一种阵列式微细阶梯槽的电火花加工方法技术

本发明专利技术涉及一种阵列式微细阶梯槽的电火花加工方法。该方法首先制备大小不同图形的微细阵列电极，然后分别采用所述大小不同图形的微细阵列电极对工件进行不同深度的电火花加工，形成微细阵列的阶梯槽。所述阶梯槽的台阶数目大于等于2个，不同图形的数目与阶梯槽的台阶数相对应。进一步还可通过增加完全相同图形的微细阵列电极进行电极损耗补偿。本发明专利技术能够通过微细电火花技术完成阵列的N(N≥2)阶的微细阶梯槽加工，并能通过补偿电极损耗的方式保证阶梯槽的垂直度。

An EDM Method for Array Micro-step Slot

The invention relates to an EDM method for array micro step grooves. Firstly, the micro-array electrodes with different sizes and shapes are fabricated, and then the micro-array electrodes with different sizes and shapes are used to process the workpiece in different depths by EDM to form the step grooves of the micro-array. The number of steps of the step groove is more than or equal to two, and the number of different figures corresponds to the number of steps of the step groove. Furthermore, the electrode loss can be compensated by adding micro-array electrodes with exactly the same pattern. The invention can finish the processing of N (N < 2) step micro-step slots of arrays by micro-EDM technology, and can ensure the verticality of the step slots by compensating the loss of electrodes.

