專利名稱：一種喇叭形微小孔陣列電解加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電解加工方法，尤其涉及一種喇叭形微小孔陣列電解加工方法。
背景技術：
在冶金、化工、粉體、生物醫(yī)藥、汽車、采礦、食品飲料、機械、紡織、造紙、油氣與水處理、航空航天等領域常常應用到物質的過濾和篩分工藝環(huán)節(jié)。過濾與篩分的應用效果很大程度上取決于濾(篩)網片的技術性能指標。應用實踐表明具有喇叭形孔截面的濾 (篩)網片，具有濾網表面的堆積壓力小、易卸渣和清洗、不易堵塞、過濾周期和使用壽命長、易維護等優(yōu)點，是高性能精細濾(篩)網片新的發(fā)展動向。尤其是單面喇叭形微孔濾網， 其微孔孔壁一端近似直壁狀，增大了濾網該端面的未開孔面積，提高了濾網的強度和使用壽命，另一端為外擴的喇叭形，降低了過濾物的堵塞程度和幾率，減少清洗的工作量，在過濾與篩分場合具有很好的應用前景。然而，喇叭形截面網孔的成型具有很大的技術難度。STROK公司基于光刻一電鑄組合技術制作出了喇叭形孔截面印花鎳網與制糖分離篩。但是，該組合技術操作環(huán)節(jié)多且復雜，工藝成本高，且可適用的金屬材質種類有限。 電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生陽極溶解的原理實現(xiàn)零件成型加工的，其以離子去除的微溶解去除方式非常適合微細結構的加工，同時電解還不受材料的限制，可用于所有金屬材料的加工，加工速度快，表面質量好，無毛刺、變形和內應力缺陷，是加工成形微小孔結構特征的常用方法之一。但是，常規(guī)電解條件下電解出的微孔截面常呈拋物線型，無法實現(xiàn)喇叭形截面孔的加工。文獻"Chan Hee Jo, Bo Hyun Kim, Chong Nam Chu. Micro electrochemical machining for complex internal micro features. CIRP Annals _ Manufacturing Technology, 58 (2009) : 181-184. ” 介紹一種通過絕緣線狀電極側壁和控制脈沖電源參數(shù)來實現(xiàn)類喇叭形微孔的電解加工的方法，但是，微細群電極的制作極為困難，其側壁絕緣處理難度極高，很難實現(xiàn)喇叭形群孔的加工。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種喇叭形微小孔陣列電解加工方法，能夠簡化工藝步驟， 低成本批量化制造一種一端為喇叭形、另一端為小孔徑且孔壁近似直壁狀的喇叭形截面微小孔陣列。本發(fā)明采用下述技術方案
本發(fā)明根據產品對應孔型和開孔率，一次性加工出對應規(guī)格的可循環(huán)使用的電絕緣模板和輔助陽極，擺脫了電鑄加工中涂覆光刻膠、曝光、去膠等復雜繁瑣的工藝，實現(xiàn)重復批量生產，節(jié)省加工時間，提高加工效率，降低生產成本，更有利于實現(xiàn)喇叭形孔截面群孔的一次性成型和批量化生產。


圖1為是喇叭形微小孔陣列電解加工方法示意圖；圖2是孔軸向截面為上底邊短下底邊長的正等腰梯形的電絕緣模板的主視圖； 圖3是圖2的AA截面剖視圖； 圖4是孔軸向截面為矩形的電絕緣模板的主視圖； 圖5是圖4的AA截面剖視圖6是電絕緣模板的孔軸向截面是上底邊短下底邊長的正等腰梯形且電絕緣模板位于工件上方時的電解加工示意圖7是電絕緣模板的孔軸向截面是上底邊短下底邊長的正等腰梯形且電絕緣模板位于工件上方時的電解加工電流密度分布圖8是電絕緣模板的孔軸向截面是上底邊短下底邊長的正等腰梯形且電絕緣模板位于工件下方時的電解加工示意圖9是電絕緣模板的孔軸向截面是上底邊短下底邊長的正等腰梯形且電絕緣模板位于工件下方時的電解加工電流密度分布圖10是電絕緣模板的孔軸向截面為矩形且電絕緣模板位于工件下方時的電解加工示意圖11是電絕緣模板的孔軸向截面為矩形且電絕緣模板位于工件下方時的電解加工電流密度分布圖12是輔助陽極的主視圖； 圖13是圖12的AA截面剖視圖14是電絕緣模板的孔軸向截面是上底邊短下底邊長的正等腰梯形且工件、輔助陽極和電絕緣模板從上至下緊密貼合時的電解加工示意圖15是電絕緣模板的孔軸向截面是上底邊短下底邊長的正等腰梯形且工件、輔助陽極和電絕緣模板從上至下緊密貼合時的電解加工電流密度分布圖； 圖16本發(fā)明所述的喇叭形微小孔陣列電解加工示意圖； 圖17是本發(fā)明所述的喇叭形微小孔陣列電解加工電流密度分布圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明提供了一種喇叭形微小孔陣列電解加工方法，包含下列步驟 (1)制作個數(shù)和布排方式相同的帶有貫穿群孔結構的上電絕緣模板3、下電絕緣模板
