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1、(10)申请公布号 CN 103028799 A (43)申请公布日 2013.04.10 C N 1 0 3 0 2 8 7 9 9 A *CN103028799A* (21)申请号 201210578889.2 (22)申请日 2012.12.28 B23H 9/14(2006.01) B23H 5/04(2006.01) (71)申请人江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市学府路301号 (72)发明人王匀 陆广华 许桢英 殷苏民 王雪鹏 吴俊峰 蒋素琴 陈万荣 (54) 发明名称 一种冲孔与电火花复合的微细阵列通孔加工 方法和装置 (57) 摘要 本发明涉及微细孔加工领域，特指一种。
2、基于 冲孔与电火花复合的微型阵列通孔加工方法和装 置。本发明综合了常规机械冲孔加工和电火花加 工的优点，采用的成形模头分三段，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；首先使用成形模头的电极段对孔进行型腔加 工，当电极下端距离板料底部还有1/6t1/7t时 (t为板料的厚度)，切断直流发生器，成形模头上 的冲头段以一定的速度直接对板料进行冲孔，当 冲孔完毕，成形模头的磨具上下运动，起到精密磨 削的作用。该发明设计合理，实用性强，适合于微 型阵列通孔的低成本批量化生产。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (1。
3、2)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1页 2 1.一种冲孔与电火花复合的微型阵列通孔加工方法，其特征在于，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：D3D2D1，而且D2D3+(26m)，D1D2+(0.050.5m)， 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：L35/6t， L2(1.010.99)t，L1(1.011)t； (2)包覆好电极和磨具，使用电解沉积方法在冲。
4、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120m； (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120m，金刚石磨粒的直径在0.5m，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，D1D2+(0.050.5m)； (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1/6t1/7t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。
5、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。 2.为实施权利要求1所述的一种冲孔与电火花复合的微型阵列通孔加工方法的装置， 其包括进给调节装置、成形模头、工作液循环系统、安装平台、电气系统、工作液、工件和电 脑控制系统八个部分；进给调节装置位于整个成形装置的顶部，装置的伺服运动由步进电 机通过同步齿形带减速带动丝杠、螺母。
6、完成；成形模头安装在进给调节装置下方，工作液循 环系统由工作箱、过滤器、高压泵、压力表、节流阀、高压管组成，工作液可以用纯水、自来水 或是乳化液；安装台位于整个成形装置的底部，上面安置工件；电气系统由脉冲电源、主轴 伺服系统、机床电气系统、整流单元等组成；电脑控制系统控制进给调节装置和电气系统。 3.权利要求1所述的一种冲孔与电火花复合的微型阵列通孔加工方法，其特征在于， 三段式成形模头可以按照微型阵列通孔的排布方式一次性放置多个，实现阵列通孔的一次 加工成形。 权 利 要 求 书CN 103028799 A 1/4页 3 一种冲孔与电火花复合的微细阵列通孔加工方法和装置 技术领域 0001 。
7、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 0002 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0.002mm0.005mm，表面粗糙度 Ra0.0050.1m，对加工过程中的进给量、加载速度、加工精度、测量和。
8、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。 0003 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： 0004 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。
9、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 0005 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。
10、、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。 0006 本发明所采用的技术方案是： 0007 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： 0008 (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：D3D2D1，而且D2D3+(26m)，D1D2+(0.05 说 明 书CN 103028799 A 2/4页 4 0.5m)，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。
11、 5/6t，L2(1.010.99)t，L1(1.011)t； 0009 (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120m； 0010 (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120m，金刚石磨粒的直径在0.5m，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，D1D2+(0.050.5m)； 0011 (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； 00。
