專利名稱：一種電化學(xué)薄片加工eclm方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對(duì)金屬類微小型復(fù)雜零件制造的電化學(xué)薄片加工ECLM(Electrochemical Lamella Machining)模具和方法，屬于微細(xì)加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
常用的制作微機(jī)械零件的技術(shù)主要有三種。第一種是以日本為代表的傳統(tǒng)機(jī)械加工手段，即利用大機(jī)器制造小機(jī)器，再利用小機(jī)器制造微機(jī)械的方法；第二種是以美國為代表的利用化學(xué)腐蝕或集成電路工藝技術(shù)對(duì)硅材料進(jìn)行加工，形成硅基MEMS器件；第三種是以德國為代表的LIGA技術(shù)。但是隨著微機(jī)械系統(tǒng)的多樣性和廣泛性以及微機(jī)械加工的尺寸和材料范圍的不斷擴(kuò)大，這些傳統(tǒng)的方法已不能完全滿足需要，只有多種技術(shù)的結(jié)合才能滿足微機(jī)械技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的需要。在微細(xì)加工技術(shù)中，機(jī)械微細(xì)加工的尺寸和精度受機(jī)床精度、刀具尺寸和制造精度諸因素的限制，不可能滿足加工更微小尺寸的要求。特種加工具有加工效率高、無殘余應(yīng)力等特點(diǎn)，通過加工能量的直接作用甚至可以實(shí)現(xiàn)逐個(gè)分子或原子的切除加工。參考現(xiàn)有的各種加工方法，微細(xì)電化學(xué)加工作為特種加工的一種，沒有宏觀的切削力，并且加工設(shè)備簡(jiǎn)單、可實(shí)施性強(qiáng)，在微結(jié)構(gòu)制作方面顯示出了相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿Α?br> 采用微細(xì)電化學(xué)成型加工的關(guān)鍵是要制作尺寸微小并具有一定精度的遮蔽絕緣層，采用常規(guī)的機(jī)械加工方法難以實(shí)現(xiàn)。目前，微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工很多都采用化學(xué)刻蝕，但是由于化學(xué)刻蝕的等方向性，很難獲得較直的加工側(cè)壁和較大的寬深比，并且通過特殊的方法加工微小型零件的加工速度較慢，成本很高且工藝復(fù)雜，這也在一定程度上限制了這些技術(shù)在某些領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用和發(fā)展。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有許多新的工藝技術(shù)被逐步引入到加工微制造領(lǐng)域，通過諸如照相、光刻、鍍膜等多種手段在金屬材料、非金屬材料、合成材料等多種機(jī)體上可以形成形式多樣的微觀圖案或者花紋，并且在一定的條件下還可以通過特殊的工藝對(duì)這些微觀圖案或者花紋進(jìn)行加工處理形成微小型零件。如在IC工業(yè)中，光刻技術(shù)采用照相復(fù)印的方法，將光刻版上的圖形精確地復(fù)印在涂有感光膠的SiO2層或金屬蒸發(fā)層上，然后利用光刻膠的保護(hù)作用，對(duì)SiO2層或金屬蒸發(fā)層進(jìn)行有選擇的化學(xué)腐蝕，從而在SiO2層或金屬蒸發(fā)層上得到與光刻版相應(yīng)的圖形，并可實(shí)現(xiàn)小于1μm的分辨率和精度。采用光刻技術(shù)制作微細(xì)電化學(xué)工件作為陽極，結(jié)合微細(xì)電化學(xué)和光刻技術(shù)兩種方法可以微細(xì)加工領(lǐng)域有所突破。
