大長(zhǎng)徑比盤(pán)狀陣列群電極的電化學(xué)加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種盤(pán)狀陣列群電極的電化學(xué)加工方法，包括：1）在金屬材料的一個(gè)端面加工方形截面陣列結(jié)構(gòu)，得到方形截面陣列電極；2）利用方形截面陣列電極在一金屬板表面電解加工方形截面群孔；3）群孔加工完畢后，采用電化學(xué)腐蝕方法對(duì)方形截面陣列電極進(jìn)行腐蝕，使陣列截面被腐蝕成圓形；4）利用圓形截面陣列電極在一金屬板表面電解加工圓形截面群孔，并使得圓形截面群孔穿透金屬板；5）使圓形截面陣列電極的端部超出圓形群孔所在的金屬板底面一定距離，采用電化學(xué)腐蝕方法對(duì)圓形陣列電極進(jìn)行腐蝕，最終圓形截面陣列電極被反拷成為盤(pán)狀陣列群電極。本發(fā)明所述盤(pán)狀陣列群電極制備工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、易掌握，投資小、加工效率高。
【專利說(shuō)明】大長(zhǎng)徑比盤(pán)狀陣列群電極的電化學(xué)加工方法
(-)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微細(xì)電解加工中使用的大長(zhǎng)徑比盤(pán)狀陣列群電極的電火花、電化學(xué)加工工藝，屬特種加工【技術(shù)領(lǐng)域】。
(二)

【背景技術(shù)】
[0002]隨著微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)微結(jié)構(gòu)零件的加工制造需求不斷提高，在各種微結(jié)構(gòu)零件中對(duì)微孔類零件，特別是航空、醫(yī)療器械、紡織、印刷、微電子技術(shù)中過(guò)濾、噴絲、噴墨、噴油等部件上的大量精密微孔有制造需求，這些微孔孔徑通常為幾十至幾百微米、深幾十微米至幾毫米、數(shù)量幾十至幾千個(gè)不等。
[0003]電解加工技術(shù)是以離子形式對(duì)材料進(jìn)行去除的、加工過(guò)程中刀具與工件間不存在力的作用、無(wú)刀具損耗、加工中不存在熱變形，加工效率高，因此電解加工技術(shù)可應(yīng)用于微細(xì)群孔加工。目前針對(duì)薄壁件表面的群孔加工，研究人員開(kāi)發(fā)出了照相電解加工(CN91111431.9)、活動(dòng)模板電解加工技術(shù)，這些加工方法由于掩模板的存在，加工間隙狹小，電解液更新困難，不能應(yīng)用于深徑比較大(>5)的微孔加工。管電極電解加工(CN102198549 A)可以加工深徑比較大的小孔，但由于電極尺寸的限制，孔徑尺寸大于幾百微米。因此直徑尺寸更小的微細(xì)群電極將在微細(xì)群孔電解加工中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。
[0004]電解加工技術(shù)是利用工具電極反銬的方式將工件加工成形的，工具電極的尺寸形狀決定了所加工型孔的尺寸精度，因此要加工直徑小、深徑比大的微細(xì)群孔需要直徑尺寸更小的微細(xì)群電極。目前在微細(xì)群電極微細(xì)電解微孔加工中，電極形狀多為圓柱形，由于加工中電場(chǎng)的存在，不可避免的存在雜散腐蝕，加工后的孔多為錐孔。雖然通過(guò)采用高頻窄脈沖電源可以較好的控制加工定域性，提高加工精度，加工出無(wú)錐度的孔，但加工效率很低，不適合于工業(yè)生產(chǎn)。因此，有必要研究一種結(jié)構(gòu)合適、加工高效的微細(xì)群孔加工用微細(xì)群電極及其制備方法。
(三)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)并制造出一種大長(zhǎng)徑比盤(pán)狀陣列群電極，以解決目前微細(xì)電解加工在大深徑比群孔加工中所面臨的技術(shù)難題。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種盤(pán)狀陣列群電極的電化學(xué)加工方法，包括如下步驟:
[0008]I)在金屬材料的一個(gè)端面加工方形截面陣列結(jié)構(gòu)，得到方形截面陣列電極；
[0009]2)利用方形截面陣列電極在一金屬板表面電解加工方形截面群孔，由于電場(chǎng)在方形截面陣列電極棱角處電場(chǎng)強(qiáng)度較大，此處所對(duì)應(yīng)金屬板材料溶解迅速并最終成圓弧倒角，隨著電解進(jìn)行，得到具有圓弧倒角的方形截面群孔；
