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功能性高硬度材料工件的微加工將同時面對切削工藝的困難、微結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造的高精確度要求以及小范圍部件公差等問題。微機械加工工藝的工業(yè)用途主要在生產(chǎn)微結(jié)構(gòu)成型工具，如軋輥、熱成型壓鑄工具和微噴鑄成形件。高度耐磨損工件的微結(jié)構(gòu)除了磨削和激光加工外，微電腐蝕也是一種可能的選擇。它的可用性來源于熱作用原理，即一個接近于無過程力的加工，與材料的機械性能無關(guān)。由于可加工任意形狀而且精確度高，微電腐蝕工藝變式特別適宜于加工功能性材料，如高合金鋼、硬金屬和導(dǎo)電陶瓷等。

高度耐磨損工件的微結(jié)構(gòu)除了磨削和激光加工外，微電腐蝕也是一種可能的選擇

微加工用精細發(fā)生器

微電腐蝕的概念來源于應(yīng)用電腐蝕制造微型部件和結(jié)構(gòu)，并且規(guī)定了微型制造電腐蝕法變式的工藝和機械技術(shù)規(guī)范。在微電腐蝕中要加工的結(jié)構(gòu)數(shù)量級清楚的低于1mm。由于微型部件和結(jié)構(gòu)的特點是部件體積非常小，加工參數(shù)必須符合部件結(jié)構(gòu)的熱負荷極限。所以微電腐蝕的主要特征除了使用微型化的電極外，放電能量都比慣用電腐蝕小，每次放電低于We=100μJ 。

現(xiàn)代化電腐蝕機除了高壓加工用的電控標準發(fā)生器外還有精細發(fā)生器，即微加工和表面精加工使用的所謂張弛發(fā)生器。這種以陰極為基礎(chǔ)的微型發(fā)生器可在最小的工作電流Ie=0.1A、放電過程te=50ns時產(chǎn)生最小放電能量We=0.1μJ/每次放電。由此產(chǎn)生的最小電火花隙為s=1.5μm。可能產(chǎn)生的最小結(jié)構(gòu)尺寸低于再生產(chǎn)要求的約15μm。日本研究人員成功地做到了在10μm薄的鋼片上制造直徑為 d=5μm的微小孔。依賴于要生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)，研發(fā)各種微電腐蝕工藝變式，下面詳細介紹其可能性和極限。

電腐蝕切削(WEDM=Wire Electrcal Discharge Machining) 是微技術(shù)當中的一種不固定工藝。通過使用直徑d=20μm以下的特細電焊絲可以產(chǎn)生最小的內(nèi)徑和低于s=40μm的切割裂隙寬度。考慮到一個放大的切割裂隙，使用多刀工藝，可以將表面粗糙度降到Ra=0.1μm以下。為了保證足夠的機械和熱穩(wěn)定性，一般使用鎢絲或抗拉強度高于 Rm=2000N/mm2的帶涂層的鋼絲。電極絲的機械和熱穩(wěn)定性限制了重要結(jié)構(gòu)部件的最高值。

工作裂隙不要同軸沖洗

用微電極腐蝕可以減少甚至完全省卻同軸沖洗工作裂隙。這個措施可以防止電極絲的振動，并且防止因此產(chǎn)生的生產(chǎn)精確度和表面質(zhì)量的下降。電極絲的使用范圍除了初次結(jié)構(gòu)化外，還包括微型技術(shù)產(chǎn)品，如微齒輪箱的齒輪、微創(chuàng)腫瘤外科用部件、特別是成形工具的結(jié)構(gòu)化、微型沖頭和拉模孔。

圖1? 微型齒輪批量生產(chǎn)用電腐蝕制造的沖頭
a－沖頭?? b－微型齒輪

用于批量生產(chǎn)微型技術(shù)部件的微型壓鑄和熱沖壓工具的制造(圖2)，目前主要使用帶結(jié)構(gòu)化型材電極微沉降腐蝕。限制生產(chǎn)結(jié)構(gòu)尺寸的往往不是沉降腐蝕過程，而是成型電極的生產(chǎn)，因為焊絲腐蝕、微銑或LIGA-技術(shù)從工藝角度來看非常麻煩，材料依賴性強而且很昂貴。除此之外，還很難避免型材電極在手工操作和與工件相關(guān)的定中心時出現(xiàn)形位偏差或工件損傷，而且很費時。

