電火花加工微尺度結(jié)構(gòu)模具鑲塊試驗(yàn)研究.pdf

1、聚合物微流控芯片已廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)、臨床、醫(yī)藥和環(huán)境等領(lǐng)域，需求量日益增大。實(shí)現(xiàn)其批量化生產(chǎn)的主要工藝方法是熱壓成型與注塑成型，而在高性能模具鋼上加工出具有微尺度結(jié)構(gòu)的模具鑲塊是實(shí)現(xiàn)這種工藝方法的關(guān)鍵。電火花加工技術(shù)以其低成本、高材料選擇度、柔性非接觸式加工等特點(diǎn)，在微結(jié)構(gòu)制造中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此，開(kāi)展電火花加工微尺度結(jié)構(gòu)模具鑲塊的試驗(yàn)研究，對(duì)聚合物微流控芯片走向?qū)嵱没?、批量化的生產(chǎn)具有重要意義。
　　首先，針對(duì)微尺度凸起結(jié)構(gòu)

2、的制造，采用了一種窄縫式電極代替凹槽式電極成形的工藝方法。使用φ0.1mm的電極絲，對(duì)慢走絲電火花線切割加工銅鎢合金窄縫工藝規(guī)律進(jìn)行了探索，先后研究第一次切割窄縫寬度與加工參數(shù)之間關(guān)系，三次切割各自的去除量;從而在多次切割中，可確定出每次切割的偏移量，以便切割出符合尺寸精度、表面質(zhì)量要求的窄縫。運(yùn)用該試驗(yàn)的結(jié)果，在厚度為6mm的銅鎢合金(W70％)電極板上可切割出寬度140±2μm、表面粗糙度Ra0.37μm的窄縫。
　　其次，在

3、寬度為200μm、160μm、140μm的窄縫電極上進(jìn)行了精密電火花成形微尺度凸起結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)試驗(yàn);分析研究了搖動(dòng)量與成形尺寸、電極工位個(gè)數(shù)與成形精度之間關(guān)系，得出使用四個(gè)工位電極成形微凸起結(jié)構(gòu)。
　　然后，在以上試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)某種模具鑲塊微尺度變截面凸起結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將電火花成形使用的四個(gè)窄縫電極做在一塊電極板上，各窄縫電極保持一定相對(duì)位置，形成了一種整體式多工位電極。多工位電極既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電極損耗的補(bǔ)償，又避免了多個(gè)電極更

4、換成形時(shí)帶來(lái)的重復(fù)裝夾、找正、定位誤差。測(cè)量成形結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隨著成形凸起高度的減小，凸起成形精度變差。對(duì)于這種現(xiàn)象，從電火花成形加工機(jī)理和誤差復(fù)映兩個(gè)角度予以分析、解釋。
　　最后，針對(duì)另一種模具鑲塊微尺度凹槽結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種多工位組合電極，在保留多工位的同時(shí)，組合式的結(jié)構(gòu)解決了高速銑削加工微凸起電極難以實(shí)現(xiàn)在凸起交匯處清角的難題。成形加工后，微凹槽結(jié)構(gòu)尺寸精度可控制在3μm以內(nèi)，達(dá)到了成型聚合物微流控芯片模具鋼型腔的使用要求