孔板電極掃描式掩膜電解加工裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于微細(xì)特種加工的技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種用于大面積微結(jié)構(gòu)的連續(xù)掩膜電解加工的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電解加工(Electrochemical machining，簡(jiǎn)稱ECM)是利用金屬在電解液中可以發(fā)生陽(yáng)極溶解的原理去除材料，將零件加工成形的方法(見(jiàn):丁維育.純鈦微細(xì)電解加工基礎(chǔ)試驗(yàn)研宄[D].南京:南京航空航天大學(xué)，2010)。電解加工技術(shù)具有加工過(guò)程中無(wú)工具電極損耗，加工范圍廣，加工表面質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，工件表面沒(méi)有殘余應(yīng)力、變形和熱影響區(qū)等優(yōu)點(diǎn)。因此，電解加工在航空航天、武器制造、模具、精密儀器、生物醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用受到廣泛重視，被應(yīng)用于加工傳統(tǒng)機(jī)械加工難以制造的整體葉輪、葉片、炮管膛線等零件和難加工材料零件如鍛模等的制造，以及齒輪、各種型孔和去毛刺等方面。
[0003]光刻技術(shù)(Lithography)采用X射線或紫外線為曝光源，經(jīng)過(guò)曝光顯影等工序，將掩膜板上設(shè)計(jì)好的圖案轉(zhuǎn)移至附著在基底材料的光刻膠上，形成凹凸的圖案(見(jiàn):陳大鵬，葉甜春.現(xiàn)代光刻技術(shù)[J].核技術(shù)，2004，27 (2):81-86)。首先在基底上涂覆一層抗蝕光刻膠，固化后用曝光技術(shù)通過(guò)掩膜板在透射區(qū)將抗蝕層曝光，曝光的光刻膠發(fā)生變質(zhì)，再通過(guò)顯影液清洗后，去除變質(zhì)的光刻膠(正性膠)或未變質(zhì)的光刻膠(負(fù)性膠)，露出基底材料，形成與掩膜板上相同的圖案。
[0004]采用掩膜電化學(xué)蝕刻加工技術(shù)可加工出直徑10-80mm范圍表面陣列微結(jié)構(gòu)(見(jiàn):黃紅光.表面陣列微結(jié)構(gòu)化學(xué)蝕刻及電化學(xué)加工技術(shù)研宄[D].廣州:廣東工業(yè)大學(xué)，2014)。首先利用光刻技術(shù)在工件表面制作陣列掩膜，然后采用中間開(kāi)通孔的圓柱狀電極作為工具陰極進(jìn)行電解加工，加工時(shí)加工間隙內(nèi)的電解液從中間孔向四周均勻發(fā)散狀流出。工具陰極只沿垂直于工件表面方向做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，不作平動(dòng)，加工面積范圍只限于工具電極1? 曲.。
[0005]上述現(xiàn)有技術(shù)有通孔部位加工不足、加工深度不均勻的問(wèn)題，由于采用中間開(kāi)通孔的圓柱狀電極作為工具陰極，加工中電極不作平動(dòng)，通孔位置對(duì)應(yīng)的工件表面某一區(qū)域電場(chǎng)微弱，這一區(qū)域因加工量極少而產(chǎn)生的微結(jié)構(gòu)深度很淺，表現(xiàn)出加工深度不均勻。并且該方法只能加工小面積范圍內(nèi)的微結(jié)構(gòu)，對(duì)于更大面積微結(jié)構(gòu)的加工不適用。因?yàn)槿绻皇窃黾与姌O底面積，又會(huì)帶來(lái)加工電流過(guò)大或流場(chǎng)分布不均勻的問(wèn)題。
[0006]上述論述內(nèi)容目的在于向讀者介紹可能與下面將被描述和/或主張的本實(shí)用新型的各個(gè)方面相關(guān)的技術(shù)的各個(gè)方面，相信該論述內(nèi)容有助于為讀者提供背景信息，以有利于更好地理解本實(shí)用新型的各個(gè)方面，因此，應(yīng)了解是以這個(gè)角度來(lái)閱讀這些論述，而不是承認(rèn)現(xiàn)有技術(shù)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種孔板電極掃描式掩膜電解加工裝置，其加工的均勻性好，并適用于大面積微結(jié)構(gòu)的連續(xù)加工。
[0008]本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]提供一種孔板電極掃描式掩膜電解加工裝置，包括機(jī)架、工作臺(tái)、孔板電極、側(cè)板、支撐板、電源，所述工作臺(tái)設(shè)置在機(jī)架上并可沿水平面在X、Y方向移動(dòng)，機(jī)架上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)的水平驅(qū)動(dòng)部件，所述機(jī)架上設(shè)置有可沿Z方向移動(dòng)的主軸以及驅(qū)動(dòng)主軸的豎直驅(qū)動(dòng)部件，所述孔板電極、側(cè)板和支撐板通過(guò)螺釘相互連接形成一個(gè)工作液容腔，工作液容腔通過(guò)進(jìn)液管與工作液源連接，孔板電極位于工作液容腔底部，支撐板位于工作液容腔頂部，所述支撐板上面與主軸固定連接，所述電源的正極與工作臺(tái)上的工件相連，負(fù)極與孔板電極相連。
