基于Micro-EDM微型模具原位制造及表面抛光工艺研究

摘要

随着MEMS技术的迅速发展,作为微型零件中十分重要的一类,微孔类零件广泛应用于生物医疗、航空航天、印染纺织及微电子等各个领域。微冲孔技术利用塑性变形成形微孔类零件,具有成形质量好、加工效率高和成本低的优点。然而随着微孔直径越来越小,微型模具的定位精度和同轴度难以保证,冲裁间隙的不均匀性导致微冲孔加工已经很难达到精度和质量的要求。本文在现有微冲压设备上，设计了一台基于微细电火花微型模具原位制造的微冲压系统,可以利用微细电火花原位加工微型模具并进行微冲孔加工,解决了微冲孔过程中微型模具同轴度及冲裁间隙均匀性的关键技术,实现了微孔类零件的高质量、高精度制造。
　　基于微细电火花加工工艺,提出并确定了电火花主轴系统的结构方案,根据微冲孔工艺,设计了具有精密导向、弹性压边的模具结构,对关键部件进行了理论计算和强度校核,利用Ansys Workbench进行有限元仿真,利用Solidworks2010进行了总体三维设计,并确定了原位制造的工艺流程。
　　根据微细电火花加工原理,通过微细电火花微冲头及凹模孔加工试验,研究了放电参数对加工速度及电极损耗的影响规律。结果表明,各放电参数对微细电火花加工的影响是综合性的,不能侧重某一个工艺指标,本文通过协调考虑各工艺指标,确定了最佳的工艺参数,利用微细电火花原位加工出尺寸精度高、同轴度好的微型模具。
　　由于电火花加工的工件表面存在变化层,对微冲头的性能有不利影响。采用电化学-等离子复合抛光工艺对硬质合金材质的微冲头的表面变化层进行去除及抛光,研究不同参数对电化学抛光及等离子抛光效果的影响规律,确定了最佳的工艺参数,成功使微冲头的表面粗糙度Ra值由0.62μm降为90nm,Rz值由5.15μm降为0.92μm。
　　利用制得的高质量微型模具进行了SUS304不锈钢箔微冲孔工艺试验,成功得到100μm的微孔件,并进行了微孔质量评价和冲头失效分析,结果表明,得到的微孔精度高、表面质量好。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 微冲裁工艺研究现状

1.3 微细电火花加工研究现状

1.4 微细电化学加工研究现状

1.5 离子束加工研究现状

1.6 本文的主要研究内容

第2章 基于微细电火花微型模具原位制造系统设计

2.1 引言

2.2 电火花主轴系统的结构设计

2.3 模具设计与原位制造工艺

2.4 XY移动平台选型

2.5 总体三维结构设计

2.6 本章小结

第3章 基于MEDM微型模具加工工艺研究

3.1 引言

3.2 Micro-EDM加工原理

3.3 微冲头电火花加工试验

3.4 凹模电火花加工试验

3.5 本章小结

第4章 微型模具电化学-等离子复合抛光工艺研究

4.1 引言

4.2 微细电火花加工表面层状态分析

4.3 电化学抛光及离子束抛光原理

4.4 试验条件

4.5 试验结果与分析

4.6 本章小结

第5章 SUS304不锈钢箔微冲孔工艺研究

5.1 引言

5.2 试验设备

5.3 冲裁条件对微孔冲裁尺寸效应的影响

5.4 微冲孔工艺试验

5.5 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