微细电火花加工均匀损耗电极的制造技术研究

本项目针对Meso/Micro系统制造过程中应用微细电火花加工技术时，均质材料电极在加工过程中存在的不均匀损耗问题，借助实验和仿真研究微尺度下电极损耗机理，特别是超高频脉冲放电条件下电流密度分布不均对电极损耗的作用机制；开展功能梯度材料电极设计与制备一体化研究，具体方法为通过调整材料组分使电极侧面表层和基体出现材料性质差异，借助电化学复合沉积技术实现复合材料电极制备工艺，目的是保证电极使用过程中形状恒定、并保持微电极侧壁绝缘；以此为基础探索集成出微细电极在线磨削、功能梯度材料电极制备、微细电火花加工于一体的能够满足微细加工要求的加工工艺规范。本项目的意义在于通过深入研究功能梯度复合材料电极，形成针对复杂微结构件加工的均匀损耗微细电火花用电极设计、制造及应用体系，从而把电极补偿问题简化为单一长度方向调整，对于提升我国的微制造水平具有重要意义和实用价值。

微细电火花加工技术的火花放电机理决定了均质电极损耗不均匀，限制了微细电火花加工精度的提高，成为制约其工程化应用的技术关键。本项目针对均质材料电极在加工过程中存在的不均匀损耗问题，开展功能梯度材料电极设计与制备一体化研究，以此为基础探索集成功能梯度材料电极制备、线电极放电磨削、微细电火花加工于一体的能够满足微细加工要求的加工工艺规范。项目以实验为基础，采用实验研究和理论分析相结合的方法，系统的研究了微细电火花加工中电极损耗规律、损耗机理，提出梯度功能材料结构电极并利用电化学复合沉积技术实现该电极的制备工艺，建立了面向工程环境的微细电火花加工系统。.取得的创新性成果主要包括：.1.运用等离子体理论理论分析电火花加工极间介质击穿的微观过程，并以此为基础研究了火花放电通道的成形过程；.2.建立了电磁场理论模型，利用该模型对微细电火花电极损耗的作用机理进行了研究，主要原因为高频脉冲影响电流分布进而加速电极形状变化；.3.首次提出梯度功能层复合电极结构，并实现电化学复合沉积制备工艺，形成基于功能梯度材料电极设计与制备的一体化微细电火花加工工艺规范；.4.实验对比研究了梯度功能层复合电极及均质电极在电极损耗、加工质量方面的差异，总结电规准对电极损耗的影响规律；.5.研制出适于工程应用的的微细电火花加工实验系统。具备微细电火花三维铣削加工、复合电极制备及修形、信号在线采集等功能。.本项目从根本上解决了采用均质电极加工带来的补偿措施复杂、精度难于控制、生产效率低等问题。加工精度(主要是形状精度)得到较大幅度的提高，为微细电火花加工技术的广泛应用奠定了理论与技术基础。可以作为电火花小孔加工的电极，与线电极在线磨削技术相结合为微细电火花孔加工、微细电火花铣削加工在线制备电极，不仅可以克服常规电极尖端放电、不均匀损耗引起的多次重复加工、精度低的缺点，产生较大的经济效益，而且很大程度上降低了微细电火花铣削中的形状实时补偿难度，具有广泛的学术价值及重大的现实意义。