[发明专利]一种阵列式微细阶梯槽的电火花加工方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及微细电火花加工技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

针对上述问题，本发明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。本发明之所以称为“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。

本发明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。