)和配氣導向桿兩部分組成。電極端頭的材料為紫銅，長2_、寬2_、厚4mm的中空薄壁結構，壁厚0.5_。電極端頭的放電端面上加工有微錐塔陣列結構，微錐塔高度為578微米、頂角為60度，相鄰兩個微錐塔的間距為667微米，數(shù)量為9個。每四個相鄰微錐塔連接處加工有一個通氣孔，通氣孔為圓柱直孔，直徑為100微米，數(shù)量為4個。配氣導向桿與電極端頭連接在一起，配氣導向桿的形狀為圓柱形紫銅管，外徑為1mm、內(nèi)徑為0.3mm。
[0039]將端面加工有微錐塔陣列結構的紫銅電極裝夾在精密電火花機床(HAN SPARK精密電火花成型機)上，工作液為煤油。所用電火花機床需要設定電壓、電流、電源脈沖頻率和進給深度，電流設定為1A，電壓設定為130V，加工深度設定為50微米。電源頻率設定為300Hz，氣流脈沖與電源脈沖頻率相同，但是氣流脈沖比電源脈沖提前I微秒，使得在每次電火花放電時脈沖氣流都能提前到達放電尖端。在一次電火花放電周期內(nèi)，電極與工件表面發(fā)生電火花放電時，通入的脈沖氣流為正向，一次脈沖放電結束后，此時脈沖氣流變?yōu)榉聪颉?br>[0040]本實施例加工的工件為長5毫米、寬5毫米、厚4毫米的鋁基碳化硅結塊。最終在鋁基碳化硅結塊表面加工出9個微坑。如圖6為通過場發(fā)射掃描電鏡拍攝的工件表面加工出的9個微陣列坑中的一個微坑的形貌圖，從圖6可以看出，放電加工出的微坑呈倒金字塔形狀，微坑的形貌與放電電極端面上的微錐塔形狀基本吻合。微坑的開口呈方形，長和寬皆為0.4毫米，深0.3毫米。鋁基碳化硅復合材料作為一種新的結構材料，具有優(yōu)良的導熱性能，可以用作電子元件的散熱模塊，在其表面加工微陣列結構，可以增加散熱面積，從而增強其散熱性能。
[0041]實施例2
[0042]本實施例所用電極由電極端頭(圖5)和配氣導向桿兩部分組成。電極端頭的材料為紫銅，長2_、寬2_、厚4mm的中空薄壁結構，壁厚0.5_。電極端頭的放電端面上加工有微錐塔陣列結構，微錐塔高度為428微米、錐塔相對的兩側面夾角為60度，錐塔頂部為圓弧，半徑為150微米；相鄰兩個微錐塔的間距為667微米，數(shù)量為9個。每四個相鄰微錐塔連接處加工有一個通氣孔，通氣孔為圓柱直孔，直徑為100微米，數(shù)量為4個。配氣導向桿與電極端頭連接在一起，配氣導向桿的形狀為圓柱形紫銅管，外徑為1mm、內(nèi)徑為0.3_。
[0043]將電極裝夾在精密電火花機床(HAN SPARK精密電火花成型機)上，工作液為煤油。所用電火花機床需要設定電壓、電流、電源脈沖頻率和進給深度，電流設定為1A，電壓設定為80V，加工深度設定為300微米。電源頻率設定為300Hz，氣流脈沖與電源脈沖頻率相同，但是氣流脈沖比電源脈沖提前I微秒，使得在每次電火花放電時脈沖氣流都能提前到達放電尖端。在一次電火花放電周期內(nèi)，電極與工件表面發(fā)生電火花放電時，通入的脈沖氣流為正向，一次脈沖放電結束后，此時脈沖氣流變?yōu)榉聪颉?br>[0044]本實施例加工的工件為直徑50毫米，厚8毫米的鈦合金圓柱塊。鈦合金圓柱塊兩個端面在放電加工之前已經(jīng)處理成鏡面，如圖7所示為通過場發(fā)射掃描電鏡放大80倍條件下拍得的加工效果圖。從圖7可以看出鈦合金表面被加工出了 9個微陣列坑，微坑的開口呈方形，長和寬皆為500微米，微坑的整體形貌呈倒金字塔形狀。呈倒金字塔塔形狀的微坑和電極端面微結構的形狀基本吻合。鈦合金具有強度高，耐腐蝕，耐熱等優(yōu)良的性能，常被用于制造航空機體等，在其表面加工出微陣列結構，可以增大雷達波與機體表面的接觸面積，從而增大機體表面吸收雷達波的能力，進而提高航天器的隱形性能。
[0045]實施例3
[0046]本實施例3加工的工件材料為大同S-STAR鏡面注塑模具鋼，尺寸為長50毫米，寬50毫米，厚8毫米。利用本發(fā)明的加工方法在模具鋼表面加工出微陣列結構來制作注塑模具的模芯。具有微陣列結構的模芯可以用于生產(chǎn)微光電零部件，比如具有特定光效的燈罩，燈杯以及高性能的導光板等。本實施例使用的電極端頭的材料為紫銅，長2mm、寬2mm、厚4mm的中空薄壁結構，壁厚0.5_。電極端頭的放電端面上加工有微錐塔陣列結構，微錐塔高度為378微米、錐塔相對的兩側面夾角為60度，錐塔頂部為圓弧，半徑為200微米；相鄰兩個微錐塔的間距為667微米，數(shù)量為9個。每四個相鄰微錐塔連接處加工有一個通氣孔，通氣孔為圓柱直孔，直徑為100微米，數(shù)量為4個。配氣導向桿與電極端頭連接在一起，配氣導向桿的形狀為圓柱形紫銅管，外徑為1mm、內(nèi)徑為0.3mm。