[0010]3)群孔加工完畢后，保持方形截面陣列電極與加工得到的群孔的相對(duì)位置不變，使方形截面陣列電極接電源正極，金屬板接電源負(fù)極，采用電化學(xué)腐蝕方法對(duì)方形截面陣列電極進(jìn)行腐蝕，由于電極棱角處電場(chǎng)集中，材料最先溶解，隨著腐蝕的進(jìn)行，使陣列截面被腐蝕成圓形；
[0011]4)利用步驟3)制備出的圓形截面陣列電極在一金屬板表面電解加工圓形截面群孔，并使得圓形截面群孔穿透金屬板；
[0012]5)圓形截面群孔加工完畢后，保持圓形截面陣列電極與圓形截面群孔的平面相對(duì)位置不變，但使圓形截面陣列電極的端部超出圓形群孔所在的金屬板底面一定距離，使圓形截面陣列電極接電源正極，金屬板接電源負(fù)極，采用電化學(xué)腐蝕方法對(duì)圓形陣列電極進(jìn)行腐蝕，同時(shí)使圓形截面陣列電極作平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)，最終圓形截面陣列電極被反拷成為盤(pán)狀陣列群電極。
[0013]本發(fā)明中，金屬材料和金屬板材料可以是所有的導(dǎo)電金屬材料。
[0014]本發(fā)明步驟I)中，方形截面陣列電極可采用電火花線切割方法、微細(xì)銑削等加工方法獲得，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要設(shè)定方形截面的大小和柱體的高度。
[0015]本發(fā)明步驟2)以方形截面陣列電極作為工具電極在金屬板上電解加工方形截面群孔，具體可按照如下操作:保持金屬板表面與方形截面陣列電極端面平行，方形截面陣列電極接電源負(fù)極，金屬板接電源正極，將金屬板表面浸沒(méi)于電解液中，使方形截面陣列電極沿軸向向金屬板做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在金屬板上電解加工得到對(duì)應(yīng)的群孔。根據(jù)金屬板材料的不同，可選取不同的電解液，如NaCl、NaN03> NaClO3等電解加工所使用的電解液，質(zhì)量濃度一般在15%以內(nèi)，加工電源為直流或脈沖電源，加工電壓5?15V。
[0016]本發(fā)明步驟3)中，以方形截面群孔板作為工具電極，對(duì)方形截面陣列電極進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，電解液根據(jù)方形截面陣列電極材料采用酸性或堿性電解液，濃度0.5%?5%。加工電源采用脈沖或直流電源，施加電壓2?5V。同時(shí)加工中采用沖液方式，及時(shí)對(duì)電解液進(jìn)行更新，加工過(guò)程中根據(jù)所加工電極長(zhǎng)度主軸保持靜止或帶動(dòng)方形陣列電極作Z軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，方形陣列(邊長(zhǎng)a)逐漸被腐蝕成直徑尺寸d的圓柱狀截面陣列。
[0017]本發(fā)明步驟4)中，利用步驟3)制備出的圓形截面陣列電極作為工具電極在金屬板表面電解加工圓形截面群孔，具體可按照如下操作:使金屬板表面與圓形截面陣列電極的端面平行，圓形截面陣列電極接電源負(fù)極，金屬板接電源正極，將金屬板表面浸沒(méi)于電解液中，使圓形截面陣列電極向金屬板做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在金屬板上加工得到對(duì)應(yīng)的圓形群孔，并使圓形群孔穿透金屬板。根據(jù)金屬板材料的不同，可選取不同的電解液，如NaCl、NaNO3>NaClO3等電解加工所使用的電解液，質(zhì)量濃度一般在15%以內(nèi)，加工電源為直流或脈沖電源，加工電壓5?15V。
[0018]本發(fā)明步驟5)中，以圓形截面群孔板作為工具電極，對(duì)圓形截面陣列電極進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，電解液根據(jù)圓形截面陣列電極材料采用酸性或堿性電解液，濃度0.5%?5%。加工電源為直流或脈沖電源，加工電壓5?15V。圓形截面陣列電極在機(jī)床主軸帶動(dòng)下在平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工具電極(圓形截面群孔板)與工件(群圓柱體陣列)間保持較小的加工間隙，提高加工精度，隨著圓柱體側(cè)壁材料被反拷蝕除，直徑由d變化為Cl1，端部被加工成盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，盤(pán)狀結(jié)構(gòu)的厚度可由圓形截面群孔板與圓形截面陣列電極相對(duì)距離決定；此夕卜，隨著圓形截面陣列電極作圓周運(yùn)動(dòng)，群圓柱體與群孔間的加工間隙發(fā)生變化，有助于電解液的更新。
