[發明專利]柔性化在線制備微細群線電極的方法

有效

• 申請號: 201510528567.0
• 申請日: 2015-08-26
• 公開（公告）號: CN105108250B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 賀海東;曲寧松;曾永彬
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23H3/00
• 分類號: B23H3/00;B23H9/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及一種柔性化在線制備微細群線電極的方法，屬于電化學微細制造領域。

技術背景

陣列微縫是許多高新科技產中經常涉及到的結構類型，例如：X射線光柵微分相位襯度成像光柵、深空探測特種光柵和集成電路引線框架沖壓硬質合金級進模等。這類結構一般由縫寬為幾微米至數百微米的直縫按照一定規則排列而成。由于數量多，對加工的精度和表面質量要求高，而且為了滿足使用要求，需要采用一些特殊的難加工材料，如高Z元素重金屬(Au，W，Ta等)、鈦合金和硬質合金等，因此加工制造難度大，有時甚至成為高新技術產品研制的瓶頸。微細電解線切割加工技術是一種基于電化學陽極溶解原理的減材制造方法。它以直徑為數微米至數十微米的金屬絲作為工具電極，通過結合多軸數控運動，可實現任意形狀的平面輪廓結構的制備，特別適合于加工微縫、微槽和具有大深寬比的金屬微結構。與其他微細加工方法相比，微細電解線切割加工技術具有可加工范圍廣(不受材料強度和硬度的限制)、效率高、表面無再鑄層和微裂紋，以及工具電極無損耗等優點。

為了進一步提高微細電解線切割技術在制備群縫、群槽、群孔等陣列結構時的加工效率，朱荻等研究人員提出了群線電極電解線切割方法(見專利：朱荻等. 群線電極電解切割方法及裝置, 201210250510.5)。對于微細電解線切割加工技術，切縫寬度直接由線電極的直徑大小所決定，保持其他工藝參數不變，其直徑越小得到的微縫越窄。然而，當線電極的直徑減小到數微米甚至亞微米時，由于其抗拉強度大大降低，在裝夾過程中很容易斷裂，而且安裝定位精度也很難保證，這一問題在微細群線電極裝夾過程中顯得尤為突出。為此，曾永彬等研究人員提出了一種微細群線電極在線制備方法，即亞微米群線電極的制作和后續加工在同一工藝系統中連續完成(見專利：曾永彬等. 微細群線電極在線制備方法: 中國201310481025.3)。雖然該方法能夠很好的實現亞微米微細群線電極的制備，并消除了由于線電極裝夾所引起的加工誤差，但它仍存在一些局限性，例如：(1)當群線電極的間距很小時，上述方法中所需的陰極工具制作困難，而且在裝夾過程中容易與群線電極發生觸碰，同時很難保證線電極的軸線與陰極孔的軸線重合；(2)當線電極的數量和間距大小需要改變時，陰極工具則需要重新制作等。

發明內容

本發明提出了一種柔性化在線制備微細群線電極的方法，其原理是使陰極工具的制備、亞微米群線電極的制備和后續加工連續在同一工藝系統中完成，以實現群線電極的柔性化制備，同時解決小間距尺寸陰極工具的制作困難和陰極工具安裝定位誤差難以保證等問題。

一種柔性化在線制備微細群線電極的方法，其特征在于包括以下過程：

步驟1、準備工作：

將金屬片固定在金屬片夾具上，金屬片夾具安裝在電解液槽中，將電解液充滿電解液槽并浸沒金屬片；電解液槽通過壓電陶瓷安裝于機床本體上；使金屬片與水平面平行；

將群線電極固定于群線電極夾具上，群線電極夾具安裝于X-Y-Z三軸精密移動平臺上；X-Y-Z三軸精密移動平臺安裝于機床本體上；使群線電極軸線方向與水平面垂直；

機床本體安裝于氣浮平臺上；

步驟2、利用群線電極作為電解加工陰極在金屬片上加工出群孔，具體過程如下：

將金屬片與超短脈沖電源正極相連，群線電極與超短脈沖電源負極相連，利用群線電極作為電解加工陰極對金屬片進行加工；加工同時利用壓電陶瓷使金屬片產生振動；

加工過程中，群線電極的線電極先在金屬片加工出直線微縫；接著加工出與直線微縫相連的圓孔；再使線電極進給至圓孔的圓心處；

步驟3、利用金屬片作為電解加工陰極對群線電極進行微細加工，具體過程如下：

保持群線電極位置不變，將群線電極與超短脈沖電源正極相連，金屬片與超短脈沖電源負極相連，利用金屬片作為電解加工陰極對群線電極進行進一步加工；加工同時利用X-Y-Z三軸精密移動平臺Z軸使群線電極產生Z向往復運動；加工完成后線電極通過金屬片上的直線微縫退出金屬片。

本發明的有益效果在于：

1、本發明提出了一種柔性化在線制備微細群線電極的方法。該方法使陰極工具的制備、亞微米線電極的制備和后續加工連續在同一工藝系統中完成，避免了拆裝式陰極工具制作困難，以及群線電極與陰極工具安裝定位精度差的問題。

2、一開始使用微米級群線電極對金屬片進行加工，之后利用金屬片對群線電極進行加工，能夠實現亞微米群線電極的柔性化制備，即對群線電極數量和間距的調整不受陰極夾具的限制，最小間距可達100μm。