一種基于雙向三維特征疊加的三維微結(jié)構(gòu)加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是用于微細(xì)加工領(lǐng)域，尤其是利用三維微電極加工工件斜平面的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通過(guò)三維微電極的微細(xì)電火花加工或微細(xì)電解加工可以獲得三維微結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的三維微電極一般是通過(guò)多層二維微結(jié)構(gòu)疊加擬合而成。三維微電極的三維特征分為兩個(gè)方向(或稱(chēng)為一個(gè)平面和一個(gè)方向)，一個(gè)方向(平面)上的三維特征可以直接獲得，另一方向上的三維特征則需要通過(guò)多層二維微結(jié)構(gòu)疊加擬合獲得，因此該方向上的三維特征存在臺(tái)階效應(yīng)。將三維微電極用于微細(xì)電火花加工或者微細(xì)電解加工，臺(tái)階效應(yīng)會(huì)對(duì)三維微結(jié)構(gòu)的形狀精度產(chǎn)生不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是消除臺(tái)階效應(yīng)對(duì)三維微結(jié)構(gòu)形狀精度的不利影響，提供一種可以加工具有較高形狀精度的三維微結(jié)構(gòu)方法，尤其是適用于三維斜平面的電加工成型。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案予以解決:
[0005]—種基于雙向三維特征疊加的三維微結(jié)構(gòu)加工方法，其包括以下步驟:
[0006]步驟一:建立零件幾何模型;繪制待制備零件的三維微結(jié)構(gòu)幾何模型；
[0007]步驟二:建立三維電極模型;根據(jù)所述三維微結(jié)構(gòu)幾何模型上的不同方向，分別建立電火花加工該平面的XZ方向微電極幾何模型和YZ方向微電極幾何模型;并將所述XZ方向微電極幾何模型和YZ方向微電極幾何模型進(jìn)行離散切片，分別得到離散切片幾何模型；
[0008]步驟三:建立薄片電極數(shù)據(jù)模型；分別將所述離散切片幾何模型轉(zhuǎn)化為兩組相互平行的XZ薄片電極數(shù)據(jù)模型和YZ薄片電極數(shù)據(jù)模型;所述薄片電極數(shù)據(jù)模型中的薄片電極數(shù)量與所述離散切片幾何模型中的切片數(shù)量N相等，所述薄片電極的厚度h與所述切片的厚度H相等；
[0009]步驟四:加工微電極薄片;根據(jù)所述XZ薄片電極數(shù)據(jù)模型和YZ薄片電極數(shù)據(jù)模型，在一組金屬箔上分別加工出ZX方向上的二維薄片微電極和YZ方向上的二維薄片微電極，所述兩個(gè)電極之間的距離為S;
[0010]步驟五:連接各層微電極薄片;將所述金屬箔進(jìn)行真空壓力熱擴(kuò)散焊，用于散焊的真空爐壓強(qiáng)P < 10Pa，焊接溫度T為三維電極材料熔點(diǎn)的0.5?0.8倍，保溫時(shí)間t > I小時(shí)，完成后隨爐冷卻，形成XZ薄片電極和YZ薄片電極的三維疊層微電極陣列；
[0011]步驟六:電加工三維微結(jié)構(gòu);將具有XZ薄片電極和YZ薄片電極的電極陣列用于加工三維微結(jié)構(gòu):I)用三維疊層微電極輪廓的XZ方向?qū)?zhǔn)備工件的第一平面，并進(jìn)行XZ方向上的上下往返式加工，從而使工件獲得XZ方向上的三維特征;2)移動(dòng)工件或金屬箔，使三維疊層微電極輪廓的YZ方向?qū)?zhǔn)所述工件的第一平面；同時(shí)，旋轉(zhuǎn)工件或金屬箔，對(duì)工件進(jìn)行YZ方向上的上下往返式加工，從而使工件獲得YZ方向上的三維特征；
[0012]根據(jù)上述方法加工出的工件不會(huì)出現(xiàn)臺(tái)階，可有效地提高加工結(jié)果的形狀和改善加工結(jié)果的表面質(zhì)量。
[0013]優(yōu)選地，具有所述三維疊層微電極輪廓的電極陣列，其上的XZ薄片電極和YZ薄片電極為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng);所述步驟六中的旋轉(zhuǎn)工件或金屬箔的角度為90°。
[0014]優(yōu)選地，所述切片的厚度Η< 500μπι。