[0019]本發(fā)明最終制備出的端部具有盤(pán)狀結(jié)構(gòu)的群電極，直徑可達(dá)十微米，長(zhǎng)徑比可達(dá)I?30，可以直接作為工具電極在群孔加工中使用，無(wú)需進(jìn)行側(cè)壁絕緣處理，可有效降低電解加工后孔的錐度，改善加工尺寸精度。
[0020]與現(xiàn)有加工技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021]( I)采用電火花/切削加工制備毛坯，電解加工與電化學(xué)腐蝕相結(jié)合的方法，可以制備出大長(zhǎng)徑比微細(xì)陣列電極，可加工深徑比>5的微細(xì)陣列孔。
[0022](2)所加工的陣列電極端部為盤(pán)狀，可用于電解加工中陣列群孔加工，無(wú)需側(cè)壁絕緣，即能有效降低孔的錐度。
[0023](3)電極制備過(guò)程中一次性裝夾，制備出的盤(pán)狀陣列工具電極可直接用于群孔的加工，無(wú)需重新裝夾，避免了重復(fù)定位所帶來(lái)的誤差。
[0024]綜上分析，本發(fā)明所述大長(zhǎng)徑比盤(pán)狀陣列群電極制備工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、易掌握，投資小、加工效率聞。
(四)

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是方形截面陣列電極毛坯示意圖。
[0026]圖2是利用方形截面陣列電極電解加工方面截面群孔示意圖。
[0027]圖3是電化學(xué)腐蝕法加工圓柱狀截面陣列電極示意圖。
[0028]圖4是電化學(xué)腐蝕后制備出的圓柱狀截面陣列電極示意圖。
[0029]圖5是利用圓形截面陣列電極進(jìn)行圓形截面群孔電解加工示意圖。
[0030]圖6是圓形截面群孔電解反拷盤(pán)狀陣列群電極示意圖。
[0031]圖7是圓形截面陣列電極在圓形截面群孔的平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)的示意圖。
圖8是制備出的盤(pán)狀陣列群電極結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖1中標(biāo)號(hào)名稱:1、方形截面陣列電極毛坯。
[0033]圖2中標(biāo)號(hào)名稱:2、方形截面陣列電極電解加工出的具有圓弧倒角的方形截面群孔，3、電解加工用電源，4、電極進(jìn)給方向。
[0034]圖3中標(biāo)號(hào)名稱:5、電化學(xué)腐蝕加工用脈沖電源。
[0035]圖4中標(biāo)號(hào)名稱:6、電化學(xué)腐蝕后制備出的圓形截面陣列電極。
[0036]圖5中標(biāo)號(hào)名稱:7、圓形截面陣列電極電解加工出的圓形截面群孔板。
[0037]圖6中標(biāo)號(hào)名稱:8、圓形截面陣列電極在平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)。
[0038]圖7中標(biāo)號(hào)名稱:9、圓形截面群孔板7上的孔徑，10、工具電極，11、工具電極運(yùn)動(dòng)軌跡，12、加工間隙
[0039]圖8中標(biāo)號(hào)名稱:13、制備出的盤(pán)狀陣列群電極。
(五)

【具體實(shí)施方式】
[0040]下面以具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步闡述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此:
[0041]實(shí)施例1
[0042]選擇鎢作為原材料，采用電火花線切割的方式，將鎢塊端部加工成截面尺寸0.5mmX0.5臟、間距I臟、高3mm、4X4陣列形式，如圖1所不。
[0043]接下來(lái)，將4X 4陣列安裝于機(jī)床主軸上，調(diào)整陣列電極I端面與機(jī)床工作臺(tái)平行，選擇一厚度Imm的不銹鋼金屬板2a安裝于電解槽內(nèi)，并調(diào)整其與陣列電極I端面平行，將一直流電源3正極接通不銹鋼金屬板2a，負(fù)極接通陣列電極I，選擇濃度10%的NaNO3溶液作為電解液，電解液泵將電解液由儲(chǔ)液槽輸送至電解槽內(nèi)，并浸沒(méi)不銹鋼金屬板2a，機(jī)床主軸帶動(dòng)陣列電極I向不銹鋼金屬板作2a進(jìn)給運(yùn)動(dòng)4并始終保持50 μ m加工間隙，設(shè)置加工電壓10V，進(jìn)給速度0.lmm/min，加工10分鐘后，不銹鋼金屬板上形成陣列孔2b，如圖2所