[0047]將端面加工有微錐塔陣列結構的紫銅電極裝夾在精密電火花機床(HAN SPARK精密電火花成型機)上，工作液為煤油。所用電火花機床需要設定電壓、電流、電源脈沖頻率和進給深度，電流設定為1A，電壓設定為130V，加工深度設定為50微米。電源頻率設定為300Hz，氣流脈沖與電源脈沖頻率相同，但是氣流脈沖比電源脈沖提前I微秒，使得在每次電火花放電時脈沖氣流都能提前到達放電尖端。在一次電火花放電周期內(nèi)，電極與工件表面發(fā)生電火花放電時，通入的脈沖氣流為正向，一次脈沖放電結束后，此時脈沖氣流變?yōu)榉聪颉?br>[0048]圖8為本實施例加工的工件通過場發(fā)射掃描電鏡放大80倍拍得的圖像，從圖8可以看出模具鋼表面被加工出了 9個微陣列坑，微坑的開口呈方形，長和寬皆為600微米左右，微坑的整體形貌呈倒金字塔形狀，微坑的底部有圓弧過渡。
[0049]本實施例使用實施例1使用過的電極，目的是為了在模具鋼表面加工出底部具有圓弧過渡的微坑，由于電極的尖端在放電過程中會產(chǎn)生損耗，所以使用過的電極尖端會形成圓弧(如圖5)。模芯表面的微陣列結構底部具有圓弧過渡時在注塑微光電零部件時更容易脫模。
【主權項】
1.一種具有微錐塔陣列端面的電極，其特征在于，包括相互連接的電極端頭和配氣導向桿；所述電極端頭的放電端面上加工微錐塔陣列，多個微錐塔在電極端頭的平面上縱橫依次成排連接；其中微錐塔為微小的錐形結構，錐塔角度為45?90度，高度為5?200微米，間距為5?200微米；微錐塔之間形成V形溝槽結構，V形溝槽底部通過半徑為I?5微米的過渡圓弧連接；微錐塔的底部之間均勻分布通氣孔；配氣導向桿中部設有導向桿空腔，導向桿空腔與通氣孔連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有微錐塔陣列端面的電極，其特征在于，所述通氣孔為圓柱形，通氣孔的直徑為2?500微米。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有微錐塔陣列端面的電極，其特征在于，所述電極端頭和配氣導向桿通過卡槽連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的具有微錐塔陣列端面的電極，其特征在于:所述電極端頭的材料為紫銅，黃銅或紅銅。
5.根據(jù)權利要求1所述的具有微錐塔陣列端面的電極，其特征在于:所述放電端面的尺寸為2?50mm X 2?50mmo
6.權利要求1所述具有微錐塔陣列端面的電極的加工方法，其特征在于，采用高速旋轉V形尖端金剛石砂輪，在放電端面上沿刀具軌跡在冷卻液冷卻下運動，每次進給深度為I?3微米，逐漸加工出V形溝槽陣列，在兩個互相垂直方向加工出V形溝槽陣列組合形成微錐塔陣列；其中金剛石砂輪轉速為2000?3000轉/分，進給速度為0.1?0.2米/分，使用水冷卻；具軌跡為電極端頭的縱向或橫向分別上間隔微錐塔和過渡圓弧寬度之和的往返折疊線。
7.應用權利要求1所述具有微錐塔陣列端面的電極的脈沖氣流輔助聚熱排肩的微陣列放電加工方法，其特征在于:電極向工件方向進給，電極由電極端頭和配氣導向桿組成，導向桿的導向桿空腔與通氣孔連通，電極端頭加工的微錐塔陣列的微錐塔尖端產(chǎn)生電火花腐蝕，隨著電極不斷地向工件進給，每個微錐塔尖端都將產(chǎn)生電火花腐蝕，在進行微放電的時候，向電極的通氣孔通入脈沖氣流；所述微放電脈沖電源頻率的開路電壓2?50V ;所述脈沖氣流的通氣頻率和微放電脈沖電源頻率的頻率都為300?100Hz，脈沖氣流比微放電脈沖電源的電源脈沖提前0.5 -1微秒，使得每次電火花放電時脈沖氣流都能準時到達放電尖端；最終在工件表面加工出微結構陣列。
8.根據(jù)權利要求7所述的脈沖氣流輔助聚熱排肩的微陣列放電加工方法，其特征在于:所述冷卻液為水。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有微錐塔陣列端面的電極及其加工方法與應用。電極包括相互連接的電極端頭和配氣導向桿；電極端頭的放電端面上加工微錐塔陣列，多個微錐塔在電極端頭的平面上縱橫依次成排連接；其中微錐塔為微小的錐形結構，V形溝槽底部通過半徑為1～5微米的過渡圓弧連接；微錐塔的底部之間均勻分布著通氣孔；配氣導向桿中部設有導向桿空腔，導向桿空腔與通氣孔連通。本發(fā)明隨著電極不斷地向工件進給，陣列結構中每個微錐塔尖端都將產(chǎn)生電火花腐蝕，最終每個錐塔尖端都會在工件表面加工出微結構，該加工方法在一次加工行程中能形成多個微結構，加工效率大大提高，大大縮短加工時間，降低加工成本，適合于批量生產(chǎn)。
【IPC分類】B23H9-00, B23H1-04
【公開號】CN104668675
【申請?zhí)枴緾N201510098996
【發(fā)明人】謝晉, 魯艷軍, 司賢海, 趙同福, 吳鴻沛
【申請人】華南理工大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月5日