專利名稱：一種沖孔與電火花復(fù)合的微細(xì)陣列通孔加工方法和裝置的制作方法
—種沖孔與電火花復(fù)合的微細(xì)陣列通孔加工方法和裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于微成形技術(shù)領(lǐng)域，特指一種沖孔與電火花復(fù)合的微細(xì)陣列通孔加工方法和裝置，綜合了微細(xì)沖孔加工和微細(xì)電火花加工的優(yōu)點(diǎn)，使用該方法加工微細(xì)通孔，避免了因電火花加工產(chǎn)生的錐孔，也避免了沖裁力過大容易損傷沖頭的問題，可以實(shí)現(xiàn)高效、低成本、大批量、高精度等目的。
背景技術(shù)：
等工業(yè)領(lǐng)域中，以微細(xì)陣列孔為關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的零部件的使用越來越多(如光纖連接器、電連接器、化纖噴絲板、打印機(jī)噴墨孔、集成電路板、電子顯微鏡光柵、微噴嘴、過濾板等結(jié)構(gòu))，加工要求也越來越高，一般尺寸精度為±0. 002mm O. 005mm,表面粗糙度 RaO. 005 O.1 μ m，對加工過程中的進(jìn)給量、加載速度、加工精度、測量和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性提出更高的要求。因此如何高質(zhì)量、低成本、大批量實(shí)現(xiàn)微細(xì)陣列孔的加工與制造成為目前最迫切需要解決的技術(shù)。
目前微細(xì)孔的加工方法主要有微細(xì)超聲加工、激光加工、微細(xì)電解加工、LIGA和準(zhǔn) LIGA工藝、微塑性成形加工、電子束加工、微細(xì)電火花加工等。總的來說，目前微細(xì)通孔成形的技術(shù)存在以下問題
但微細(xì)超聲加工只適用于硬脆材料，且軸向尺寸難控制；激光加工和電子束加工成本高，設(shè)備貴，孔形略帶腰錐形，激光加工件還有重鑄層，且表面質(zhì)量差；微細(xì)電解加工雜散腐蝕大，精度低且對夾具和機(jī)床等有腐蝕；LIGA技術(shù)投資大，加工過程復(fù)雜；微細(xì)電火花加工主要存在加工短路、斷路或電弧放電作用，降低加工效率和精度，此外，加工中存在電極損耗，刀具補(bǔ)償困難、加工速度慢等問題，加工的孔容易形成錐形；微塑性成形加工中工件存在變形，且受限于刀具尺寸，很難加工出微小群孔結(jié)構(gòu)，且對沖頭的制備和裝夾要求也很高。因此，如何綜合各種微細(xì)加工手段的優(yōu)點(diǎn)，采用復(fù)合加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效、優(yōu)質(zhì)地加工出微細(xì)陣列孔成為目前研究的熱點(diǎn)和亟待解決的難題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種沖孔與電火花復(fù)合的微細(xì)陣列通孔加工方法和裝置。通過采用的三段式成形模頭對微細(xì)陣列通孔進(jìn)行加工，三段式成形模頭分別是作為電火花加工的電極、沖孔用的沖頭、精密磨削用的磨具，對通孔可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)電火花加工、沖壓和精磨。該發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本、大批量的加工微細(xì)陣列通孔。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明所提供的一種沖孔與電火花復(fù)合的微型陣列通孔加工方法，包含以下步驟
(I)按照精度要求加工多個(gè)三段式成形模頭，三段式成形模頭從上向下依次為電火花加工的電極、沖孔用的沖頭和精密磨削用的磨具，電極直徑D3、沖頭直徑D2和磨具直徑Dl之間存在以下的關(guān)系D3 < D2 < D1，而且D2 = D3+(2 6 μ m)，Dl = D2+(0. 05 O. 5 μ m),電極長度L3、沖頭長度L2、磨具長度LI和工件厚度t之間存在以下的關(guān)系L3 = 5/6Xt, L2 = (1. 01 O. 99) Xt, LI = (1. 01 I) Xt ;
(2)包覆好電極和磨具，使用電解沉積方法在沖頭外表面均勻沉積一層耐磨性能好的金屬層，沉積的金屬層厚度為I 20μηι;
(3)包覆好電極和沖頭，用激光噴射的方法在磨具外表面均勻噴射金剛石磨粒層， 金剛石磨粒層厚為I 20 μ m，金剛石磨粒的直徑在O. 5 μ m，噴射有金剛石磨粒層的磨具的直徑D1’和電解沉積好的沖頭直徑D2’之間存在以下的關(guān)系，Dl’ = D2’ + (0. 05 O. 5 μ m);