[0015]優(yōu)選地，所述金屬箔為銅箔或鎳箔或鉬箔。
[0016]優(yōu)選地，所述二維薄片微電極的厚度h< 1.0mm。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是:
[0018]現(xiàn)有的三維疊層微電極由于在加工過(guò)程中具有臺(tái)階，直接用于微細(xì)電火花加工或微細(xì)電解加工時(shí)，臺(tái)階會(huì)被復(fù)制到加工結(jié)果上，從而影響到加工結(jié)果的形狀精度和表面質(zhì)量。而本發(fā)明將三維微電極XZ方向和YZ方向分別進(jìn)行離散和疊加，可有效避免三維疊層微電極的臺(tái)階效應(yīng)。將具有三維微電極XZ方向和三維微電極YZ方向的電極陣列用于微細(xì)電火花加工或者微細(xì)電解加工，可以有效地提高加工結(jié)果的形狀精度和改善加工結(jié)果的表面質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0019]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖；
[0020]圖1是所需要的三維微結(jié)構(gòu)的幾何模型示意圖；
[0021 ]圖2是根據(jù)圖1所設(shè)計(jì)的三維微電極的幾何模型示意圖；
[0022]圖3是現(xiàn)有的三維微電極的離散切片幾何模型示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明的微電極薄片的加工方式；
[0024]圖5是本發(fā)明具有XZ方向和YZ方向三維微電極的電極陣列示意圖；
[0025]圖6是本發(fā)明的電極陣列加工工件XZ方向上的三維特征示意圖；
[0026]圖7是本發(fā)明的電極陣列加工工件YZ方向上的三維特征示意圖；
[0027]標(biāo)號(hào)說(shuō)明:
[0028]擋塊I，正在加工的銅箔2，待加工的銅箔3，夾緊端4，已完成加工的銅箔5，切割工具6，二維薄片微電極7，臺(tái)階8，工件9。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030]本發(fā)明提出的三維微電極疊層擬合制備方法，其包括以下步驟:
[0031 ] 一種基于雙向三維特征疊加的三維微結(jié)構(gòu)加工方法，其包括以下步驟:
[0032]步驟一:建立零件幾何模型;繪制待制備零件的三維微結(jié)構(gòu)幾何模型；
[0033]步驟二:建立三維電極模型;根據(jù)所述三維微結(jié)構(gòu)幾何模型上的不同方向，分別建立電火花加工該平面的XZ方向微電極幾何模型和YZ方向微電極幾何模型;并將所述XZ方向微電極幾何模型和YZ方向微電極幾何模型進(jìn)行離散切片，分別得到離散切片幾何模型；
[0034]步驟三:建立薄片電極數(shù)據(jù)模型；分別將所述離散切片幾何模型轉(zhuǎn)化為兩組相互平行的XZ薄片電極數(shù)據(jù)模型和YZ薄片電極數(shù)據(jù)模型;所述薄片電極數(shù)據(jù)模型中的薄片電極數(shù)量與所述離散切片幾何模型中的切片數(shù)量N相等，所述薄片電極的厚度h與所述切片的厚度H相等；
[0035]步驟四:加工微電極薄片;根據(jù)所述XZ薄片電極數(shù)據(jù)模型和YZ薄片電極數(shù)據(jù)模型，在一組金屬箔上分別加工出XZ方向上的二維薄片微電極和YZ方向上的二維薄片微電極，所述兩個(gè)電極之間的距離為S;
[0036]步驟五:連接各層微電極薄片;將所述金屬箔進(jìn)行真空壓力熱擴(kuò)散焊，用于散焊的真空爐壓強(qiáng)P < 10Pa，焊接溫度T為三維電極材料熔點(diǎn)的0.5?0.8倍，保溫時(shí)間t > I小時(shí)，完成后隨爐冷卻，形成XZ薄片電極和YZ薄片電極的三維疊層微電極陣列；
[0037]步驟六:電加工三維微結(jié)構(gòu);將具有XZ薄片電極和YZ薄片電極的電極陣列用于加工三維微結(jié)構(gòu):I)用三維疊層微電極輪廓的XZ方向?qū)?zhǔn)備工件9的第一平面，并進(jìn)行XZ方向上的上下往返式加工，從而使工件9獲得XZ方向上的三維特征;2)移動(dòng)工件9或金屬箔，使三維疊層微電極輪廓的YZ方向?qū)?zhǔn)所述工件9的第一平面;同時(shí)，旋轉(zhuǎn)工件9或金屬箔，對(duì)工件9進(jìn)行YZ方向上的上下往返式加工，從