/Jn ο
[0044]此時(shí)，保持機(jī)床主軸與工件相對(duì)位置不變，更換電解液為濃度4%的NaOH溶液，加工電源更換為微秒脈沖電源5 (如圖3所示)，電源正極接陣列電極1，負(fù)極接帶有陣列孔的不銹鋼金屬板2b，電壓設(shè)置5V，脈寬50us，占空比0.5，電源接通后5分鐘，方形陣列電極截面腐蝕成圓形，直徑尺寸0.3mm，長(zhǎng)度2.5mm，如圖4所示。需要說(shuō)明的是，加工過(guò)程中主軸帶動(dòng)方形陣列電極作Z軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0045]接下來(lái)，截面為圓形的陣列電極6機(jī)床主軸帶動(dòng)下沿Z軸后退，選擇一不銹鋼金屬板安裝于電解槽內(nèi)，加工電源(直流電源3)的正極連接不銹鋼板，負(fù)極連接陣列電極6，機(jī)床主軸帶動(dòng)陣列電極6向不銹鋼作運(yùn)動(dòng)，電解液為10%的NaNO3溶液，并保持50 μ m加工間隙，設(shè)置加工電壓10V，進(jìn)給速度0.lmm/min，加工10分鐘后，不銹鋼金屬板上形成直徑尺寸
0.5mm的陣列孔7，如圖5所示。
[0046]接下來(lái)，機(jī)床主軸調(diào)整圓形截面陣列電極6與金屬板群孔7的Z向相對(duì)位置，陣列電極6端部超出金屬板底面0.2mm,電極極性對(duì)調(diào)、電解液更換為濃度10%的NaOH溶液、力口工電壓不變，陣列電極6在機(jī)床主軸帶動(dòng)下在平面內(nèi)作直徑為Φ1的圓周運(yùn)動(dòng)11 (如圖6所示)，此時(shí)電極工件間加工間隙12為Λ (如圖7所示)，其值小于1/2(Φ-(1)，10分鐘后圓形截面陣列電極6側(cè)壁被反銬為直徑0.2mm,制備出大長(zhǎng)徑比盤(pán)狀陣列群電極13，如圖8所
/Jn ο
【權(quán)利要求】
1.一種盤(pán)狀陣列群電極的電化學(xué)加工方法，包括: 1)在金屬材料的一個(gè)端面加工方形截面陣列結(jié)構(gòu)，得到方形截面陣列電極； 2)利用方形截面陣列電極在一金屬板表面電解加工方形截面群孔； 3)群孔加工完畢后，保持方形截面陣列電極與加工得到的方形截面群孔的相對(duì)位置不變，使方形截面陣列電極接電源正極，金屬板接電源負(fù)極，采用電化學(xué)腐蝕方法對(duì)方形截面陣列電極進(jìn)行腐蝕，使陣列截面被腐蝕成圓形； 4)利用步驟3)制備出的圓形截面陣列電極在一金屬板表面電解加工圓形截面群孔，并使得圓形截面群孔穿透金屬板； 5)圓形截面群孔加工完畢后，保持圓形截面陣列電極與圓形截面群孔的平面相對(duì)位置不變，但使圓形截面陣列電極的端部超出圓形群孔所在的金屬板底面一定距離，使圓形陣列電極接電源正極，金屬板接電源負(fù)極，采用電化學(xué)腐蝕方法對(duì)圓形陣列電極進(jìn)行腐蝕，同時(shí)使圓形陣列電極作平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)，最終圓形截面陣列電極被反拷成為盤(pán)狀陣列群電極。
2.如權(quán)利要求1所述的盤(pán)狀陣列群電極的電化學(xué)加工方法，其特征在于所述步驟2)按照如下操作:保持金屬板表面與方形截面陣列電極的端面平行，方形截面陣列電極接電源負(fù)極，金屬板接電源正極，將金屬板表面浸沒(méi)于電解液中，使方形截面陣列電極向金屬板做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在金屬板上電解加工得到對(duì)應(yīng)的方形截面群孔。
3.如權(quán)利要求1所述的盤(pán)狀陣列群電極的電化學(xué)加工方法，其特征在于所述步驟4)按照如下操作:使金屬板表面與圓形截面陣列電極的端面平行，圓形截面陣列電極接電源負(fù)極，金屬板接電源正極，將金屬板表面浸沒(méi)于電解液中，使圓形截面陣列電極向金屬板做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在金屬板上加工得到對(duì)應(yīng)的圓形截面群孔，并使圓形群孔穿透金屬板。
【文檔編號(hào)】B23H3/04GK104511669SQ201310461038
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】王明環(huán), 彭偉, 章巧芳 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)