隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割加工系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割加工系統(tǒng)及方法，屬于電解加工技術(shù)領(lǐng)域。包括工件陽極（6）、輔助陽極（5）、電子負(fù)載（8）、工具電極絲（3）、加工電源（7）；輔助陽極（5）與工具電極絲（3）位置相對固定，與其隨動(dòng)；所述加工電源（7）正極同時(shí)與輔助陽極（5）和電子負(fù)載（8）的一端相連，負(fù)極與電極絲（3）相連，電子負(fù)載（8）的另一端與工件陽極（6）相連。在加工過程中，輔助陽極的電位高于工件的電位。在工件上下表面非加工區(qū)，工具電極的電勢絕大部分被輔助陽極吸引，因此工件陽極上下表面非加工區(qū)的雜散腐蝕被抑制。
【專利說明】
隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割加工系統(tǒng)及方法
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明的隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割加工系統(tǒng)及方法，屬于電解加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件在航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、生物工程、環(huán)境檢測、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)及微型傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。作為MEMS器件加工技術(shù)支撐的微細(xì)加工技術(shù)也日益成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)之一。
[0003]例如X射線光柵微分相位成像光柵中大面積、高深寬比、高Z元素重金屬光柵與集成電路引線框架沖壓硬質(zhì)合金級進(jìn)模等的微縫狀陣列結(jié)構(gòu)是MEMS產(chǎn)品中的常見結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)一般由寬度為幾微米至數(shù)百微米的微縫按照一定的規(guī)律排列。陣列微縫結(jié)構(gòu)由于數(shù)量多，對加工的精度和表面質(zhì)量要求高，并且為滿足使用要求，需采用特殊的材料，例如高Z元素重金屬、鈦合金、硬質(zhì)合金等，這些材料多為難加工材料，上述加工特點(diǎn)對現(xiàn)有加工技術(shù)提出了很大的挑戰(zhàn)。
[0004]微細(xì)電解線切割是利用微米尺度金屬絲作為工具電極，基于電化學(xué)陽極溶解原理實(shí)現(xiàn)材料去除的的加工技術(shù)。其具有電化學(xué)加工技術(shù)的無工具損耗、加工表面無應(yīng)力、無變質(zhì)層、屬于非接觸式加工，不受加工材料強(qiáng)度和硬度的限制等優(yōu)點(diǎn)。因此，利用數(shù)微米金屬絲作為工具電極，小脈沖電源進(jìn)行電解加工，可以實(shí)現(xiàn)微小縫寬的加工需求。多線微細(xì)電解線切割加工技術(shù)是利用多根以并聯(lián)形式與脈沖電源連接的固定間距的金屬絲作為工具電極進(jìn)行電解線切割加工的加工技術(shù)。多線微細(xì)電解線切割加工技術(shù)可以有效提高電解線切割加工的加工效率，特別適合微縫陣列的加工成形。
[0005]電解線切割加工技術(shù)按照加工過程中電解液供給形式可以分為浸沒式電解線切割加工技術(shù)和沖液式電解線切割加工技術(shù)兩類。在浸沒式電解線切割加工技術(shù)加工過程中，工件始終浸沒在電解液中，加工過程中產(chǎn)生的加工產(chǎn)物逐漸積累在加工區(qū)附近，無法實(shí)現(xiàn)有效排除，因此加工區(qū)存在雜散腐蝕等問題，影響電解線切割的加工精度。沖液式電解線切割加工技術(shù)采用同軸沖液來排除加工間隙內(nèi)的加工產(chǎn)物，補(bǔ)充新鮮電解液。同軸沖液較浸沒式的優(yōu)點(diǎn)在于，由于工件下表面一般不會(huì)滯留電解液。但是工件上表面仍然有可能產(chǎn)生雜散腐蝕，影響電解線切割的加工精度。
[0006]目前，加工過程中的雜散腐蝕問題成為影響電解線切割加工精度的因素之一，為提高電解線切割加工的加工精度，需要提出一種減小雜散腐蝕的加工方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在抑制電解線切割加工中工件表面的雜散腐蝕現(xiàn)象，提高電解線切割加工技術(shù)的加工精度，提出一種工藝簡單，實(shí)用性強(qiáng)的隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割加工系統(tǒng)及方法。