[0010]其中，所述孔板電極為平板狀，加工有大小相同的陣列通孔。
[0011]其中，還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)與水平驅(qū)動(dòng)部件和豎直驅(qū)動(dòng)部件連接。
[0012]其中，還包括用于檢測(cè)工作臺(tái)與孔板電極之間距離的傳感器，所述傳感器與控制系統(tǒng)連接。
[0013]本實(shí)用新型采用陣列孔板電極為工具陰極，采用正向沖液方式加工，在大面積圖案掩膜的工件上方控制一定的加工間隙，通過(guò)工具電極的往復(fù)掃描式運(yùn)動(dòng)，逐塊進(jìn)行大面積微結(jié)構(gòu)的掩膜電解加工，也可以用于掩膜電解電火花復(fù)合加工，避免產(chǎn)生局部加工不足問(wèn)題，同時(shí)可以進(jìn)行大面積微結(jié)構(gòu)的連續(xù)加工。
【附圖說(shuō)明】
[0014]利用附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。
[0015]圖1是孔板電極掃描式掩膜電解加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是孔板電極的俯視圖。
[0017]圖3是本孔板電極掃描式掩膜電解加工裝置在加工過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)方式示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0019]本實(shí)用新型的核心在于提供一種孔板電極掃描式掩膜電解加工裝置，其針對(duì)通孔部位對(duì)應(yīng)的工件表面加工不到的問(wèn)題，采用陣列孔板電極平行于工件表面往復(fù)移動(dòng)的方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)加工，避免該問(wèn)題發(fā)生。針對(duì)大面積微結(jié)構(gòu)的加工，在加工電流受限制情況下，不增加工具電極的工作面積，而采用工具電極掃描式加工方法，達(dá)到大面積微結(jié)構(gòu)的連續(xù)加工。工具電極采用陣列孔沖液并減小孔直徑，提高電場(chǎng)和流場(chǎng)的均勻性，從而提高加工的均勻性。
[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型所述的孔板電極掃描式掩膜電解加工裝置，包括機(jī)架(圖中未繪出)、工作臺(tái)1、孔板電極4、側(cè)板6、支撐板8、電源9、控制系統(tǒng)11。所述工作臺(tái)I設(shè)置在機(jī)架上并可沿水平面在X、Y方向移動(dòng)，機(jī)架上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)I移動(dòng)的水平驅(qū)動(dòng)部件，工作臺(tái)I上用于放置工件2，工件2表面預(yù)先制作了設(shè)計(jì)的圖案掩膜3。所述機(jī)架上設(shè)置有可沿Z方向移動(dòng)的主軸10以及驅(qū)動(dòng)主軸的豎直驅(qū)動(dòng)部件。所述孔板電極4、側(cè)板6和支撐板8通過(guò)螺釘5相互連接形成一個(gè)工作液容腔，工作液容腔縫隙處采用密封膠密封處理，工作液容腔通過(guò)進(jìn)液管7與工作液源連接，進(jìn)液管7用密封膠粘結(jié)于側(cè)板6的一個(gè)孔上，用于將工作液充入這個(gè)中空容腔通過(guò)孔板電極4的陣列孔流出形成正向沖液。孔板電極4位于工作液容腔底部，支撐板8位于工作液容腔頂部，所述支撐板8上面與主軸10固定連接，所述電源9用于給加工提供穩(wěn)定的電壓參數(shù)，其輸出端正極連接工件2，輸出端負(fù)極連接孔板電極4。所述控制系統(tǒng)11與水平驅(qū)動(dòng)部件和豎直驅(qū)動(dòng)部件連接，用于控制工作臺(tái)I在X、Y方向上的移動(dòng)、主軸10在Z方向上的移動(dòng)。還包括用于檢測(cè)工作臺(tái)I與孔板電極4之間距離的傳感器，所述傳感器與控制系統(tǒng)11連接，控制系統(tǒng)11根據(jù)傳感器的檢測(cè)值可實(shí)現(xiàn)工件2與孔板電極4之間的間隙控制及其短路回退控制。
[0021]如圖2所示，所述孔板電極4為金屬材料，外形為平板狀，加工有大小相同的陣列通孔41，用于實(shí)現(xiàn)正向沖液。