(4)電極接在脈沖電源的陰極，工件接在脈沖電源的陽極，成形模頭的電極在進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置I的作用下，逐漸靠近工件，對工件上的孔進(jìn)行電火花加工；
(5)電極不斷下行，電腦控制系統(tǒng)測算出電極下端距離工件底部還有l(wèi)/6t l/7t 時(shí)(t為工件的厚度)，切斷直流發(fā)生器，對進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置發(fā)出加速進(jìn)給的指令，成形模頭上的沖頭段加速下行，對工件進(jìn)行沖孔動作，完成通孔的加工；
(6)沖頭不斷下行，電腦控制系統(tǒng)測算出磨具下端開始與工件接觸時(shí)，對進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置發(fā)出減速并做上下往復(fù)運(yùn)動的指令，實(shí)現(xiàn)微細(xì)陣列孔進(jìn)行磨削的動作，最終完成了微細(xì)陣列孔的精加工，避免了因電火花加工產(chǎn)生的錐孔，也避免了沖裁力過大容易損傷沖頭的問題。
實(shí)施上述一種沖孔與電火花復(fù)合的微型陣列通孔加工方法的裝置，包括進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置、成形模頭、工作液循環(huán)系統(tǒng)、安裝平臺、電氣系統(tǒng)、工作液、工件和電腦控制系統(tǒng)八個(gè)部分；進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置位于整個(gè)成形裝置的頂部，裝置的伺服運(yùn)動由步進(jìn)電機(jī)通過同步齒形帶減速帶動絲杠、螺母完成；成形模頭安裝在進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置下方，工作液循環(huán)系統(tǒng)由工作箱、過濾器、高壓泵、壓力表、節(jié)流閥、高壓管組成，工作液可以用純水、自來水或是乳化液； 安裝臺位于整個(gè)成形裝置的底部，上面安置工件；電氣系統(tǒng)由脈沖電源、主軸伺服系統(tǒng)、機(jī)床電氣系統(tǒng)、整流單元等組成；電腦控制系統(tǒng)控制進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置和電氣系統(tǒng)。
上述的一種沖孔與電火花復(fù)合的微型陣列通孔加工方法，其特征在于，三段式成形模頭可以按照微型陣列通孔的排布方式一次性放置多個(gè)，實(shí)現(xiàn)陣列通孔的一次加工成形。
本發(fā)明具有如下技術(shù)優(yōu)勢
1.采用電解沉積工藝在成形模頭表面沉積了一層耐磨金屬，提高了沖頭剛度、強(qiáng)度和耐磨性。
2.與微細(xì)陣列孔單孔逐一加工相比，采用陣列工具加工微細(xì)陣列孔，提高了陣列孔的相互位置精度。
3.與微細(xì)電火花加工微細(xì)陣列孔相比，提高了加工速度，降低了成形孔的錐度，對于電火花加工過程中造成的錐形孔具有矯正作用，可以擠壓或剔除孔壁上多余的金屬滿足加工質(zhì)量，并且提高孔壁金屬的硬度和強(qiáng)度。
4.與微細(xì)沖壓加工微細(xì)陣列孔相比，降低了沖裁力，延長了沖頭的使用壽命。
5.與激光、電子束 、LIGA等技術(shù)加工微細(xì)陣列孔相比，降低了制造成本。
6與其他微細(xì)陣列電極加工微細(xì)陣列孔相比，由于沖壓的沖頭也作為電火花加工中的電極和磨削工具，極大的提高了工件定位精度和成形精度。


圖1是成形模頭示意圖。
圖2是基于沖孔與電火花復(fù)合的微型陣列通孔加工裝置簡圖。
(I)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置(2)成形模頭(3)工作液循環(huán)系統(tǒng)(4)工件(5)安裝平臺(6)電氣系統(tǒng)(7)工作液(8)電腦控制系統(tǒng)(9)磨具(10)沖頭 (11)電極
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1所示，基于沖孔與電火花復(fù)合的微型陣列通孔加工方法所采用的成形模頭 2是三段式的，從上向下依次為電極11、沖頭IO和磨具9，電極直徑D3、沖頭直徑D2和磨具直徑Dl之間存在以下的關(guān)系D3 < D2 < Dl，而且D2 = D3+ (2 6 μ m)，Dl = D2+ (0. 05 0. 5 μ m),電極長度L3、沖頭長度L2、磨具長度LI和工件厚度t之間存在以下的關(guān)系L3 = 5/6Xt, L2 = (1. 01 O. 99) Xt, LI = (1. 01 I) Xt ;包覆好電極11和磨具9，使用電解沉積方法在沖頭10外表面均勻沉積一層耐磨性能好的金屬層，沉積的金屬層厚度為I 20 μ m ;包覆好電極11和沖頭10，用激光噴射的方法在磨具9外表面均勻噴射金剛石磨粒層，金剛石磨粒層厚為I 20 μ m,金剛石磨粒的直徑在0. 5 μ m,噴射有金剛石磨粒層的磨具9的直徑D1’和電解沉積好的沖頭10直徑D2’之間存在以下的關(guān)系，Dl’ = D2’ + (0. 05 0. 5 μ m)。