為了克服傳統(tǒng)化學(xué)刻蝕方法的弊端，近年來出現(xiàn)了利用電化學(xué)加工原理的微細(xì)電化學(xué)加工新技術(shù)。電化學(xué)加工以其加工效率高、工具無損耗、加工表面無變質(zhì)層和無應(yīng)力加工等優(yōu)點(diǎn)而在各種加工領(lǐng)域中得到極為廣泛的應(yīng)用。但同時(shí)由于電化學(xué)方法存在著雜散腐蝕、加工間隙不易精確控制、加工精度較差等缺點(diǎn)，限制了其在微細(xì)加工領(lǐng)域中的發(fā)展。為了滿足微細(xì)加工領(lǐng)域的市場(chǎng)的要求，拓寬精密電化學(xué)加工的實(shí)用范圍，必須要在保證在現(xiàn)有的電化學(xué)加工優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大其在微制造領(lǐng)域的實(shí)用效果，解決和提高電化學(xué)加工在復(fù)制精度、重復(fù)精度、表面質(zhì)量、加工過程的穩(wěn)定性等諸多問題，尋求最優(yōu)解決方案。
本發(fā)明采用高頻群脈沖電源作為加工主電源，并提供針對(duì)高頻群脈沖電化學(xué)加工而設(shè)計(jì)的，應(yīng)用于微小型導(dǎo)電金屬材料零件加工的一種專用模具的ECLM的加工方法，目前還未見類似的研究成果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于微小型超薄金屬類復(fù)雜零件制造的電化學(xué)加工模具。首先在待加工的金屬材料上用光刻膠或其它絕緣材料(環(huán)氧樹脂、氨基絕緣烘干漆等)制成特定的圖案的絕緣遮蔽層，可以是單面或者雙面的，雙面遮蔽要求確保兩面的圖案高度重合，放入ECLM加工模具中與陽極連通。利用ECLM進(jìn)行電解加工可以分為兩種方法，一種是正加工，即腐蝕掉加工件周圍的金屬材料，另一種叫負(fù)加工，即腐蝕掉加工區(qū)留下周圍的金屬材料(如模具加工)?？紤]到在加工過程中由于動(dòng)態(tài)工藝參數(shù)的改變所引起的加工不平衡問題的出現(xiàn)，這會(huì)在很大程度上影響零件的加工精度，使用上下兩個(gè)陰極，即金屬薄片的上下各有一個(gè)陰極，這樣電解液通過兩個(gè)陰極與陽極之間(兩者形成的正負(fù)極結(jié)構(gòu)完全相同)的電解液槽時(shí)，由于工藝參數(shù)的選定對(duì)兩者的影響完全相同，它們之間的相互作用力相互抵消，從而可以保證零件的加工精度和效率。工件的裝卡位置上下高度可根據(jù)要求設(shè)定并可通過調(diào)整得到較小的加工間隙，以保證不同厚度工件的加工。在陰陽兩極通過高頻群脈沖電源和高速流過的電解液時(shí)，未被保護(hù)的材料在電化學(xué)作用下逐漸蝕除，只留下覆蓋了圖案的遮蔽層，外套上開有觀察窗口，用來觀察電化學(xué)反應(yīng)的加工過程，回水罩上開有厚度小于加工金屬的細(xì)縫，目的是在保證出水面積的同時(shí)防止已經(jīng)加工完成的微小加工件被水沖走。利用ECLM加工模具的精確定位和工藝參數(shù)的選擇計(jì)算，能夠通過電化學(xué)方法高效率、高質(zhì)量地加工出各種復(fù)雜形狀的微小型零件。
有益效果本發(fā)明的有益效果是利用ECLM加工模具的精確定位和工藝參數(shù)的選擇計(jì)算，并在配以先進(jìn)高頻群脈沖電源的情況下實(shí)現(xiàn)微小型零件的電化學(xué)加工制造，并且可以使用腐蝕性小的中性鹽電解質(zhì)，對(duì)環(huán)境污染小，適用面廣，刻蝕速度快。ECLM加工模具的結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定可靠，適用于高效率、高質(zhì)量地加工出各種復(fù)雜形狀的微小型零件。