【技术实现步骤摘要】
一种阵列式微细阶梯槽的电火花加工方法
本专利技术涉及微细电火花加工
，更具体的涉及一种阵列式微细阶梯槽的2.5D电火花加工方法。
技术介绍
微细电火花技术利用工件和工具电极之间的脉冲性火花放电，产生瞬间高温使工件材料局部熔化和汽化，从而达到蚀除加工的目的。由于加工具有非接触，几乎无切削力，不受材料的强度和硬度限制等特点，微细电火花加工技术特别适合高精度、无变形的微小零件特征加工以及硬脆难加工导电材料的微细加工。因此，微细电火花加工技术已经成为微细制造领域的一个重要方向，并越来越广泛的应用于航空航天、电子信息、模具以及光学和医疗器械中关键零件的加工。传统的微细电火花成形采用单电极的串行加工方式效率很低，且其一致性难以保证造成加工精度受限。针对此问题，提出了几种微细电火花批量加工技术，包括采用电火花切割制造方形电极、利用光刻技术的LIGA工艺以及采用金属刻蚀工艺制造出任意形状的阵列电极。但由于这几种方法都是二维阵列图形通过控制加工深度的加工技术，其加工的形状及结构都受到很大限制。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种阵列式微细阶梯槽的2.5D电火花加工方法，该方法采用不同图形的微细电极对工件进行不同深度加工，可在工件上形成不同深度的阶梯槽。本专利技术之所以称为“2.5D”，是因为其能加工出介于2D平面图形和3D立体图形的结构，即通过不同深度、不同大小的2D图形结构进行堆叠形成具有一定立体结构的2.5D结构。本专利技术公开了一种阵列式微细阶梯槽的2.5D电火花加工方法，首先制备大小不同图形的微细阵列电极，然后分别采用所述大小不同图形的微细阵列电极对工件进行不同深度的电火花加工，形成微细阵列的阶梯槽。进一步地，对所述大小不同图形的微细阵列电极的位置、尺寸及定位结构进行设计，并采用电火花切割工艺(制造方形电极)、利用光刻技术的LIGA工艺、电铸工艺以及金属刻蚀工艺等方法完成微细阵列电极的制造。进一步地，所述定位结构为制造电极阵列图形时增加的微细定位结构，如直线、方块、点、圆等，此结构在进行电极损耗补偿及阶梯型加工时，起到定位作用。进一步地，所述微细阵列电极的材料包括铜及其合金，镍及其合金，石墨及其化合物，钨及其合金，以及其他电火花电极材料。进一步地，所述阶梯槽的台阶数目不受限制，数目大于等于2个；所述大小不同图形的数目与阶梯槽的台阶数相对应，且数目亦不受限制。进一步地，所述微细阵列电极中，同一图形通过增加完全相同图形的阵列电极进行电极损耗补偿，用于电极损耗补偿的阵列电极的数目不受限制，数目大于等于2个。在电火花加工过程中，不但工件材料由于高温被蚀除，工具电极也存在损耗，尤其电极边角处损耗明显，呈现一定的圆角，称为电极损耗。电极损耗补偿是指通过多电极加工修正，可尽量减小工件圆角的存在，提高加工精度。进一步地，所述阶梯槽的形成方式，根据不同图形大小的包含关系，其加工顺序也存在差异，共分为三种，以二阶为例：a)首先加工小图形结构，加工深度较深，然后加工大图形结构，加工深度较浅；b)首先加工大图形结构，加工深度较浅，然后加工小图形结构，加工深度较深；c)首先加工小图形结构，加工深度较深，然后加工大图形结构，加工深度较浅，其中大图形与小图形的重合部分不存在电极结构，即此处不会产生放电加工。相比已有的阶梯槽加工方式，本专利技术的优点和有益效果如下：1)本专利技术能够通过微细电火花技术完成阵列的N(N≥2)阶的微细阶梯槽加工，并能通过补偿电极损耗的方式保证阶梯槽的垂直度。2)对比传统机械加工的阶梯槽加工方式，本专利技术方法的加工精度有极大提升，达到微米级，且相比传统机加工方法，阵列加工的方式将大大提升加工效率。3)对比已有的MEMS阶梯槽加工方式，如LIGA多层电铸、多层刻蚀等，精度及效率能够与此加工方法相比，其材料受到很大限制，仅能加工铜、镍等可电铸材料或硅、钨等可刻蚀材料；且对衬底材料的尺寸要求严格，要与MEMS工艺相兼容，对前道及后道工序的选择也产生了极大限制。4)本专利技术的加工方式不仅能够进行微米级精度的阵列批量式加工，同时对任何可完成电火花加工的材料及工件尺寸进行多层2.5D微细阶梯槽的加工，对前道及后道工序兼容性较高，应用前景广泛。采用本专利技术方法加工得到的微细阵列的阶梯槽可以用于以下领域(以下领域仅做示例，本专利技术并不仅仅局限于以下领域)：1、多层金属微模具，主要应用于微米级的多层注塑模具，如微流控芯片、生物兼容性聚合物微器件等。2、各种微米级多层2.5D微机械零件，如同轴多级微齿轮(双联齿轮、减速齿轮等)、微发动机、应用于航空航天及小型飞行器的微推进器等等。3、THz信号金属传输线。附图说明图1是微细电火花加工的二阶微细阵列阶梯槽结构示意图。图2是带有电极损耗补偿的二阶微细阵列电极不同图形的排列示意图。图3是阵列图形示意图，其中：a)大图形电极与小图形重合部分的电极存在图形，b)大图形电极与小图形重合部分的电极不存在图形。图4是制造电极阵列图形时增加的微细定位结构示意图。图5是为二阶微细阶梯槽加工示意图，其中：(a)采用图3-a)中电极，首先加工小图形结构，加工深度较深，然后加工大图形结构，加工深度较浅；(b)采用图3-a)中电极，首先加工大图形结构，加工深度较浅，然后加工小图形结构，加工深度较深；(c)采用图3-b)中电极首先加工小图形结构，加工深度较深，然后加工大图形结构，加工深度较浅，其中大图形电极与小图形电极的重合部分不存在电极结构，即此处不会产生放电加工。具体实施方式下面通过实施例和附图，对本专利技术作进一步详细描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。图1为微细电火花加工的二阶微细阵列阶梯槽结构示意图，所述阶梯槽的台阶数目不受限制，数目大于等于2个。图中阶梯槽的形状包括方形、圆形、长条形、三角形，此外也可以是其它形状，包括齿轮等异型图形，以上四种形状仅做举例，并不局限于以上图形。图2为二阶微细阵列电极不同图形的排列示意图，所述大小不同的图形的数目与阶梯槽的台阶数相对应，且数目亦不受限制。所示的微细电极中，同一图形通过增加完全相同图形的阵列电极进行电极损耗补偿，补偿阵列电极的数目不受限制，数目大于等于2个。图3为不同图形的阵列图形示意图，共两种类别，其中a)图中大图形与小图形的重合部分存在图形(即存在电极结构，此处会产生放电加工)，b)图中大图形与小图形的重合部分不存在图形(即不存在电极结构，此处不会产生放电加工)。图4为制造电极阵列图形时增加的微细定位结构，如图中①所示，如矩形、方块、点、圆等。所述微细阵列电极的加工方式包括线切割、刻蚀、LIGA工艺以及电铸等。所示阵列电极材料包括铜及其合金，镍及其合金，石墨及其化合物，钨及其合金，以及其他电火花电极材料。图5为二阶微细阶梯槽加工示意图，通过一次夹持(即仅需夹持一次)及主轴平移实现电极中心精确对准，避免传统更换电极方式所带来的对准误差。首先对一种微细阵列图形完成一定深度的加工，然后通过定位对准，对另一种微细阵列图形完成不同深度的加工，阶梯槽的台阶数目不受限制，数目大于等于2个。根据不同图形的加工顺序不同及图形重合度差异，共分为三种加工方式：a)采用图3的(a)图中的电极，首先加工小图形结构，加工深度较深，然后加工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阵列式微细阶梯槽的2.5D电火花加工方法，其特征在于，首先制备大小不同图形的微细阵列电极，然后分别采用所述大小不同图形的微细阵列电极对工件进行不同深度的电火花加工，形成微细阵列的阶梯槽。

【技术特征摘要】
1.一种阵列式微细阶梯槽的2.5D电火花加工方法，其特征在于，首先制备大小不同图形的微细阵列电极，然后分别采用所述大小不同图形的微细阵列电极对工件进行不同深度的电火花加工，形成微细阵列的阶梯槽。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用下列方法之一制备所述微细阵列电极：电火花切割工艺、LIGA工艺、电铸工艺、金属刻蚀工艺。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阶梯槽的台阶数目大于等于2个，所述大小不同图形的数目与所述阶梯槽的台阶数相对应。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微细阵列电极的材料为：铜及其合金，镍及其合金，石墨及其化合物，或钨及其合金。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在制备所述微细阵列电极时增加微细定位结构，用于在进行电极损耗补偿及阶梯槽加工时进行定位。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述微细定位结构的形...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴烨娴，夏雁鸣，马盛林，陈兢，
申请(专利权)人：苏州含光微纳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32