[發明專利]一種氣膜屏蔽微細電解加工方法及其專用裝置

有效

• 申請號: 201410073096.4
• 申請日: 2014-03-02
• 公開（公告）號: CN104057163A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 王明環;彭偉;許雪峰
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B23H3/00
• 分類號: B23H3/00;B23H9/16
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

(一)技術領域

本發明方法涉及一種微細電解加工方法及其專用裝置。

(二)背景技術

隨著微機械以及微機電系統的發展，微型零件及微尺寸結構零件在現代工業中需求量不斷增加，如微孔、微槽、微縫等結構，這些結構尺寸通常為幾十至幾百微米，因此對于微細加工技術的研究越來越受到重視。微細電解加工技術以離子的形式對材料進行去除的特點，使得其在微細制造領域具有重要的應用前景，然而由于雜散電場的存在，加工中不可避免存在雜散腐蝕，造成電解加工精度不高。隨著電子技術的發展，近年來美國、德國、日本、韓國等工業發達國家以及我國都相繼開展了基于高頻脈沖電源的微細電解加工技術研究，充分利用了脈沖電源的充放電效應，能夠較好的將電場限制在工具電極附近，大大提高了微米級尺度的微細電解加工精度。然而基于高頻脈沖電源的微細電解加工技術在取得高加工精度的同時，由于單位時間放電能量少，材料去除速度較低，不能滿足企業高效率、高精度、短周期、低成本的加工需求，開發精度高、效率高的加工方法顯得尤為必要。

(三)發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種氣膜屏蔽微細電解加工方法及其專用裝置，提高微細電解加工的定域性、穩定性、精度和效率。

下面對本發明采用技術方案進行具體說明。

本發明提供了一種氣膜屏蔽微細電解加工方法，所述方法為：工具電極接 電源負極并其從電解液出液孔正中穿出，工件接電源正極，使工件正對出液孔，工件和工具電極之間保留一定的加工間隙；在出液孔外圍包圍一個呈圓環形的出氣孔，出液孔位于出氣孔的內圓處，使電解液從出液孔噴射到工件上，同時使高壓氣體從出氣孔噴射到工件上，接通電源后進行電解加工，在工件表面獲得所需結構。

本發明所述方法，由于高壓氣體作用，對出液孔噴出的電解液噴射區域進行限制，形成氣膜屏蔽作用。通過采用氣膜屏蔽的方法，控制電解液盡量分布在工具電極正對工件的區域內，改變微細電解加工電解液在工件表面的分布特性(如圖2所示)，工件表面流場分布依次為電解液——>氣液混合流場——>氣流場(如圖3)，從而改變電場作用下工件上電流密度分布規律，控制電場能量更多的集中在工具電極正對工件的區域內，以提高微細電解加工在微米級尺度加工范圍內的加工精度和加工效率。由加工原理圖2可知，氣膜屏蔽下，噴射到工件的電解液范圍縮小(點劃線為無氣流下電解液分布區)，同時在電解液流周邊區域由于氣流混入形成氣液混合流場，該部分電解液電導率小于單純電解液流場，此處對應的材料去除率減小；而電解液流正對的工件表面區域由于無氣流干擾，可以保持高電導率和高材去除率，從而控制更多的能量集中于特定區域材料的溶解，提高材料去除速度；同時該加工方法加工中工具電極與工件間間隙可隨意調節，能夠實現小間隙加工，無需采用較高的電加工參數。

本發明還提供了一種所述氣膜屏蔽微細電解加工方法的專用裝置，所述專用裝置包括氣液分離裝置，所述的氣液分離裝置包括氣體腔、液體腔、工具電極和用于固定工具電極的夾具；所述的液體腔呈內凹狀結構，所述液體腔的外腔壁上設置有液體入口，所述液體腔的底部設有出液孔；所述的夾具設置在液體腔的內凹處，由夾具固定的工具電極穿透液體腔的內腔壁進入液體腔并從出液孔正中穿出；所述的氣體腔設置在液體腔的外圍并通過液體腔的外腔壁與液 體腔隔離，所述的氣體腔的外腔壁上設置有氣體入口，所述氣體腔的底部設有出氣孔，所述的出氣孔呈圓環形并包圍出液孔，出液孔位于出氣孔的內圓處。

本發明所述的氣液分離裝置，液體腔除了液體入口和出液孔無其他開口，氣體腔除了氣體入口和出氣口無其他開口。所述的高壓氣體由空氣壓縮機提供，電解液由電解液循環系統提供。

本發明中，以工具電極的設置方向為中心軸方向，所述的出氣孔、出液孔、工具電極在截面上呈同心圓形。

進一步，所述的出液孔和出氣孔分別小于液體入口和氣體入口。

進一步，所述夾具和液體腔的內腔壁貼合。

本發明中，所述的氣液分離裝置安裝在機床主軸上，隨機床主軸一起作進給運動，通過機床主軸運動調整工具電極尖端與工件間的加工間隙；所述的工件安裝在機床工作臺上，通過機床運動來控制加工結構，可加工微凹坑、微槽、微三維結構等。

因此，與現有技術相比，本發明方法采用氣液分離裝置進行微細電解加工，高壓氣體將電解液聚焦于特定加工區域，能夠在提高微細電解加工的定域性的同時，實現金屬表面微結構高效率、高穩定性、較好精度的加工。

(四)附圖說明