如圖2所示，基于沖孔與電火花復(fù)合的微型陣列通孔加工裝置，包括進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置1、成形模頭2、工作液循環(huán)系統(tǒng)3、安裝平臺5、電氣系統(tǒng)6、工作液7、工件4和電腦控制系統(tǒng)8八個(gè)部分；進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置I位于整個(gè)加工裝置的頂部，裝置的伺服運(yùn)動由步進(jìn)電機(jī)通過同步齒形帶減速帶動絲杠、螺母完成；成形模頭2安裝在進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置I下方，工作液循環(huán)系統(tǒng)3由工作箱、過濾器、高壓泵、壓力表、節(jié)流閥、高壓管組成，工作液7可以用純水、自來水或是乳化液；安裝平臺5位于整個(gè)成形裝置的底部，上面安置工件4 ；電氣系統(tǒng)6由脈沖電源、主軸伺服系統(tǒng)、機(jī)床電氣系統(tǒng)、整流單元等組成；電腦控制系統(tǒng)8控制進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置I 和電氣系統(tǒng)6。
結(jié)合圖1和圖2說明基于沖孔與電火花復(fù)合的微型陣列通孔加工方法，其包含以下步驟
(I)按照精度要求加工多個(gè)三段式成形模頭2，三段式成形模頭2從上向下依次為電火花加工的電極11、沖孔用的沖頭10和精密磨削用的磨具9，電極直徑D3、沖頭直徑 D2和磨具直徑Dl之間存在以下的關(guān)系D3 < D2 < D1，而且D2 = D3+(2 6μπι)，Dl = D2+(0. 05 0. 5 μ m)，電極長度L3、沖頭長度L2、磨具長度LI和工件厚度t之間存在以下的關(guān)系L3 = 5/6Xt, L2 = (1. 01 0. 99) Xt, LI = (1. 01 I) Xt ;
(2)包覆好電極11和磨具9，使用電解沉積方法在沖頭10外表面均勻沉積一層耐磨性能好的金屬層，沉積的金屬層厚度為I 20 μ m ;
(3)包覆好電極11和沖頭10，用激光噴射的方法在磨具9外表面均勻噴射金剛石磨粒層，金剛石磨粒層厚為I 20 μ m，金剛石磨粒的直徑在0. 5 μ m，噴射有金剛石磨粒層的磨具9的直徑D1’和電解沉積好的沖頭10直徑D2’之間存在以下的關(guān)系，Dr = D2，+(0. 05 0. 5 μ m)；
(4)電極11接在脈沖電源的陰極，工件4接在脈沖電源的陽極，成形模頭2的電極 11在進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置I的作用下，逐漸靠近工件4，對工件上的孔進(jìn)行電火花加工；
(5)電極11不斷下行，電腦控制系統(tǒng)8測算出電極11下端距離工件4底部還有 l/6t l/7t時(shí)(t為工件的厚度)，切斷直流發(fā)生器，對進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置I發(fā)出加速進(jìn)給的指 令，成形模頭上的沖頭段加速下行，對工件進(jìn)行沖孔動作，完成通孔的加工；
(6)沖頭不斷下行，電腦控制系統(tǒng)測算出磨具下端開始與工件接觸時(shí)，對進(jìn)給調(diào)節(jié) 裝置I發(fā)出減速并做上下往復(fù)運(yùn)動的指令，實(shí)現(xiàn)微細(xì)陣列孔進(jìn)行磨削的動作，最終完成了 微細(xì)陣列孔的精加工，避免了因電火花加工產(chǎn)生的錐孔，也避免了沖裁力過大容易損傷沖 頭的問題。
上述的一種沖孔與電火花復(fù)合的微型陣列通孔加工方法，其中三段式成形模頭可 以按照微型陣列通孔的排布方式一次性放置多個(gè)，實(shí)現(xiàn)陣列通孔的一次加工成形。
綜上所述，本發(fā)明采用了三段式成形模頭對微細(xì)陣列通孔進(jìn)行加工，對通孔可以 同時(shí)實(shí)現(xiàn)電火花加工、沖壓和精磨的效果。該發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本、大批量的加 工微細(xì)陣列通孔。
權(quán)利要求
