微细电火花加工技术因其宏观切削力小而被广泛地应用于微孔和三维微结构的加工。微细电火花加工三维微结构的主流技术是通过具有简单截面形状的微细电极进行逐层扫描放电加工。该技术可以加工各种复杂的三维微结构，但是该方法同样存在微细电极损耗严重、三维微结构的加工效率低等缺点。针对上述技术瓶颈，本文提出一种基于薄片队列微电极的三维微细电火花加工工艺。以三维微结构为依据，该工艺设计三维微电极并将其离散成一组薄片队列微电极，然后使薄片微电极按照规划路径先后进行微细电火花加工。最终，每个薄片微电极所对应的微细电火花加工结果便可叠加拟合出三维微结构。与现有的三维微细电火花加工工艺相比，该工艺具有以下优点：电极制备简单且可以有效提高三维微结构的加工效率。


本文的主要工作如下：


(1)通过制备薄片队列微电极，进行多组加工参数下的微细电火花实验，对工艺的特点进行探究，并对工艺进行完善优化。实验结果表明，工件表面存在台阶状加工痕迹，加工参数对微结构加工质量有显著影响，选用100 V电压、100 ns脉宽参数，可以获得精度较高的三维微型腔。


(2)进行三维微细电火花加工，探究薄片微电极的损耗特性。发现在微细电火花加工中，各微电极的损耗呈现为依次递减的规律，前三个薄片微电极的损耗较大，对形状精度有较大影响。另一方面，适当地调整薄片微电极的损耗，使微电极边缘损耗形成一定的圆角，有利于降低台阶效应，提高表面质量。


(3)制备具有锥度结构的薄片微电极，并进行微细电火花加工，以消除加工表面的台阶痕迹。实验表明，使用具有锥度结构的微电极进行加工，可以有效提高工件表面质量，且改善效果与锥度参数和微结构表面斜度相关。同时，通过增加三维结构模型的分层数量，制备对应的薄片队列微电极，可以逐渐消除工件表面的台阶痕迹。


(4)使用Fluent软件包对薄片微电极加工半球结构的间隙流场进行仿真研究，及进行实验验证。结果显示，通过适当增大入口速度，及使用超声振动辅助加工，可以改善间隙流场，提高薄片队列微电极的加工质量。