隨著納米技術(shù)的進步邦孽,產(chǎn)品不斷向微型化方向發(fā)展斩狱,特征尺寸為微米級的微機電系統(tǒng)越來越受到人們的高度重視。
微機電系統(tǒng)(MEMS癞蚕, Micro-Electro-Machanical Systems)包括微型機構(gòu)、微型傳感器辉哥、微型執(zhí)行器和相應的處理電路等幾部分桦山,MEMS已相繼應用于精密機械、光電通訊醋旦、影像傳輸恒水、生化醫(yī)療和信息儲存等領(lǐng)域,如微齒輪俗耗、插頭式光纖連接器姑郊、醫(yī)學用微量泵、導光板缝聋、微透鏡裂膛、內(nèi)窺鏡零件、微流控芯片废徙、細胞培養(yǎng)用微型容器紧贪,以及旋轉(zhuǎn)傳感器中的衍射光柵等都需要微型模具。國際MEMS市場近年來獲得迅速發(fā)展瞄隶,中國的MEMS市場增速也將加快态素,據(jù)有關(guān)資料預測,至2011年我國MEMS的增速有望達到29.2%第讯。
所謂微型模具躲含,如果從尺寸和制造精度上加以限定,則微型模具具有以下特征:成形制件尺寸微小褒碌,一般來說體積為1mm3左右别肄;成形的微觀尺寸從幾微米到幾百微米,模具表面粗糙度Ra≤0.1μm交惯,模具的制造精度≤1.0μm次泽。
微型模具不一定指體積微小的模具,在大體積的模具上有微結(jié)構(gòu)特征的部分席爽,這一部分也可稱作微型模具意荤,這種模具結(jié)構(gòu)的微小型腔部分啊片,可在一個小體積的模塊上加工,然后把小模塊作為一個模塊嵌入大模具中玖像,這不僅便于微小模具的微細加工紫谷,而且可以進行鑲塊更換,以提高整體模具的壽命捐寥。
微型模具的制造難點在于微小型腔或微小凹凸結(jié)構(gòu)的加工笤昨,一般機械加工方法不能加工尺寸太小的零件,也就是說很難加工微結(jié)構(gòu)尺寸的微型模具握恳,而且尺寸精度和表面粗糙度都達不到微型模具的要求瞒窒,特別是機械加工的應力對微型模具加工影響較大。雖然目前已開發(fā)了微細車削機床乡洼、微細銑削機床和微細磨削機床崇裁,但都有其局限性,很難適合微型模具的微型腔加工甩澳。而適合微型模具加工的主要是特種加工技術(shù)卜呈,包括光制作技術(shù)、微細電火花加工技術(shù)等岗师。近年來發(fā)展的新型光制作技術(shù)——LIGA技術(shù)贵舀,是深度X射線刻蝕、電鑄成型和塑料鑄模等技術(shù)的結(jié)合瘩邀,是一種高精度微結(jié)構(gòu)的零件加工技術(shù)欲灾,但LIGA只能加工柱狀的微結(jié)構(gòu),作為微型模具的加工手段也有一定的局限性依矿。
微細電火花加工在微細加工領(lǐng)域被廣泛采用勉徘,已成為微型模具加工方面一個重要的發(fā)展方向。微細電火花加工微型模具具有一系列優(yōu)點:
》厄取(1)低應力羊湃。這一點對微型模具及微細結(jié)構(gòu)件加工特別重要,由于微細電火花加工是用微脈沖能量加工份噪,所以比一般電火花加工的應力更小然走,更適合于微型模具加工。
∠返病(2)能加工高硬材料芍瑞。這一點具有特殊的優(yōu)勢,可能是其他加工方法無法比擬的褐墅,它對提高微型模具的壽命具有重要意義拆檬。
(3)能加工復雜微型腔模具妥凳。加工復雜微型腔取決于電極形狀竟贯,不像LIGA只能加工柱狀微結(jié)構(gòu)件答捕,微細車削只適合加工回轉(zhuǎn)類微零件,微細磨削只適合加工溝槽類微結(jié)構(gòu)件等澄耍。
≡肷骸(4)無毛刺。微型模具的微型腔不允許有毛刺齐莲,有了毛刺要去毛刺也十分困難。
微細電火花加工目前已有相當高的技術(shù)水平磷箕,微能量脈沖電源鳖直、微進給系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)侍肯、數(shù)控系統(tǒng)等都在電火花微孔加工中得到開發(fā)應用姥咖。微細電火花加工的表面粗糙度Ra可達0.05μm,在微型腔或微型結(jié)構(gòu)件的加工中身犯,其加工精度可以達到≤1μm碟灾,可以滿足微型模具的加工要求。
但微細電火花加工的一個關(guān)鍵問題是微型電極的制作动娄。到目前為止倾秤,日本東京大學增澤隆久教授開發(fā)的線電極電火花磨削法(WEDG)迄今還是制作微細電極的有效方法,它是建立在電火花反拷貝加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種微型電極制作方法篓疚。WEDG的主要特點:①線電極與工件(微型電極)為點接觸衬朗,故工件的加工形狀僅與成形運動有關(guān),因此圓柱體工件只需單軸數(shù)控掂演,利用2軸或3軸數(shù)控可以加工多種復雜形狀捧贺。②由于線電極是回轉(zhuǎn)的(移動的)加工量又很小,故線電極損耗極小栓拜,有利于提高加工精度座泳;而加工精度主要取決于成形運動精度。③放電部位為點區(qū)域幕与,放電過程中對工件的振動或造成彎曲的影響極小挑势,適合微型電極(工件)加工,并能達到很高的精度纽门。④因放電是點接觸相對反拷貝而言效率較低薛耻。以加工微細圓柱工件為例,應用WEDG方法可以加工?70μm的銅赏陵、?20μm及?13μm的鎢饼齿,甚至可以進行更小直徑的加工。
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