電火花加工微尺度結(jié)構(gòu)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(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)的模具鑲塊是實現(xiàn)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(jié)構(gòu)制造中具有獨特的優(yōu)勢。因此，開展電火花加工微尺度結(jié)構(gòu)模具鑲塊的試驗研究，對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(shù)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(zhì)量要求的窄縫。運用該試驗的結(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的窄縫電極上進行了精密電火花成形微尺度凸起結(jié)構(gòu)的基礎試驗;分析研究了搖動量與成形尺寸、電極工位個數(shù)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(jié)構(gòu)。
　　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(jié)構(gòu)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(xiàn)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(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。對于這種現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)解決了高速銑削加工微凸起電極難以實現(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)，達到了成型聚合物微流控芯片模具鋼型腔的使用要求