12、12 (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1/6t1/7t 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； 0013 (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。 0014 实施上述一种冲孔与电火花复合的微型阵列通孔加工方法的装置，包括进给调节 装置、成形模头、工作液循环系统、安装。
13、平台、电气系统、工作液、工件和电脑控制系统八个 部分；进给调节装置位于整个成形装置的顶部，装置的伺服运动由步进电机通过同步齿形 带减速带动丝杠、螺母完成；成形模头安装在进给调节装置下方，工作液循环系统由工作 箱、过滤器、高压泵、压力表、节流阀、高压管组成，工作液可以用纯水、自来水或是乳化液； 安装台位于整个成形装置的底部，上面安置工件；电气系统由脉冲电源、主轴伺服系统、机 床电气系统、整流单元等组成；电脑控制系统控制进给调节装置和电气系统。 0015 上述的一种冲孔与电火花复合的微型阵列通孔加工方法，其特征在于，三段式成 形模头可以按照微型阵列通孔的排布方式一次性放置多个，实现阵列通孔的一次加。
14、工成 形。 0016 本发明具有如下技术优势： 0017 1.采用电解沉积工艺在成形模头表面沉积了一层耐磨金属，提高了冲头刚度、强 度和耐磨性。 0018 2.与微细阵列孔单孔逐一加工相比，采用阵列工具加工微细阵列孔，提高了阵列 孔的相互位置精度。 0019 3.与微细电火花加工微细阵列孔相比，提高了加工速度，降低了成形孔的锥度，对 于电火花加工过程中造成的锥形孔具有矫正作用，可以挤压或剔除孔壁上多余的金属满足 加工质量，并且提高孔壁金属的硬度和强度。 0020 4.与微细冲压加工微细阵列孔相比，降低了冲裁力，延长了冲头的使用寿命。 0021 5.与激光、电子束、LIGA等技术加工微细阵列孔相。
15、比，降低了制造成本。 0022 6与其他微细阵列电极加工微细阵列孔相比，由于冲压的冲头也作为电火花加工 中的电极和磨削工具，极大的提高了工件定位精度和成形精度。 说 明 书CN 103028799 A 3/4页 5 附图说明 0023 图1是成形模头示意图。 0024 图2是基于冲孔与电火花复合的微型阵列通孔加工装置简图。 0025 (1)进给调节装置 (2)成形模头 (3)工作液循环系统 (4)工件 (5)安装平 台 (6)电气系统 (7)工作液 (8)电脑控制系统 (9)磨具 (10)冲头 (11)电极 具体实施方式 ： 0026 下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。 0027。
16、 如图1所示，基于冲孔与电火花复合的微型阵列通孔加工方法所采用的成形模头 2是三段式的，从上向下依次为电极11、冲头10和磨具9，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：D3D2D1，而且D2D3+(26m)，D1D2+(0.05 0.5m)，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 5/6t，L2(1.010.99)t，L1(1.011)t；包覆好电极11和磨具9，使用电 解沉积方法在冲头10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 20m；包覆好电极11和冲头10，用激光喷射的方法在磨具9外表面均匀喷射金刚石磨粒 。
17、层，金刚石磨粒层厚为120m，金刚石磨粒的直径在0.5m，喷射有金刚石磨粒层的磨 具9的直径D1和电解沉积好的冲头10直径D2之间存在以下的关系，D1D2+(0.05 0.5m)。 0028 如图2所示，基于冲孔与电火花复合的微型阵列通孔加工装置，包括进给调节装 置1、成形模头2、工作液循环系统3、安装平台5、电气系统6、工作液7、工件4和电脑控制系 统8八个部分；进给调节装置1位于整个加工装置的顶部，装置的伺服运动由步进电机通过 同步齿形带减速带动丝杠、螺母完成；成形模头2安装在进给调节装置1下方，工作液循环 系统3由工作箱、过滤器、高压泵、压力表、节流阀、高压管组成，工作液7可以用纯水、自。
18、来 水或是乳化液；安装平台5位于整个成形装置的底部，上面安置工件4；电气系统6由脉冲 电源、主轴伺服系统、机床电气系统、整流单元等组成；电脑控制系统8控制进给调节装置1 和电气系统6。 0029 结合图1和图2说明基于冲孔与电火花复合的微型阵列通孔加工方法，其包含以 下步骤： 0030 (1)按照精度要求加工多个三段式成形模头2，三段式成形模头2从上向下依次 为电火花加工的电极11、冲孔用的冲头10和精密磨削用的磨具9，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：D3D2D1，而且D2D3+(26m)，D1 D2+(0.050.5m)，电极长度L3、冲头长度L2、磨具长度L1。
19、和工件厚度t之间存在以下 的关系：L35/6t，L2(1.010.99)t，L1(1.011)t； 0031 (2)包覆好电极11和磨具9，使用电解沉积方法在冲头10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120m； 0032 (3)包覆好电极11和冲头10，用激光喷射的方法在磨具9外表面均匀喷射金刚 石磨粒层，金刚石磨粒层厚为120m，金刚石磨粒的直径在0.5m，喷射有金刚石磨 粒层的磨具9的直径D1和电解沉积好的冲头10直径D2之间存在以下的关系，D1 D2+(0.050.5m)； 说 明 书CN 103028799 A 4/4页 6 0033 (4)电极11接在脉冲电源。
20、的阴极，工件4接在脉冲电源的阳极，成形模头2的电极 11在进给调节装置1的作用下，逐渐靠近工件4，对工件上的孔进行电火花加工； 0034 (5)电极11不断下行，电脑控制系统8测算出电极11下端距离工件4底部还有 1/6t1/7t时(t为工件的厚度)，切断直流发生器，对进给调节装置1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； 0035 (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1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。 0036 上述的一种冲孔与电火花复合的微型阵列通孔加工方法，其中三段式成形模头可 以按照微型阵列通孔的排布方式一次性放置多个，实现阵列通孔的一次加工成形。 0037 综上所述，本发明采用了三段式成形模头对微细阵列通孔进行加工，对通孔可以 同时实现电火花加工、冲压和精磨的效果。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。 说 明 书CN 103028799 A 1/1页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 103028799 A 。