微三维模具微细电火花铣削技术研究

发布时间：2017-08-29 18:23

  本文关键词：微三维模具微细电火花铣削技术研究

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【摘要】：微注塑及微热压制品精度好,成型效率高,在电子、航空航天、生物科技及精密仪器等领域有着广泛地应用。微模具作为微塑成型的关键,因模具结构微小,尺寸精度及表面质量要求高,LIGA技术、微铣削加工技术、微细电化学加工技术、微细电火花加工技术等先进制造工艺被应用到微型模具的加工中。微细电火花铣削技术作为一种非接触式、工具工件间无宏观作用力的三维加工技术,在微模具的加工领域显示出了独特优势和潜力。利用简单形状的工具电极,采用端面放电的方式,由数控系统控制工具作轨迹运动,从而可在任何导体及半导体材料上加工出任意复杂的三维微结构。针对微细电火花铣削技术在热塑成型微模具加工中的优势及应用,本文对微细电火花铣削加工微模具技术进行了研究。采用LabVIEW编写了微细电火花加工控制程序,包括工具电极的制备、间隙电压的采集、铣削加工的伺服控制以及x-y-z移动轴位置存储。分层厚度直接影响微细电火花铣削加工微模具的加工效率及表面粗糙度。为了合理的规划微细电火花铣削加工的分层厚度,提高加工效率,本文着重研究了分层厚度对微细电火花加工的模具型腔及相应热压成型制品表面粗糙度的影响,同时分析了热压成型制品表面与微模具型腔表面之间的关系,以及热压前、后微模具型腔表面轮廓的变化。实验结果表明：当电极轨迹重叠率一定时,模具型腔底面表面粗糙度随分层厚度的增加而增大；分层厚度对型腔侧壁表面粗糙度没有明显影响；热压制品表面轮廓算术平均偏差Ra要小于模具型腔表面轮廓算术平均偏差＆；热压后,模具表面轮廓发生了变化,粗糙度参数＆和峰高Rpk减小,峰谷Rvk增大。本文也对微细电火花铣削质量进行了研究,为微模具的高精度成型奠定了基础。采用多层厚组合加工的方式加工了系列微模具,有效的提高微模具底面表面质量,其底面粗糙度值凡、Rpk随分层厚度的变化趋势趋于平缓,可以同时满足加工质量和效率的要求。以直线度误差评价不同分层厚度下,微模具侧壁表面轮廓的形状误差,并进行了对比及分析。针对微模具X、Y向的尺寸误差,分析了侧壁结构对电火花铣削加工放电状态的影响,通过刀具轨迹、工具及工件实际尺寸反求出X、Y向的实际放电间隙,得到具有45°、60°侧壁结构的X向放电间隙均值为O.1μm,具有垂直底面的侧壁结构的Y向的实际放电间隙均值为5.1¨m。此外,本文基于微细电火花铣削加工的底面轮廓模型,利用matlab仿真了工具相对体积损耗率对底面轮廓的影响,以及当损耗率存在误差及变化时,工具电极直径、分层厚度的选取对加工轮廓的影响。
【关键词】：微细电火花加工 微模具 热压成型 表面粗糙度 直线度
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG661;TG54
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 课题来源11
• 1.2 课题研究背景11-12
• 1.3 微细电火花加工技术概述12-15
• 1.3.1 微细电火花加工原理12-13
• 1.3.2 微细电火花加工的特点及应用13-15
• 1.4 微细电火花三维铣削15-20
• 1.4.1 微三维结构的微细电火花加工技术15-16
• 1.4.2 微细电火花铣削技术的应用16-17
• 1.4.3 微细电火花加工电极损耗的补偿策略17-19
• 1.4.4 微细电火花铣削加工工艺研究19-20
• 1.5 本文主要研究内容20-21
• 2 微细电火花加工平台及控制系统21-33
• 2.1 微细电火花加工平台21-26
• 2.1.1 伺服驱动机构22
• 2.1.2 WEDG单元22-23
• 2.1.3 工具夹具及主轴系统23-24
• 2.1.4 RC脉冲电源及放电状态检测电路24-25
• 2.1.5 在线观测及精密测量设备25-26
• 2.2 微细电火花加工装置的软件控制系统26-31
• 2.2.1 控制程序的总体框架26-28
• 2.2.2 微细电火花三维铣削控制模块28-31
• 2.3 主轴夹持装置结构改进31-33
• 3 分层厚度对微模具及热压制品粗糙度的影响33-55
• 3.1 微模具的微细电火花铣削加工33-38
• 3.1.1 模具型腔的设计33-34
• 3.1.2 数控铣削代码生成34-35
• 3.1.3 微细电火花铣削参数35-36
• 3.1.4 微模具加工结果36-38
• 3.2 热压成型38-43
• 3.2.1 热压成型材料选择38-39
• 3.2.2 热压成型设备39
• 3.2.3 热压成型过程39-41
• 3.2.4 制品成型结果41-43
• 3.3 热压制品与微模具型腔表面关系分析43-50
• 3.3.1 表面粗糙度评定参数选取43-44
• 3.3.2 制品与模具底面表面轮廓分析44-47
• 3.3.3 模具及制品侧壁表面轮廓分析47-50
• 3.4 结果分析50-54
• 3.4.1 分层厚度对模具底面及制品相应表面轮廓的影响50-51
• 3.4.2 分层厚度对模具及制品侧壁表面轮廓的影响51
• 3.4.3 热压中模具表面轮廓的变化分析51-52
• 3.4.4 制品表面轮廓与模具表面轮廓关系分析52-54
• 3.5 本章小结54-55
• 4 微细电火花铣削加工质量研究55-79
• 4.1 微细电火花铣削加工分层策略55-62
• 4.1.1 微模具设计及加工55-57
• 4.1.2 微模具表面粗糙度分析57-62
• 4.2 微模具侧壁表面轮廓分析62-70
• 4.2.1 微模具侧壁表面轮廓提取62-64
• 4.2.2 侧壁表面轮廓直线度误差64-67
• 4.2.3 结果分析67-70
• 4.3 微模具尺寸误差分析70-79
• 4.3.1 微模具X、Y向尺寸误差70-71
• 4.3.2 微模具的设计及加工71-73
• 4.3.3 X向尺寸误差分析73-76
• 4.3.4 Y向尺寸误差分析76-78
• 4.3.5 结果分析78-79
• 5 微细电火花铣削工件底面轮廓仿真79-85
• 5.1 微细电火花铣削加工轮廓模型79-80
• 5.2 底面轮廓的仿真80-85
• 5.2.1 工具相对体积损耗率对底面轮廓的影响80-82
• 5.2.2 工具直径、分层厚度对底面轮廓的影响82-85
• 结论85-87
• 参考文献87-91
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况91-92
• 致谢92-93

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本文编号：754762