微凸起和微坑结构的特种加工成形技术研究

摘要

本文概述了微细加工技术及国内外研究现状，介绍了微凸起结构和微坑结构的特点及当前的主要应用；分析认为，特种加工工艺是制备这类微小结构的得力手段，确定以两种重要的特种加工工艺——放电加工和超声加工开展微凸起结构和微坑结构的成形工艺试验研究。 微凸起结构和微坑结构放电加工试验基于商品精密机床——AGIE低速走丝电火花线切割机和CHARMILLES电火花成形机。首先，设计、制备多种形状、尺寸的微凸起形电极，选用合适的电规准以电火花成形工艺加工（阵列）微坑结构。从所获得微坑结构的尺寸、形状精度、加工前后因损耗引起的电极形状尺寸变化、工艺参数的选择等方面进行了工艺性分析。继而，用放电加工工艺制备（阵列）孔形电极，利用电火花反拷贝加工方式得到（阵列）微凸起结构；微凸起结构的直径和高度通过电火花加工中施加平动和设定参数来控制。最后，对微凸起结构、微坑结构及机械加工的平面试件做了摩擦学对比试验，初步分析了微凸起结构和微坑结构对摩擦性能的影响。 超声加工试验中，对比了变幅杆的设计和制作方法，选择指数形变幅杆进行试验。重点介绍超声加工微凸起结构和微坑结构的微细工具头制备方法：利用放电加工得到阵列孔形电极，再用电火花反拷贝平动加工方式，制备了高长径比的阵列超声微细工具头。选择合适的振动频率、进给压力、磨料等主要参数后，在小功率超声精加工机上，完成了单晶硅、压电陶瓷、硬质合金等多种难加工材料的微凸起结构和微坑结构超声加工成形试验。 本文总结了阵列微凸起结构和微坑结构采用放电及超声加工成形的工艺可行性，对试验中出现的问题进行了分析并给出相应的解决方法，提出了其它形状工具制备和加工方案的预想。出自摩擦仿生学对表面阵列微凸起结构和微坑结构的需求，设想了特种加工方法在微凸起结构和微坑结构制造领域的后续研究内容，展望了应用前景。