CN100567582C - 柱形回转体零件外表面微小结构电铸加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种柱形回转体零件外表面微小结构电铸加工方法，属于电铸加工领域。该方法的特点在于，制作带有微小孔结构的柔性电铸屏蔽膜；采用机械挤压方式将柱形回转体零件与柔性屏蔽膜紧密贴合，将零件作为阴极进行电铸，在柱形回转体外表面形成微小凸起结构；电铸屏蔽膜既可以全部采用绝缘材料制作，也可以采用绝缘材料加一层具有电化学难溶特性的金属材料(如铂、钛等)制作。采用本发明的电铸加工方法，能够在柱形回转体零件外表面形成微小凸起结构，具有制造精度高、速度快和成本低等特性。
Description
技术领域
本发明中的柱型回转体零件外表面微小凸起结构电铸成形方法，属于电铸加工领域。
背景技术
随着科学技术的高速发展，出现了很多新型的微小结构尺寸零件，比如在微细制造领域用于微小尺寸结构压印的滚压模具，和用于电子行业的增加电子元器件散热性能的柱形零件，这些零件的外表面上都设计有微小凸起结构。例如KevinKelly博士等学者制作的具有微小凸起结构的散热器件。这些微小凸起结构的尺度范围在数微米到数百微米之间，
近年来有不少学者尝试使用光刻技术和其它辅助技术加工这种微小凸起结构，在这些加工技术中比较有代表性的是采用LIGA技术制作的具有微小镍凸起的散热装置，用于提高电子元器件的散热性能。制造这种元器件，首先在镍薄板基材上涂铺光敏PMMA，使用光刻技术在PMMA上形成微小凹槽结构；然后采用电铸技术在镍基材上形成微小凸起结构；电铸完成后去除PMMA，得到具有微小凸起结构的镍薄板；最后将镍薄板弯曲覆盖于需要散热的电子元器件表面，用以提高散热性能。该技术能够满足微小结构的形状和尺寸精度要求，但是该技术是先在镍薄板上加工出微小凸起结构，然后再将镍薄板弯曲覆盖于电子元器件表面，在接缝处无法做到平滑连接；同时该技术只能加工薄壁零件，无法加工实心柱形回转体零件；再者该技术加工设备价格昂贵、加工环境要求极高(最低要求是洁净度为1000级的超净空间)、加工工艺复杂、成本高昂。
发明内容
本发明的目的是针对现有柱形回转体零件外表面微小凸起结构加工方法的不足，提供一种低成本、高精度且操作简便的加工方法。
一种柱形回转体零件外表面微小结构电铸加工方法，其特征在于包括以下过程：
1、一种柱形回转体零件外表面微小结构电铸加工方法，其特征在于包括以下过程：
(1)、制作带有微小孔结构的柔性电铸屏蔽膜；
(2)、使用柔性电铸屏蔽膜左夹持器和柔性电铸屏蔽膜右夹持器装夹柔性电铸屏蔽膜；
(3)、使用零件夹持器装夹柱形回转体零件阴极，使零件阴极向柔性电铸屏蔽膜运动，使柔性电铸屏蔽膜产生弯曲变形，直至与零件阴极紧密贴合；
(4)、通电，对零件阴极进行电铸加工；
(5)、零件阴极反向运动与柔性电铸屏蔽膜脱离，返回初始位置；
(6)、控制零件夹持器上的零件旋转分度装置，使零件阴极旋转合适的角度，重新进给并与柔性电铸屏蔽膜紧密贴合，再次实施电铸；
(7)、持续执行第步及第步，直至全部电铸加工过程结束。
在所述加工过程中，柔性电铸屏蔽膜的寿命和加工质量直接制约着最终电铸结果，因此在本发明中选择合适的柔性电铸屏蔽膜材料和加工方法成为保证加工结果的重要条件。如果柔性电铸屏蔽膜全部由绝缘材料制作，其具有制作工艺简单、寿命长、成本低等特点，比较适合用于拥有较大特征尺寸和高深宽比微小凸起结构的电铸成形。如果柔性电铸屏蔽膜是由绝缘材料加一层具有电化学难溶特性的金属材料(如铂、钛等)组成，其特点是金属材料可以直接作为电铸阳极，能够很好的改善电铸时的电场分布，提高电铸复型精度，比较适合用于具有较小特征尺寸微小结构的电铸成形。
