微齿轮模具的微细电火花线切割加工技术研究

摘要

随着微机电系统（MEMS）的快速发展和广泛应用，作为MEMS器件中的主要传动和动力部件，微齿轮的低成本、高效率、高精度制造成为国内外学者关注的焦点。微刻蚀技术、LIGA技术/准LIGA技术、微切削技术等由于加工成本昂贵、工艺复杂、加工材料有限等缺点不能满足微齿轮当前大批量生产的要求，而微挤压成形技术加工成本低、工艺比较简单，具有实现微齿轮高效率大批量生产的潜力，但需要单独设计和制造微齿轮模具，这成为影响其广泛应用的关键。
　　本文首先建立了微齿轮渐开线数学模型，利用UG NX8.0软件进行参数化建模，设计出一组模数为0.1mm，齿数为10的微齿轮模具。为便于实现微齿轮模具关键部位渐开线齿廓的加工轨迹规划以及加工间隙补偿，提高加工精度，利用UG NX8.0软件数控线切割模块规划出加工轨迹，并利用后处理器自动生成数控加工代码。
　　针对微齿轮凸模的微细电火花线切割加工，为提高其加工速度和表面质量，进行了基于中心复合实验和响应曲面法的微齿轮凸模的微细电火花线切割高深径比微结构加工的工艺参数优化的基础实验；针对微齿轮凸模在微细电火花线切割加工过程中出现的齿廓不完整问题，本文提出微齿轮凸模的微细电火花线切割二次加工工艺方法，设计并研制了用于微齿轮凸模二次装夹的自定心柔性夹具，配合具体工艺参数和轨迹规划解决了微齿轮凸模微细电火花线切割加工的齿廓不完整问题，实现了微齿轮凸模齿顶圆直径为1197.5μm的高精度加工，解决了微齿轮微挤压成形工艺的高长径比凸模的制造难题。
　　针对高长径比微齿轮凹模的难加工问题，本文提出微齿轮凹模的微细电火花线切割加工多次切割工艺。粗加工阶段，通过采用合理加工参数解决电极丝滞后问题同时保证较高加工速度；精加工阶段，通过研究在0.05Mpa压缩空气介质中电压、电容对表面粗糙度的影响，并与煤油介质中比较，确定出合理精加工参数，利用该加工参数实现微齿轮凹模的精加工。经过微细电火花线切割粗精加工工艺后，加工出微齿轮凹模齿顶圆直径为1210.5μm、表面粗糙度Ra为0.52μm。
　　在微挤压成形机床上利用加工出的微齿轮模具进行微挤压成形实验，最终成形出的微齿轮齿廓完整、齿顶圆直径为1205.2μm，验证了微齿轮模具的实用性和可靠性，应证了微挤压成形技术实现微齿轮低成本、高效率大批量生产的可行性，为微挤压成形技术的广泛应用提供基础。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 微齿轮模具的设计及加工轨迹规划

2.1 微挤压成形工作原理

2.2 微齿轮模具的设计

2.3 微齿轮模具加工轨迹规划

2.4 本章小结

第3章 微齿轮凸模的微细电火花线切割加工工艺研究

3.1 实验材料

3.2 微齿轮凸模的微细电火花线切割加工基础实验研究

3.3 微齿轮凸模的微细电火花线切割加工实验研究

3.4 微齿轮凸模齿廓缺陷去除方法研究

3.5 本章小结

第4章 微齿轮凹模的微细电火花线切割加工工艺研究

4.1 实验材料

4.2 基础实验研究

4.3 微齿轮凹模加工工艺路线制定

4.4 微齿轮凹模的加工实验

4.5 本章小结

第5章 微齿轮模具加工结果分析及成形实验

5.1 微齿轮模具加工结果分析

5.2 微齿轮模具总体装配

5.3 微齿轮的微挤压成形实验

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