圖2? 射流組件熱沖壓用X23CrNi17形件
a－形件?? b－放大的微型射流組件

為了避開型材電極在手工操作和工件定中心時產(chǎn)生障礙，一個方法是要盡可能將更多的電腐蝕工藝方法集合在一臺機床上。這樣不僅降低了空程時間，還避免了因變壓過程而產(chǎn)生的形位偏差。將很多電腐蝕工藝方法集成于一體的一個例子是旋轉(zhuǎn)工件的電腐蝕鉆孔與焊絲腐蝕組合。電腐蝕精密鉆孔是用旋轉(zhuǎn)的棒形電極制造旋轉(zhuǎn)對稱孔和端面的沉降腐蝕特例，并用于工業(yè)生產(chǎn)渦輪葉片上的噴油嘴和冷卻孔。

在制造直徑d=50μm以下的小孔時，一般不使用普通棒形電極 。取而代之的是使用電腐蝕修正的符合要求的棒形電極。除了在一個電極塊上進行修正外，還可以使用焊絲腐蝕(WEDD=Wire Electrcal Discharge Dressing)將棒形電極作為工件在一個集成裝入沉降腐蝕設(shè)備的焊絲卸載裝置上進行校正。作為棒形電極校正的補充，焊絲腐蝕還可以對旋轉(zhuǎn)對稱微型部件和成形工具結(jié)構(gòu)化用的盤形電極進行校正。

圖4 ?硬金屬微型焊絲腐蝕的成型工具（a）帶不同的微結(jié)構(gòu)（b和c）

這種新型的工藝變式(CEDG=Cylindrical Electrcal Discharge Grinding)是依賴外圓磨削動力學(xué)中在對旋轉(zhuǎn)工件進行輪廓腐蝕加工時，將旋轉(zhuǎn)砂輪作為工具電極的原理(圖3)。在這種工藝變式基礎(chǔ)上，兩個旋轉(zhuǎn)電極之間能夠達到很高的相對速度，從而提高表面質(zhì)量，尤其能讓大體積部件很好的微結(jié)構(gòu)化。

圖3 ?用旋轉(zhuǎn)砂輪作為工具電極對旋轉(zhuǎn)工件進行輪廓腐蝕加工

多種工藝變式可供選擇

另一種旋轉(zhuǎn)對稱部件結(jié)構(gòu)化工藝變式是用旋轉(zhuǎn)工件進行微焊絲腐蝕(WEDG= Wire Electrcal Discharge Grinding)。這種工藝變式(圖4)或裝置在有集成旋轉(zhuǎn)主軸的焊絲腐蝕設(shè)備中，或裝置在有集成焊絲卸載裝置(圖3)的沉降腐蝕設(shè)備中，類似于WEDD。

第3種工藝變式是帶旋轉(zhuǎn)工件和固定型材電極的沉降腐蝕(EDT= Electrcal Discharge Turning)。與CEDG相比，EDT程序的工具電極能更加顯著地簡單結(jié)構(gòu)化，便于用這種工藝變式制造形狀更加復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)。典型的部件實例是微型加壓澆鑄模的微型化拋料銷子、微型沖頭、步進(taketile )測微儀和微機械驅(qū)動系統(tǒng)的軸。除此之外，輪廓腐蝕加工用的對稱旋轉(zhuǎn)的棒形或盤形電極同樣也可以用上述方法進行校正或結(jié)構(gòu)化(圖5)。

圖5 ?微型焊絲腐蝕的棒形電極 ?

用旋轉(zhuǎn)棒形電極的輪廓腐蝕加工(ED-Milling)為沉降腐蝕提供了可以選擇的工藝變式。它的特點是使用棒形電極幾乎可以根據(jù)斷面輪廓銑削制造任意3D形狀。目前可用的棒形電極最小直徑d=50μm。微型輪廓腐蝕與微型沉降腐蝕相比具有特殊的工藝優(yōu)點，使其特別適用于微表面加工。通過使用適當?shù)妮喞�控制算法和磨損補償技術(shù)可以制造出非常復(fù)雜的復(fù)合形狀。工具電極的相對運動導(dǎo)致可比較的很好的沖洗條件，而這個條件又能對效率產(chǎn)生積極的作用，并且能夠達到很高的表面質(zhì)量。微電輪廓腐蝕的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域在于生產(chǎn)噴絲嘴和大面積成形工具的結(jié)構(gòu)化，在這些領(lǐng)域里焊絲腐蝕和沉降腐蝕由于對結(jié)構(gòu)大小和電極直徑在機械和技術(shù)方面的要求受到了工藝方法的限制。