯片模具微結(jié)構(gòu)鑲塊示意圖。圖中1模具鑲塊；2專用夾具；3組合電極；4脈沖電源；5鋼質(zhì)墊塊；6磁力吸盤； 7電極絲；8導(dǎo)絲嘴；9微凸起結(jié)構(gòu)溝、13、(3、(1、6^工位。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案與

本發(fā)明的具體實(shí)施過程。本實(shí)施過程以聚合物微流控芯片模具微結(jié)構(gòu)鑲塊加工為例，如圖1所示，模具鑲塊1由專用夾具2夾持，在模具鑲塊1與組合電極3間接有脈沖電源4形成放電回路；組合電極3與鋼質(zhì)墊塊5通過螺釘連接，然后吸附在磁力吸盤6。電極絲7穿過導(dǎo)絲嘴8加工窄縫，如圖2所示。最后得到特征結(jié)構(gòu)為基面上的微凸起結(jié)構(gòu)9，微凸起結(jié)構(gòu)特征尺寸為， 高70μπκ寬ΙΙΟμπι。對應(yīng)工件微凸起結(jié)構(gòu)，組合電極3局部有窄縫結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)多電極更換加工，電極設(shè)計(jì)為六個(gè)寬度遞減的窄縫結(jié)構(gòu)，如圖2所示。第一、在組合電極3上，電火花線切割加工設(shè)定寬度的六個(gè)窄縫；(1)本實(shí)施中，電極為長150mm寬70mm高8mm的紫銅板料，先精密磨削、拋光板料的上表面至表面粗糙度RaO. 2 μ m以下；(2)電極絲7為直徑0. IOmm的黃銅絲，依次從a、b、c、d、e、f六個(gè)工位的穿絲孔穿入進(jìn)行線切割加工，根據(jù)不同的線切割程序切割出六個(gè)窄縫，窄縫寬度依次為a 0. 40mm、 b 0. 30mm、c 0. 24mm、d 0. 20mm、e 0. 18mm、f 0. 18mm。第二、電火花放電，依次進(jìn)行六次成形加工；(1)本實(shí)施中，模具鑲塊1選用高級塑料模具鋼NAK80，預(yù)處理硬度38 42HRC，長 30mm寬20mm高IOmm ；對其上表面精密磨削、拋光至RaO. 1 μ m，通過專用夾具2裝夾到電火花機(jī)床主軸上；(2)將第一步中加工好的組合電極3通過鋼質(zhì)墊塊5裝夾到電火花機(jī)床磁力吸盤 6上；編制加工程序，程序共六部分，分別對應(yīng)六個(gè)工位，加工方向?yàn)閆軸負(fù)方向，啟動(dòng)機(jī)床自動(dòng)完成六次加工；(3)加工過程中，采用正方形搖動(dòng)加工模式，模具鑲塊1沿Z軸負(fù)方向向組合電極 3進(jìn)給，初始a、b兩工位選用較大的放電參數(shù)，電蝕掉大部分材料，為粗加工；中間c、d兩工位兼顧速度與精度，半精加工；后兩工位e、f選用較小的放電參數(shù)，主要對微凸起結(jié)構(gòu)9與模具鑲塊1基面進(jìn)行修整，提高尺寸精度與表面質(zhì)量。經(jīng)以上兩步獲得的微流控芯片模具微結(jié)構(gòu)鑲塊主要特征為鑲塊與微結(jié)構(gòu)材料均為NAK80 ；鑲塊基底表面質(zhì)量優(yōu)良，表面粗糙度為RaO. 15 μ m，并且有鏡面效果；基底上有微凸起結(jié)構(gòu)，微凸起結(jié)構(gòu)寬度一致性好。
權(quán)利要求
1. 一種采用多工位組合方法制作電極以及利用此電極加工用于成型微結(jié)構(gòu)的模具鑲塊的方法，該方法分為電火花線切割加工組合電極(3)與電火花成形加工微結(jié)構(gòu)(9)兩步， 其特征在于所述組合電極(3)包括多個(gè)放電工位；所述模具鑲塊(1)與所加工出的微凸起結(jié)構(gòu)(9)材料均為模具鋼；所述電火花成形加工中僅更換放電工位而不更換電極；所述電火花成形加工中模具鑲塊(1)與組合電極(3)位置互換。工藝流程如下(一)電火花線切割加工多工位組合電極(3)組合電極(3)材料可選用銅或銅鎢合金板料，針對模具鑲塊(1)上擬加工的微凸起結(jié)構(gòu)(9)，電極(3)設(shè)計(jì)為對應(yīng)的窄縫結(jié)構(gòu)，窄縫寬度為凸起寬度與電極縮放尺寸之和；使用電火花線切割在同一塊電極材料上加工出窄縫寬度依次遞減的多個(gè)放電工位，窄縫寬度遞減值與電火花成形中由粗加工到精加工的電極縮放尺寸的變化量相當(dāng)。(二)通過極性轉(zhuǎn)換電火花放電加工微凸起結(jié)構(gòu)(9)模具鑲塊(1)選用優(yōu)質(zhì)模具鋼， 模具鑲塊⑴通過專用夾具⑵裝夾到電火花機(jī)床主軸頭上，組合電極⑶與鋼質(zhì)墊塊(5) 通過螺釘連接，然后吸附在磁力吸盤(6)上，打開機(jī)床極性反轉(zhuǎn)功能，啟動(dòng)機(jī)床，模具鑲塊 (1)在主軸頭帶動(dòng)下向組合電極(3)伺服進(jìn)給，依次完成各工位的放電加工。
全文摘要
一種采用多工位組合方法制作電極以及利用此電極加工用于成型微結(jié)構(gòu)的模具鑲塊的方法，屬于特種加工與微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域。該方法分為電火花線切割加工組合電極和電火花成形加工微結(jié)構(gòu)兩步。使用電火花線切割在同一塊電極材料上加工出窄縫寬度依次遞減的多個(gè)放電工位，窄縫寬度遞減值與電火花成形中由粗加工到精加工的電極縮放尺寸的變化量相當(dāng)。電火花成形時(shí)，工件與電極位置互換，脈沖電源極性反轉(zhuǎn)，工件向電極伺服進(jìn)給加工，依次完成各工位的放電加工。本發(fā)明效果與益處是，避免了更換電極造成的重復(fù)定位誤差，避免了較大重量和體積的電極伺服運(yùn)動(dòng)造成的振動(dòng)誤差，制作的微鑲塊及微結(jié)構(gòu)均為模具鋼，硬度高、壽命長，表面質(zhì)量好并且具有鏡面效果。
文檔編號B23H1/04GK102357688SQ20111026248
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者于超, 宋滿倉, 張建磊, 曲健, 朱詠蓮, 王 華, 王敏杰, 趙丹陽 申請人:大連理工大學(xué)