7和輔助陽極6，其中，上電絕緣模板3、下電絕緣模板7選用Imm厚有機玻璃，輔助陽極選用 0. Imm厚的鉬板，上電絕緣模板貫穿群孔和下電絕緣模板貫穿群孔的孔軸向截面是上底邊短下底邊長的正等腰梯形，底角度數(shù)為30° 70°之間，將三者按照上電絕緣模板3、輔助陽極6和下電絕緣模板7的順序依次疊放，并使其上所有對應的貫穿孔的軸線一一對齊；
(2)將工件5置于上電絕緣模板3和輔助陽極6之間，利用調節(jié)和固定裝置使上電絕緣模板向工件5的方向進給，最終保證上電絕緣模板3、工件5、輔助陽極6和下電絕緣模板 7緊密貼合在一起；
(3)將上工具陰極1和下工具陰極8接電源負極，工件5接電源正極；
(4)分別向上工具陰極1與上電絕緣模板3之間的通道9，下工具陰極8和下電絕緣模板7之間的通道10內通入NaN03電解液或NaC103電解液。(5)接通電源4，進行電解加工。
通過以上步驟，本發(fā)明能制造出喇叭形微小孔陣列，所述的微小孔一端為喇叭形，
另一端為小孔徑且孔壁近直壁狀。根據電解成型規(guī)律，電流密度分布是影響工件電解成型的核心參數(shù)，決定了工件電解形狀。以下具體敘述本發(fā)明如何實現(xiàn)一種一端為喇叭形、另一端為小孔徑且孔壁近似直壁狀的喇叭形微小孔陣列的制造方法。利用電場有限元技術的計算分析，對電解過程中工件表面的電流密度分布進行分析
如圖6所示，將如圖2、圖3所示的帶有貫穿群孔結構的孔軸向截面是底角α為30° 70°的正等腰梯形的上電絕緣模板3放置在工件5的上方并與工件5緊密貼合，使其上所有對應的貫穿孔的軸線一一對齊，此時電解加工微孔的電流密度分布圖如圖7所示，由于上電絕緣模板3貫穿群孔的孔軸向截面為上底邊短下底邊長的正等腰梯形，正等腰梯形的上底邊遠離工件而下底邊緊貼工件，增大了工件表面電力線分布邊緣效應，所以電解出的微孔軸向截面形狀為喇叭形，如圖中的a部分所示。如圖8所示，將如圖2、圖3所示的帶有貫穿群孔結構的孔軸向截面是底角α為 30° 70°的正等腰梯形的下電絕緣模板7放置在工件5下方并與工件5緊密貼合，使其上所有對應的貫穿孔的軸線一一對齊，此時電解加工微孔的電流密度分布圖如圖9所示， 由于下電絕緣模板7貫穿群孔的孔軸向截面為上底邊短下底邊長的正等腰梯形，正等腰梯形的上底邊緊貼工件而下底邊遠離工件，減小了工件表面電力線分布邊緣效應，所以電解出的微孔軸向截面近似直壁狀，如圖中的b部分所示。如圖10所示，將如圖4、圖5所示的帶有貫穿群孔結構的孔軸向截面是矩形的下電絕緣模板7放置在工件5下方并與工件5緊密貼合，使其上所有對應的貫穿孔的軸線一一對齊，此時電解加工微孔的電流密度分布圖如圖11所示，電解出的微孔軸向截面近似直壁狀，如圖中的c部分所示。通過對比圖9中的b部分和圖11中的c部分可知，當下電絕緣模板7貫穿群孔的孔軸向截面為正等腰梯形相對于孔軸向截面為矩形時，電解出的微孔軸向截面更近似于直壁狀。圖12是輔助陽極的主視圖，圖13是輔助陽極的AA截面剖視圖。如圖14所示，當采用帶有貫穿群孔結構的孔軸向截面為上底邊短下底邊長的正等腰梯形的電絕緣模板電解加工微孔方法時，在工件5和下電絕緣模板7之間加裝如圖12、圖13所示的輔助陽極6， 所述輔助陽極6貫穿群孔結構的個數(shù)和布排方式與下電絕緣模板7相同，工件5、輔助陽極 6和下電絕緣模板7按從上至下的順序緊密貼合，使其上所有對應的貫穿孔的軸線一一對齊，此時電解加工微孔的電流密度分布圖如圖15所示，由于輔助陽極可起到減小工件表面電力線分布的邊緣效應，所以電解出的微孔軸向截面圖中的d部分所示，電解出的微孔孔徑變小且軸向截面近似于直壁狀。通過對比圖15中的d部分和圖9的b部分可知，由于輔助陽極可起到減小工件表面電力線分布的邊緣效應，將下電絕緣模板與輔助陽極結合使用能夠進一步減低工件表面電力線分布的邊緣效應。