[0022]如圖3所示，圖中所示的有圖案掩膜3的工件2表面比較大，孔板電極4相對(duì)較小，加工時(shí)工件位于液面以上，工作液從孔板電極中噴射出來(lái)，控制主軸向下移動(dòng)直至孔板電極下表面與工件上表面相距合適的間隙為止，接通電源，控制工作臺(tái)帶著工件沿X、Y方向移動(dòng)，使平行于工件的孔板電極相對(duì)工件以一定的速度在①位置和②位置之間往復(fù)移動(dòng)。直到加工出所需深度的微結(jié)構(gòu)后，控制孔板電極相對(duì)于工件向工件未加工的一側(cè)移動(dòng)一定距離，接著重復(fù)上述往復(fù)動(dòng)作，加工相鄰的一塊區(qū)域。重復(fù)上述工作過(guò)程，就可以連續(xù)加工大面積微結(jié)構(gòu)了。
[0023]上面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型，但是，本實(shí)用新型還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來(lái)實(shí)施，因此，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。
[0024]總之，本實(shí)用新型雖然例舉了上述優(yōu)選實(shí)施方式，但是應(yīng)該說(shuō)明，雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種變化和改型，除非這樣的變化和改型偏離了本實(shí)用新型的范圍，否則都應(yīng)該包括在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種孔板電極掃描式掩膜電解加工裝置，其特征在于:包括機(jī)架、工作臺(tái)(I)、孔板電極(4)、側(cè)板￠)、支撐板(8)、電源(9)，所述工作臺(tái)(I)設(shè)置在機(jī)架上并可沿水平面在X、Y方向移動(dòng)，機(jī)架上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)(I)移動(dòng)的水平驅(qū)動(dòng)部件，所述機(jī)架上設(shè)置有可沿Z方向移動(dòng)的主軸(10)以及驅(qū)動(dòng)主軸的豎直驅(qū)動(dòng)部件，所述孔板電極(4)、側(cè)板(6)和支撐板(8)通過(guò)螺釘(5)相互連接形成一個(gè)工作液容腔，工作液容腔通過(guò)進(jìn)液管(7)與工作液源連接，孔板電極(4)位于工作液容腔底部，支撐板(8)位于工作液容腔頂部，所述支撐板(8)上面與主軸(10)固定連接，所述電源(9)的正極與工作臺(tái)(I)上的工件相連，負(fù)極與孔板電極⑷相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的孔板電極掃描式掩膜電解加工裝置，其特征在于:所述孔板電極(4)為平板狀，加工有大小相同的陣列通孔(41)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的孔板電極掃描式掩膜電解加工裝置，其特征在于:還包括控制系統(tǒng)(11)，所述控制系統(tǒng)(11)與水平驅(qū)動(dòng)部件和豎直驅(qū)動(dòng)部件連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的孔板電極掃描式掩膜電解加工裝置，其特征在于:還包括用于檢測(cè)工作臺(tái)⑴與孔板電極⑷之間距離的傳感器，所述傳感器與控制系統(tǒng)(11)連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種孔板電極掃描式掩膜電解加工裝置，包括機(jī)架、工作臺(tái)(1)、孔板電極(4)、側(cè)板(6)、支撐板(8)、電源(9)，工作臺(tái)設(shè)置在機(jī)架上并可沿水平面在X、Y方向移動(dòng)，機(jī)架上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)的水平驅(qū)動(dòng)部件，機(jī)架上設(shè)置有可沿Z方向移動(dòng)的主軸(10)以及驅(qū)動(dòng)主軸的豎直驅(qū)動(dòng)部件，孔板電極、側(cè)板和支撐板通過(guò)螺釘(5)相互連接形成一個(gè)工作液容腔，工作液容腔通過(guò)進(jìn)液管(7)與工作液源連接，孔板電極位于工作液容腔底部，支撐板位于工作液容腔頂部，支撐板上面與主軸固定連接，電源的正極與工作臺(tái)(1)上的工件相連，負(fù)極與孔板電極(4)相連。本實(shí)用新型的加工均勻性好，適用于大面積微結(jié)構(gòu)的連續(xù)加工。
【IPC分類】B23H3-04, B23H5-02, B23H3-00
【公開(kāi)號(hào)】CN204397104
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520073955
【發(fā)明人】郭鐘寧, 王亞坤, 鄭文書(shū), 吳明, 江樹(shù)鎮(zhèn)
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年2月2日