[0008]—種隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割系統(tǒng)，其特征在于:包括工件陽極、輔助陽極、電子負(fù)載、工具電極絲、加工電源、電解液供液系統(tǒng);所述輔助陽極不溶于所用電解液;所述輔助陽極位于電解線切割加工零件加工區(qū)附近;并且輔助陽極與工具電極絲位置相對固定，與其隨動(dòng);工具電極絲穿過輔助陽極上的電極絲孔、穿過工件陽極的加工區(qū);所述加工電源正極同時(shí)與輔助陽極和電子負(fù)載的一端相連，負(fù)極與電極絲相連，電子負(fù)載的另一端與工件陽極相連。
[0009]其實(shí)施過程如下:通入電解液，設(shè)定電子負(fù)載的恒壓工作模式調(diào)節(jié)輔助陽極與工件陽極之間的電壓差，開啟電源，通過電子負(fù)載實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，輔助陽極的電位高于工件陽極的加工電位，進(jìn)行電解線切割加工;其中輔助陽極與電極絲隨動(dòng);其中上述輔助陽極施加高于電解線切割工作電壓的電勢，在加工過程中，在工件上下表面非加工區(qū)，工具電極的電勢絕大部分被輔助陽極吸引，因此工件陽極上下表面非加工區(qū)的雜散腐蝕被抑制。
[0010]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、采用本方法在電解線切割加工零件加工區(qū)附近增加與工具電極絲隨動(dòng)的不溶性輔助陽極，并且施加高于電解線切割工作電壓的電勢，可以有效抑制工件加工區(qū)附近非加工區(qū)的雜散腐蝕現(xiàn)象，獲得更高質(zhì)量的加工精度。在電解線切割加工加工區(qū)電場中，電流線始于高電位止于低電位，金屬材料的電化學(xué)溶解首先發(fā)生于高電位電極。在加工過程中，輔助陽極的電位高于工件的電位。在工件上下表面非加工區(qū)，工具電極的電勢絕大部分被輔助陽極吸引，因此工件陽極上下表面非加工區(qū)的雜散腐蝕被抑制，因而可以有效提高電解線切割加工技術(shù)的加工質(zhì)量。
[0011]2、上述輔助陽極可采用鉑或鈀等惰性金屬。鉑或鈀，電化學(xué)穩(wěn)定性高，不溶于常見電解加工用電解液，理論上不會(huì)損耗，可以無限重復(fù)使用。
[0012]3、上述輔助陽極電解線切割加工，其工具電極可為單絲結(jié)構(gòu)或多絲結(jié)構(gòu)。單絲電解線切割結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，應(yīng)用廣泛，是最為常見的電解線切割加工形式；多絲結(jié)構(gòu)適用于周期性或準(zhǔn)周期性重復(fù)結(jié)構(gòu)工件的加工制備，可以數(shù)倍提高電解線切割加工的加工效率，充分發(fā)揮電解線切割加工的技術(shù)優(yōu)勢。
[0013]4、上述輔助陽極電解線切割加工，其電解液供給方式可為浸液式或沖液式。浸液式電解液供給系統(tǒng)適用于結(jié)構(gòu)簡單、尺度較小、加工區(qū)電解液更新循環(huán)方便的結(jié)構(gòu)件加工；在此類系統(tǒng)中，上述工件陽極加工區(qū)附近上、下表面均需要安裝輔助陽極進(jìn)行加工。沖液式電解液供給系統(tǒng)適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺度較大、加工區(qū)電解液更新循環(huán)困難的結(jié)構(gòu)件加工;在此類系統(tǒng)中，只需在上述工件陽極加工區(qū)上表面安裝輔助陽極進(jìn)行加工即可。
[0014]5、上述輔助陽極電解線切割加工，在沖液式電解線切割加工系統(tǒng)中，其裝夾方式可為:所述電解液分配腔的下壁面具有電解液分配孔，電解液分配腔下方具有與所述電解液分配孔對接的絕緣噴管;所述輔助陽極緊密貼合于絕緣噴管的下半截，一直覆蓋至絕緣噴管的噴管出口邊緣。所述工具電極絲第一端與電解液分配腔上壁面固定，第二端依次穿過電解液分配孔、絕緣噴管及輔助陽極組合體、工件陽極。所述電解液分配腔及工具電極絲第二端固定于夾具。在加工過程中，電解液從電解液供給腔中的電解液分配孔中流出，在壓力的作用下沿著絕緣噴嘴與電極絲高速?zèng)_擊工件加工區(qū)，以保證電解產(chǎn)物的排除與電解液的有效更新，提尚了加工的穩(wěn)定性。
[0015]6、上述輔助陽極可通過噴涂或鑲嵌方法貼合于絕緣噴管外表面、集成為一體，結(jié)構(gòu)簡單、安裝固定更加方便。與其他常見輔助陽極施加方式相比，在加工過程中，輔助陽極隨著工件加工位置不斷移動(dòng)，具有更強(qiáng)的靈活性。
【附圖說明】
[0016]圖1電解線切割工件雜散腐蝕示意圖；
圖2不采用輔助陽極電解線切割電流線分布圖；
圖3沖液式輔助陽極多線(微細(xì))電解線切割加工裝置示意圖；
圖4浸沒式輔助陽極多線(微細(xì))電解線切割加工裝置示意圖；
圖5采用輔助陽極多線(微細(xì))電解線切割電流線分布圖。
[0017]圖中標(biāo)號名稱:1、電解液分配腔，2、固定螺釘，3、工具電極絲，4、絕緣噴嘴，5、輔助陽極，6、工件陽極，7、加工電源，8、電子負(fù)載，9、雜散腐蝕圓角。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1中，由于雜散腐蝕的存在，切縫存在雜散腐蝕圓角問題，影響加工精度。
