微細(xì)電火花加工技術(shù)因其宏觀切削力小而被廣泛地應(yīng)用于微孔和三維微結(jié)構(gòu)的加工。微細(xì)電火花加工三維微結(jié)構(gòu)的主流技術(shù)是通過具有簡(jiǎn)單截面形狀的微細(xì)電極進(jìn)行逐層掃描放電加工。該技術(shù)可以加工各種復(fù)雜的三維微結(jié)構(gòu)，但是該方法同樣存在微細(xì)電極損耗嚴(yán)重、三維微結(jié)構(gòu)的加工效率低等缺點(diǎn)。針對(duì)上述技術(shù)瓶頸，本文提出一種基于薄片隊(duì)列微電極的三維微細(xì)電火花加工工藝。以三維微結(jié)構(gòu)為依據(jù)，該工藝設(shè)計(jì)三維微電極并將其離散成一組薄片隊(duì)列微電極，然后使薄片微電極按照規(guī)劃路徑先后進(jìn)行微細(xì)電火花加工。最終，每個(gè)薄片微電極所對(duì)應(yīng)的微細(xì)電火花加工結(jié)果便可疊加擬合出三維微結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有的三維微細(xì)電火花加工工藝相比，該工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：電極制備簡(jiǎn)單且可以有效提高三維微結(jié)構(gòu)的加工效率。

本文的主要工作如下：

(1)通過制備薄片隊(duì)列微電極，進(jìn)行多組加工參數(shù)下的微細(xì)電火花實(shí)驗(yàn)，對(duì)工藝的特點(diǎn)進(jìn)行探究，并對(duì)工藝進(jìn)行完善優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，工件表面存在臺(tái)階狀加工痕跡，加工參數(shù)對(duì)微結(jié)構(gòu)加工質(zhì)量有顯著影響，選用100 V電壓、100 ns脈寬參數(shù)，可以獲得精度較高的三維微型腔。

(2)進(jìn)行三維微細(xì)電火花加工，探究薄片微電極的損耗特性。發(fā)現(xiàn)在微細(xì)電火花加工中，各微電極的損耗呈現(xiàn)為依次遞減的規(guī)律，前三個(gè)薄片微電極的損耗較大，對(duì)形狀精度有較大影響。另一方面，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整薄片微電極的損耗，使微電極邊緣損耗形成一定的圓角，有利于降低臺(tái)階效應(yīng)，提高表面質(zhì)量。

(3)制備具有錐度結(jié)構(gòu)的薄片微電極，并進(jìn)行微細(xì)電火花加工，以消除加工表面的臺(tái)階痕跡。實(shí)驗(yàn)表明，使用具有錐度結(jié)構(gòu)的微電極進(jìn)行加工，可以有效提高工件表面質(zhì)量，且改善效果與錐度參數(shù)和微結(jié)構(gòu)表面斜度相關(guān)。同時(shí)，通過增加三維結(jié)構(gòu)模型的分層數(shù)量，制備對(duì)應(yīng)的薄片隊(duì)列微電極，可以逐漸消除工件表面的臺(tái)階痕跡。

(4)使用Fluent軟件包對(duì)薄片微電極加工半球結(jié)構(gòu)的間隙流場(chǎng)進(jìn)行仿真研究，及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果顯示，通過適當(dāng)增大入口速度，及使用超聲振動(dòng)輔助加工，可以改善間隙流場(chǎng)，提高薄片隊(duì)列微電極的加工質(zhì)量。