圖1為ECLM加工模具的結(jié)構(gòu)中1-底板2-卡環(huán)3-絕緣套4-陽極軸5-絕緣杯6-外套7-導(dǎo)柱8-管接頭9-管座10-試件11-頂板12-上手柄13-螺母14-上蓋15-主軸16-擋板17-套筒18-上陰極19-下陰極20-斜管座21-回水罩22-觀察窗23-下手柄24-轉(zhuǎn)筒。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一底板(1)和頂板(11)通過導(dǎo)柱(7)和調(diào)節(jié)螺栓連接在一起，轉(zhuǎn)筒(24)通過卡環(huán)(2)和底板(1)相連接，上蓋(14)通過擋板(16)和頂板(11)相連接，上陰極(18)和下陰極(19)分別通過緊固螺栓與高頻群脈沖電源的負(fù)極輸出端連接，陽極軸(4)與電源的正極輸出端連接，并通過絕緣套(3)和絕緣杯(5)和陰極隔開，形成ECLM加工裝置的加工體。在金屬試件(10)上覆蓋了特定的圖案或花紋的遮蔽層，下手柄(23)依靠螺紋帶動(dòng)轉(zhuǎn)筒(24)和外套(6)上下運(yùn)動(dòng)，在一定的位置上可以露出試件(10)的裝卡位置以便于試件的安裝，轉(zhuǎn)動(dòng)上手柄(12)通過螺母(13)的調(diào)節(jié)可以使套筒(17)壓緊工件。通過圓螺母和主軸(15)的螺紋連接，可以調(diào)節(jié)上陰極(18)的位置。工件安裝好之后，可以通過觀察窗(22)觀察調(diào)整的水平和間隙情況，然后接通電源，在模具的陰陽極兩端采用高頻群脈沖電源作為加工電源，啟動(dòng)電解液系統(tǒng)，并通過中性鹽的高速電解液，電解液以高壓、高速的狀態(tài)通過管接頭(8)和管座(9)組成了電解液的進(jìn)水口，進(jìn)入到工具陰極和工件間的間隙，斜管座(20)和回水罩(21)組成了電解液的出水口，帶走電解反應(yīng)蝕除產(chǎn)物，通過觀察窗(22)可以觀察整個(gè)加工的過程，這樣就可以實(shí)現(xiàn)了微小型復(fù)雜金屬零件的加工。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種針對(duì)金屬類微小型復(fù)雜零件制造的電化學(xué)薄片加工ECLM(Electrochemical Lamella Machining)模具，其特征在于在待加工的金屬薄片試件(10)上制成單面或雙面特定圖案的絕緣遮蔽層，放入陽極軸(4)之上；金屬薄片的上下各有一個(gè)陰極，上陰極(18)和下陰極(19)，以保證零件的加工精度和效率；通過底板(1)和頂板(11)的螺栓來調(diào)整加工模具的高低，確保加工時(shí)處在水平狀態(tài)；通過上把手(12)和下把手(23)來調(diào)節(jié)加工時(shí)的合理間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)薄片加工ECLM加工方法，其特征在于通過特殊工藝制成的帶有絕緣遮蔽層的工件，在高頻群脈沖電源和中性電解液的作用下，通過ECLM模具進(jìn)行電化學(xué)加工，得到各種復(fù)雜形狀的微小型零件。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于微小型超薄金屬類復(fù)雜零件制造的電化學(xué)加工模具和方法。在待加工的金屬薄片材料上用制成單面或者雙面的特定圖案的絕緣遮蔽層，薄片與陽極相連，且上下各有一個(gè)陰極，放入ECLM模具中通過高頻群脈沖電源和高速、高壓的電解液，ECLM加工模具的結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定可靠，適用于高效率、高質(zhì)量地加工出各種復(fù)雜形狀的微小型零件，在微制造領(lǐng)域具有很大的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)B23H11/00GK101020266SQ20061016559
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者張之敬, 張衛(wèi)民, 金鑫, 吳高陽, 溫楠 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)