可见，本发明的特点是：①采用柔性屏蔽膜电铸方法加工柱形回转体零件外表面微小凸起结构，常规普通电铸屏蔽膜是不发生弯曲变形的，而回转体屏蔽膜目前很难制造。本发明的柔性屏蔽膜是通过机械挤压变形，在常温状态下将平板屏蔽膜变形为弯曲屏蔽膜，这种方法解决了柱形回转体零件外表面微小凸起结构的制造难题，极大的降低了加工成本，节约了加工时间；②柔性屏蔽膜电铸工艺既可以在薄壁圆筒外表面加工微小凸起结构，也可以在实心柱形回转体外表面加工微小凸起结构，能够满足不同需求的加工要求；③对加工环境要求低，无需超净空间，无需加热。利用本发明所加工的微小凸起结构加工成本低、效率高，且柔性电铸屏蔽膜可以多次重复使用。
附图说明
图1是柱形回转体零件外表面微小凸起结构电铸成形示意图。
图2是柔性电铸屏蔽膜示意图。图2a是加工好的柔性电铸屏蔽膜示意图；图2b是由绝缘材料制作的柔性电铸屏蔽膜示意图；图2c是由绝缘材料加一层具有电化学难溶特性的金属材料组成的柔性电铸屏蔽膜示意图。
图1中标号名称：1、零件夹持器，2、零件阴极，3、柔性电铸屏蔽膜左夹持器，4、柔性电铸屏蔽膜右夹持器，5、柔性电铸屏蔽膜，6、零件旋转分度装置，7、电铸液。
图2中标号名称：8、绝缘材料，9、金属材料
具体实施方式
下面结合具体实例说明实施本发明——“柱型回转体零件外表面微小凸起结构电铸成形方法”的操作过程。
在电子行业中使用的圆柱型电子元器件的金属散热器，其最佳形状为表面带有大量高深宽比微小凸起的薄壁圆筒，这些微小凸起可以增加散热面积，在使用时将薄壁圆筒套在圆柱形电子元器件的外表面，能够迅速降低温度。
在电铸加工过程中，拟采用3次电铸成形，即每次电铸加工薄壁圆筒的1/3，结合图1，具体的加工实施过程依次经过以下步骤：
(1)、采用钻削加工技术，直接在绝缘材料薄膜上钻削出直径为数百微米的孔阵列，得到柔性电铸屏蔽膜5；
(2)、使用柔性电铸屏蔽膜左夹持器3和柔性电铸屏蔽膜右夹持器4将柔性电铸屏蔽膜5固定；
(3)、将柱形回转体零件装夹到零件夹持器1上，驱动零件夹持器1使零件向柔性电铸屏蔽膜5运动直至二者紧密贴合；
(4)、调整电铸液面高度到达合适高度，将零件作为电铸阴极，并选择合适的电铸阳极；
(5)、实施电铸；
(6)、电铸结束后，驱动零件夹持器1使零件阴极2反向运动，脱离柔性电铸屏蔽膜5，回到初始位置；
(7)、控制零件夹持器1上的零件旋转分度装置6，使零件阴极2旋转120°，重新进给并与柔性电铸屏蔽膜5紧密贴合，实施电铸；
(8)、再次进行分离、旋转、进给和电铸；
(9)、完成电铸加工。
对于于具有较小特征尺寸微小结构的电铸成形。如果柔性电铸屏蔽膜是由绝缘材料加一层具有电化学难溶特性的金属材料(如铂、钛等)组成，其特点是金属材料可以直接作为电铸阳极，能够很好的改善电铸时的电场分布，提高电铸复型精度。
Claims (2)
1、一种柱形回转体零件外表面微小结构电铸加工方法，其特征在于包括以下过程：
(1)、制作带有微小孔结构的柔性电铸屏蔽膜(5)；
(2)、使用柔性电铸屏蔽膜左夹持器(3)和柔性电铸屏蔽膜右夹持器(4)装夹柔性电铸屏蔽膜(5)；
(3)、使用零件夹持器(1)装夹柱形回转体零件阴极，使零件阴极(2)向柔性电铸屏蔽膜(5)运动，使柔性电铸屏蔽膜(5)产生弯曲变形，直至与零件阴极紧密贴合；
(4)、通电，对零件阴极(2)进行电铸加工；
(5)、零件阴极(2)反向运动与柔性电铸屏蔽膜(5)脱离，返回初始位置；
(6)、控制零件夹持器(1)上的零件旋转分度装置(6)，使零件阴极(2)旋转合适的角度，重新进给并与柔性电铸屏蔽膜(5)紧密贴合，再次实施电铸；
(7)、持续执行第(5)步及第(6)步，直至全部电铸加工过程结束。
2、根据权利要求1所述的柱形回转体零件外表面微小结构电铸加工方法，其特征在于，制作里层为绝缘层、外层为金属层的双层柔性电铸屏蔽膜(5)，并利用该双层屏蔽膜的金属层直接作为电铸阳极参与电铸加工。
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