1.一種沖孔與電火花復(fù)合的微型陣列通孔加工方法，其特征在于，包含以下步驟 (1)按照精度要求加工多個(gè)三段式成形模頭，三段式成形模頭從上向下依次為電火花加工的電極、沖孔用的沖頭和精密磨削用的磨具，電極直徑D3、沖頭直徑D2和磨具直徑Dl之間存在以下的關(guān)系D3 < D2 < D1，而且D2 = D3+ (2 6 μ m)，Dl = D2+ (O. 05 O. 5 μ m)，電極長度L3、沖頭長度L2、磨具長度LI和工件厚度t之間存在以下的關(guān)系L3 = 5/6Xt,L2 = (1. 01 O. 99) Xt, LI = (1. 01 I) Xt ; (2)包覆好電極和磨具，使用電解沉積方法在沖頭外表面均勻沉積一層耐磨性能好的金屬層，沉積的金屬層厚度為I 20 μ m ; (3)包覆好電極和沖頭，用激光噴射的方法在磨具外表面均勻噴射金剛石磨粒層，金剛石磨粒層厚為I 20 μ m，金剛石磨粒的直徑在O. 5 μ m，噴射有金剛石磨粒層的磨具的直徑D1’和電解沉積好的沖頭直徑D2’之間存在以下的關(guān)系，Dl’ = D2’ +(0. 05 O. 5 μ m); (4)電極接在脈沖電源的陰極，工件接在脈沖電源的陽極，成形模頭的電極在進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置I的作用下，逐漸靠近工件，對工件上的孔進(jìn)行電火花加工； (5)電極不斷下行，電腦控制系統(tǒng)測算出電極下端距離工件底部還有l(wèi)/6t l/7t時(shí)(t為工件的厚度)，切斷直流發(fā)生器，對進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置發(fā)出加速進(jìn)給的指令，成形模頭上的沖頭段加速下行，對工件進(jìn)行沖孔動作，完成通孔的加工； (6)沖頭不斷下行，電腦控制系統(tǒng)測算出磨具下端開始與工件接觸時(shí)，對進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置發(fā)出減速并做上下往復(fù)運(yùn)動的指令，實(shí)現(xiàn)微細(xì)陣列孔進(jìn)行磨削的動作，最終完成了微細(xì)陣列孔的精加工，避免了因電火花加工產(chǎn)生的錐孔，也避免了沖裁力過大容易損傷沖頭的問題。
2.為實(shí)施權(quán)利要求1所述的一種沖孔與電火花復(fù)合的微型陣列通孔加工方法的裝置，其包括進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置、成形模頭、工作液循環(huán)系統(tǒng)、安裝平臺、電氣系統(tǒng)、工作液、工件和電腦控制系統(tǒng)八個(gè)部分；進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置位于整個(gè)成形裝置的頂部，裝置的伺服運(yùn)動由步進(jìn)電機(jī)通過同步齒形帶減速帶動絲杠、螺母完成；成形模頭安裝在進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置下方，工作液循環(huán)系統(tǒng)由工作箱、過濾器、高壓泵、壓力表、節(jié)流閥、高壓管組成，工作液可以用純水、自來水或是乳化液；安裝臺位于整個(gè)成形裝置的底部，上面安置工件；電氣系統(tǒng)由脈沖電源、主軸伺服系統(tǒng)、機(jī)床電氣系統(tǒng)、整流單元等組成；電腦控制系統(tǒng)控制進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置和電氣系統(tǒng)。
3.權(quán)利要求1所述的一種沖孔與電火花復(fù)合的微型陣列通孔加工方法，其特征在于，三段式成形模頭可以按照微型陣列通孔的排布方式一次性放置多個(gè)，實(shí)現(xiàn)陣列通孔的一次加工成形。
全文摘要
本發(fā)明涉及微細(xì)孔加工領(lǐng)域，特指一種基于沖孔與電火花復(fù)合的微型陣列通孔加工方法和裝置。本發(fā)明綜合了常規(guī)機(jī)械沖孔加工和電火花加工的優(yōu)點(diǎn)，采用的成形模頭分三段，分別是作為電火花加工的電極、沖孔用的沖頭、精密磨削用的磨具；首先使用成形模頭的電極段對孔進(jìn)行型腔加工，當(dāng)電極下端距離板料底部還有1/6t～1/7t時(shí)(t為板料的厚度)，切斷直流發(fā)生器，成形模頭上的沖頭段以一定的速度直接對板料進(jìn)行沖孔，當(dāng)沖孔完畢，成形模頭的磨具上下運(yùn)動，起到精密磨削的作用。該發(fā)明設(shè)計(jì)合理，實(shí)用性強(qiáng)，適合于微型陣列通孔的低成本批量化生產(chǎn)。
文檔編號B23H5/04GK103028799SQ201210578889
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者王勻, 陸廣華, 許楨英, 殷蘇民, 王雪鵬, 吳俊峰, 蔣素琴, 陳萬榮 申請人:江蘇大學(xué)