因此，將下電絕緣模板與輔助陽極結合使用電解出的微孔孔徑變小且軸向截面更近似于直壁狀。由上述分析可知，如圖6所示，本發(fā)明將上電絕緣模板貫穿群孔的孔軸向截面設置成底角為30° 70°的正等腰梯形，并且上電絕緣模板放置在工件上方，電解出的微孔軸向截面形狀為喇叭形，如圖7中的a部分所示；如圖14所示，本發(fā)明將工件、輔助陽極和下電絕緣模板按從上至下的順序緊密貼合，所述的輔助陽極和下電絕緣模板具有相同個數(shù)和布排方式的貫穿群孔結構，并且下電絕緣模板貫穿群孔的孔軸向截面是上底邊短下底邊長的正等腰梯形，電解出微孔孔徑變小且軸向截面近似于直壁狀，如圖15中的d部分所示。因此，本發(fā)明綜合使用圖6和圖14所示方法，如圖16所示，本發(fā)明通過將上電絕緣模板3和下電絕緣模板7的貫穿群孔孔軸向截面設置成上底邊短下底邊長且底角為 30° 70°的正等腰梯形，輔助陽極6具有上電絕緣模板3和下電絕緣模板7相同個數(shù)和布排方式的貫穿群孔結構，將上電絕緣模板3、工件5、輔助陽極6和下電絕緣模板7依次緊密貼合在一起，實現(xiàn)喇叭形微小孔陣列的電解加工，電解加工微孔的電流密度分布圖如圖 17所示，電解出微孔的一端為喇叭形，另一端為小孔徑且孔壁近似直壁狀，如圖17中的e部分所示。本發(fā)明所述的上電絕緣模板和下電絕緣模板可采用有機玻璃或環(huán)氧玻璃布等電絕緣材料；所述的輔助陽極采用鉬或純鈦等惰性金屬。
權利要求
1.一種喇叭形微小孔陣列電解加工方法，其特征在于包括以下步驟(a)制作具有貫穿群孔結構特征的上電絕緣模板、輔助陽極和下電絕緣模板，所述上電絕緣模板、輔助陽極和下電絕緣模板上的貫穿群孔孔數(shù)和布排方式相同，上電絕緣模板貫穿群孔和下電絕緣模板貫穿群孔的孔軸向截面是上底邊短下底邊長且底角為30° 70°的正等腰梯形，將上電絕緣模板、輔助陽極和下電絕緣模板依次疊放，并使其上所有對應的貫穿孔的軸線對齊；(b)將工件置于上電絕緣模板和輔助陽極之間，并使上電絕緣模板、工件、輔助陽極和下電絕緣模板依次緊密貼合在一起；(c)將上工具陰極和下工具陰極接電源負極，工件接電源正極；(d)分別向上工具陰極與上絕緣模板之間的上電解液通道，下工具陰極和下絕緣模板之間的下電解液通道內通入NaN03電解液或NaC103電解液；(e)接通電源進行電解加工。
2.根據權利要求1所述的喇叭形微小孔陣列電解加工方法，其特征在于所述的上電絕緣模板、下電絕緣模板為有機玻璃或環(huán)氧玻璃布。
3.根據權利要求1所述的喇叭形微小孔陣列電解加工方法，其特征在于所述的輔助陽極為鉬或純鈦。
4.一種喇叭形微小孔陣列電解加工裝置，包括上電絕緣模板、工件、輔助陽極和下電絕緣模板，其特征在于所述上電絕緣模板、輔助陽極和下電絕緣模板具有相同孔數(shù)和布排方式的貫穿群孔結構，上電絕緣模板貫穿群孔和下電絕緣模板貫穿群孔的孔軸向截面是上底邊短下底邊長且底角為30° 70°的正等腰梯形，上電絕緣模板、工件、輔助陽極和下電絕緣模板依次緊密貼合，上電絕緣模板、輔助陽極和下電絕緣模板所有對應的貫穿孔的軸線對齊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種喇叭形微小孔陣列電解加工方法，包括制作孔數(shù)和布排方式相同的具有貫穿群孔結構特征的上電絕緣模板、輔助陽極和下電絕緣模板，上電絕緣模板貫穿群孔和下電絕緣模板貫穿群孔的孔軸向截面是上底邊短下底邊長且底角為30°～70°的正等腰梯形，將上電絕緣模板、工件、輔助陽極和下電絕緣模板依次緊密貼合疊放，并使其上所有對應的貫穿孔的軸線對齊，將上工具陰極和下工具陰極接電源負極,工件接電源正極，在電解液通道內通入鈍性電解液，接通電源進行電解加工。本發(fā)明擺脫了電鑄加工中涂覆光刻膠、曝光、去膠等復雜繁瑣的工藝，提高加工效率，降低生產成本，更有利于實現(xiàn)喇叭形孔截面群孔的一次性成型和批量化生產。
文檔編號B23H9/14GK102266990SQ20111018586
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權日2011年7月5日
發(fā)明者呂珍斌, 明平美, 李松昭, 楊志波, 王艷麗, 秦歌 申請人:河南理工大學