[发明专利]一种冲孔与电火花复合的微细阵列通孔加工方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于微成形技术领域，特指一种冲孔与电火花复合的微细阵列通孔加工方法和装置，综合了微细冲孔加工和微细电火花加工的优点，使用该方法加工微细通孔，避免了因电火花加工产生的锥孔，也避免了冲裁力过大容易损伤冲头的问题，可以实现高效、低成本、大批量、高精度等目的。

背景技术

等工业领域中，以微细阵列孔为关键结构的零部件的使用越来越多(如光纤连接器、电连接器、化纤喷丝板、打印机喷墨孔、集成电路板、电子显微镜光栅、微喷嘴、过滤板等结构)，加工要求也越来越高，一般尺寸精度为±0.002mm～0.005mm，表面粗糙度Ra0.005～0.1μm，对加工过程中的进给量、加载速度、加工精度、测量和控制系统的实时性提出更高的要求。因此如何高质量、低成本、大批量实现微细阵列孔的加工与制造成为目前最迫切需要解决的技术。

目前微细孔的加工方法主要有微细超声加工、激光加工、微细电解加工、LIGA和准LIGA工艺、微塑性成形加工、电子束加工、微细电火花加工等。总的来说，目前微细通孔成形的技术存在以下问题：

但微细超声加工只适用于硬脆材料，且轴向尺寸难控制；激光加工和电子束加工成本高，设备贵，孔形略带腰锥形，激光加工件还有重铸层，且表面质量差；微细电解加工杂散腐蚀大，精度低且对夹具和机床等有腐蚀；LIGA技术投资大，加工过程复杂；微细电火花加工主要存在加工短路、断路或电弧放电作用，降低加工效率和精度，此外，加工中存在电极损耗，刀具补偿困难、加工速度慢等问题，加工的孔容易形成锥形；微塑性成形加工中工件存在变形，且受限于刀具尺寸，很难加工出微小群孔结构，且对冲头的制备和装夹要求也很高。因此，如何综合各种微细加工手段的优点，采用复合加工技术实现经济、高效、优质地加工出微细阵列孔成为目前研究的热点和亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种冲孔与电火花复合的微细阵列通孔加工方法和装置。通过采用的三段式成形模头对微细阵列通孔进行加工，三段式成形模头分别是作为电火花加工的电极、冲孔用的冲头、精密磨削用的磨具，对通孔可以同时实现电火花加工、冲压和精磨。该发明可以实现高效、优质、低成本、大批量的加工微细阵列通孔。

本发明所采用的技术方案是：

本发明所提供的一种冲孔与电火花复合的微型阵列通孔加工方法，包含以下步骤：

(1)按照精度要求加工多个三段式成形模头，三段式成形模头从上向下依次为电火花加工的电极、冲孔用的冲头和精密磨削用的磨具，电极直径D3、冲头直径D2和磨具直径D1之间存在以下的关系：D3＜D2＜D1，而且D2＝D3+(2～6μm)，D1＝D2+(0.05～0.5μm)，电极长度L3、冲头长度L2、磨具长度L1和工件厚度t之间存在以下的关系：L3＝5/6×t，L2＝(1.01～0.99)×t，L1＝(1.01～1)×t；

(2)包覆好电极和磨具，使用电解沉积方法在冲头外表面均匀沉积一层耐磨性能好的金属层，沉积的金属层厚度为1～20μm；

(3)包覆好电极和冲头，用激光喷射的方法在磨具外表面均匀喷射金刚石磨粒层，金刚石磨粒层厚为1～20μm，金刚石磨粒的直径在0.5μm，喷射有金刚石磨粒层的磨具的直径D1’和电解沉积好的冲头直径D2’之间存在以下的关系，D1’＝D2’+(0.05～0.5μm)；

(4)电极接在脉冲电源的阴极，工件接在脉冲电源的阳极，成形模头的电极在进给调节装置1的作用下，逐渐靠近工件，对工件上的孔进行电火花加工；

(5)电极不断下行，电脑控制系统测算出电极下端距离工件底部还有1/6t～1/7t时(t为工件的厚度)，切断直流发生器，对进给调节装置发出加速进给的指令，成形模头上的冲头段加速下行，对工件进行冲孔动作，完成通孔的加工；

(6)冲头不断下行，电脑控制系统测算出磨具下端开始与工件接触时，对进给调节装置发出减速并做上下往复运动的指令，实现微细阵列孔进行磨削的动作，最终完成了微细阵列孔的精加工，避免了因电火花加工产生的锥孔，也避免了冲裁力过大容易损伤冲头的问题。