電火花加工微尺度結構模具鑲塊試驗研究.pdf

1、聚合物微流控芯片已廣泛應用于生物化學、臨床、醫(yī)藥和環(huán)境等領域，需求量日益增大。實現其批量化生產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構的模具鑲塊是實現這種工藝方法的關鍵。電火花加工技術以其低成本、高材料選擇度、柔性非接觸式加工等特點，在微結構制造中具有獨特的優(yōu)勢。因此，開展電火花加工微尺度結構模具鑲塊的試驗研究，對聚合物微流控芯片走向實用化、批量化的生產具有重要意義。
　　首先，針對微尺度凸起結構

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，對慢走絲電火花線切割加工銅鎢合金窄縫工藝規(guī)律進行了探索，先后研究第一次切割窄縫寬度與加工參數之間關系，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、表面質量要求的窄縫。運用該試驗的結果，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的窄縫電極上進行了精密電火花成形微尺度凸起結構的基礎試驗;分析研究了搖動量與成形尺寸、電極工位個數與成形精度之間關系，得出使用四個工位電極成形微凸起結構。
　　然后，在以上試驗研究的基礎上，針對某種模具鑲塊微尺度變截面凸起結構的特點，將電火花成形使用的四個窄縫電極做在一塊電極板上，各窄縫電極保持一定相對位置，形成了一種整體式多工位電極。多工位電極既可以實現對電極損耗的補償，又避免了多個電極更

4、換成形時帶來的重復裝夾、找正、定位誤差。測量成形結果，發(fā)現隨著成形凸起高度的減小，凸起成形精度變差。對于這種現象，從電火花成形加工機理和誤差復映兩個角度予以分析、解釋。
　　最后，針對另一種模具鑲塊微尺度凹槽結構的特點，設計了一種多工位組合電極，在保留多工位的同時，組合式的結構解決了高速銑削加工微凸起電極難以實現在凸起交匯處清角的難題。成形加工后，微凹槽結構尺寸精度可控制在3μm以內，達到了成型聚合物微流控芯片模具鋼型腔的使用要求