[0019]圖3、圖4所示的隨動(dòng)式輔助陽極多線(微細(xì))電解線切割加工裝置示意圖中，輔助陽極(5)與絕緣噴嘴(4)集成為一體，加工過程中輔助陽極(5)與加工位置隨動(dòng)。
[0020]結(jié)合圖3、圖4說明本發(fā)明的實(shí)施過程:
步驟1、制備與工具電極絲隨動(dòng)的輔助陽極5;
步驟2、依次將工件陽極6、工具電極絲3、輔助陽極5固定在夾具上，輔助陽極5與工具電極絲3隨動(dòng)，定位，夾緊；
步驟3、加工電源7正極同時(shí)與輔助陽極5和電子負(fù)載8的一端相連，加工電源7負(fù)極與電極絲3相連，電子負(fù)載8的另一端與加工工件6相連；
步驟4、通入電解液，設(shè)定電子負(fù)載8的恒壓工作模式實(shí)現(xiàn)壓降，開啟加工電源7，進(jìn)行輔助陽極多線微細(xì)電解線切割加工；
步驟5、分離、清洗工件陽極6、輔助陽極5，更換工具電極絲3。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割系統(tǒng)，其特征在于: 包括工件陽極(6)、輔助陽極(5)、電子負(fù)載(8)、工具電極絲(3)、加工電源(7)、電解液供液系統(tǒng)； 所述輔助陽極(5)不溶于所用電解液； 所述輔助陽極(5)位于電解線切割加工零件加工區(qū)附近;并且輔助陽極(5)與工具電極絲(3)位置相對固定，與其隨動(dòng)；工具電極絲(3)穿過輔助陽極(5)上的電極絲孔(10)、穿過工件陽極(6)的加工區(qū)； 所述加工電源(7)正極同時(shí)與輔助陽極(5)及電子負(fù)載(8)的一端相連，負(fù)極與電極絲(3)相連，電子負(fù)載(8)的另一端與工件陽極(6)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割系統(tǒng)，其特征在于:上述輔助陽極(5)為具有電化學(xué)惰性、不溶于常見電解加工用電解液的惰性金屬。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割系統(tǒng)，其特征在于:上述惰性金屬為鉑或鈀。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割系統(tǒng)，其特征在于:所述的工具電極絲(3)為單絲結(jié)構(gòu)或多絲結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割系統(tǒng)，其特征在于:上述電解液供液系統(tǒng)為浸液式;上述工件陽極(6)加工區(qū)附近上、下表面均具有所述輔助陽極(5)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割系統(tǒng)，其特征在于:上述電解液供液系統(tǒng)為沖液式;所述輔助陽極(5)位于工件陽極(6)上表面加工區(qū)附近。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割系統(tǒng)，其特征在于: 所述的沖液式電解液供液系統(tǒng)包括電解液分配腔(I);所述電解液分配腔(I)的下壁面具有電解液分配孔(10)，電解液分配腔(I)下方具有與所述電解液分配孔(10)對接的絕緣噴管(4);所述輔助陽極(5)緊密貼合于絕緣噴管(4)的下半截，一直覆蓋至絕緣噴管(4)的噴管出口邊緣； 所述工具電極絲(3)第一端與電解液分配腔(I)上壁面固定，第二端依次穿過電解液分配孔(10)、絕緣噴管(4)及輔助陽極(5)組合體、工件陽極(6); 所述電解液分配腔(I)及工具電極絲(3)固定于夾具。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割系統(tǒng)，其特征在于:上述輔助陽極(5)通過噴涂或鑲嵌方法貼合于絕緣噴管(4)外表面。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述隨動(dòng)式輔助陽極電解線切割系統(tǒng)的工作方法，其特征在于包括以下過程: 通入電解液，設(shè)定電子負(fù)載(8)的恒壓工作模式調(diào)節(jié)輔助陽極(5)與工件陽極(6)之間的電壓差，開啟電源(7)，通過電子負(fù)載(8)實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，輔助陽極(5)的電位高于工件陽極(6)的加工電位，進(jìn)行電解線切割加工;其中輔助陽極(5)與電極絲(3)隨動(dòng)； 其中上述輔助陽極(5)施加高于電解線切割工作電壓的電勢，在加工過程中，在工件上下表面非加工區(qū)，工具電極的電勢絕大部分被輔助陽極吸引，因此工件陽極上下表面非加工區(qū)的雜散腐蝕被抑制。
【文檔編號】B23H7/16GK106041235SQ201610539143
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】曾永彬, 李寒松, 周忠啟, 朱荻
【申請人】南京航空航天大學(xué)