CN101113530A - 结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工装置及方法，其方法包括：1.准备步骤、2.第一阶段加工步骤、3.第二阶段加工步骤，以及4.完成步骤，其装置部分包括一可提供第一工作液体的电化学加工溶液容纳部；一可提供第二工作液体的电解抛光溶液容纳部；一待加工金属是连结正电；一加工模部是连结负电；借此，将该待加工金属与该加工模部先浸在该第一工作液体中进行电化学加工，再浸入该第二工作液体中进行电解抛光加工。本发明加工速度快、可改善表面粗糙度，以及适合对高硬度金属工件进行加工等优点。

Description

结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工装置及方法

技术领域

本发明涉及一种结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工装置及方法

背景技术

传统的对一工件进行加工的方式不外乎以刀具对一工件进行车、铣、刨、磨或钻，当然，电铸亦是可行的方法，但不论何种方法，都产生以下缺点：

1、加工速度慢。面对微结构加工需求不断增加的情况，电铸加工是较为可行的方法，但是，其加工速度太慢，无法普遍应用于多样、多量的生产线加工。

2、表面粗糙度差。以车、铣、刨、磨或钻对工件进行加工，固然有较快的加工速度，但是，直接接触的加工方式，容易产生压力或热，造成工件微量变形或残留应力，对于成品的表面粗糙度较差，还有冷却、排屑与刀具损坏等问题，若有微结构，刀具的选择更为困难，还可能发生无法加工的情况。

3、无法对高硬度金属加工。以刀具对工件进行接触式加工，固然速度较快，但是，亦造成刀具磨损，对于高硬度的金属，甚至可能发生刀具无法对工件进行加工的窘境。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工装置及方法，其具备加工速度快，且可改善表面粗糙度，适合对高硬度金属工件进行加工。

本发明结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工装置是：

一种结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工装置，其特征在于，包括：一电化学加工溶液容纳部，是用以提供一第一工作液体，该第一工作液体为含有水及盐类物质的中性溶液；一电解抛光溶液容纳部，是用以提供一第二工作液体，该第二工作液体为含有水及酸性物质的酸性溶液；一电源部，具有一正极及一负极；一待加工金属固定部，用以固定一待加工金属，该待加工金属连接至该正极；一加工模板组件，具有一微量移动控制部及一具有预定形状的加工模部，该加工模部是连接至该负极；借此，该待加工金属与该加工模部先浸在该第一工作液体中进行第一阶段加工，之后再浸入该第二工作液体中进行第二阶段加工。

前述的结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工装置，其特征在于：所述电化学加工溶液容纳部与所述电解抛光溶液容纳部为两个分隔开的贮液槽；所述第一阶段加工为电化学加工；所述第二阶段加工为电解抛光加工。

前述的结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工装置，其中微量移动控制部可控制所述加工模部朝所述待加工金属方向移动，并保持一预定的加工间隙。

本发明结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工方法是：

一种结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工方法，其特征在于，包括下列步骤：一.准备步骤：准备一电化学加工溶液容纳部、一电解抛光溶液容纳部、一电源部、一待加工金属固定部及一加工模板组件；该电化学加工溶液容纳部是用以提供一第一工作液体，该第一工作液体为含有水及盐类物质的中性溶液；该电解抛光溶液容纳部用以提供一第二工作液体，该第二工作液体为含有水及酸性物质的酸性溶液；该电源部是具有一正极及一负极；该待加工金属固定部是用以固定一待加工金属，该待加工金属连接至该正极；该加工模板组件具有一微量移动控制部及一具有预定形状的加工模部，该加工模部是连接至该负极；二.第一阶段加工步骤：将该待加工金属与该加工模部浸在该第一工作液体中进行第一阶段加工；三.第二阶段加工步骤：将该待加工金属与该加工模部浸在该第二工作液体中进行第二阶段加工；四.完成步骤：在该待加工金属表面加工出相对应该加工模部的形状，得到一成品。

前述的结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工方法，其中电化学加工溶液容纳部与所述电解抛光溶液容纳部为两个分隔开的贮液槽；所述第一阶段加工为电化学加工；所述第二阶段加工为电解抛光加工；所述微量移动控制部是可控制所述加工模部朝该待加工金属方向移动，并保持一预定的加工间隙。

本发明的有益效果是，其具备加工速度快，且可改善表面粗糙度，适合对高硬度金属工件进行加工。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的实施例示意图

图2是图1所示实施例的部分结构的放大平面示意图

图3A是本发明的电化学加工的实施例的示意图

图3B是本发明的电解抛光的实施例的示意图

图4A、图4B、图4C及图4D是本发明的复合式微加工方法的部分过程的示意图

图5是本发明的复合式微加工方法的流程图

图6A、图6B及图6C是本发明的电化学加工的细部过程的示意图

图7A、图7B及图7C是本发明的电解抛光的细部过程示意图

图中标号说明：

10电化学加工溶液容纳部   11第一工作液体

20电解抛光溶液容纳部     21第二工作液体

30电源部                 31正极

32负极                   40待加工金属固定部

41待加工金属             41A金属晶粒

41B尖端部                41C内凹部

411凹部                  50加工模板组件

51微量移动控制部         52加工模部

61准备步骤               62第一阶段加工步骤

63第二阶段加工步骤       64完成步骤

70黏稠层                 71内黏稠层

72外黏稠层               G加工间隙

D1第一深度               D2第二深度

L1第一距离    L2第二距离

具体实施方式

参阅图1、图2，本发明为一种『结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工装置』，其包括：

一电化学加工溶液容纳部10，是用以提供一第一工作液体11，该第一工作液体11为含有水及盐类物质的中性溶液；

一电解抛光溶液容纳部20，是用以提供一第二工作液体21，该第二工作液体21为含有水及酸性物质的酸性溶液；

一电源部30，是至少具有一正极31及一负极32；

一待加工金属固定部40，是用以固定一待加工金属41，该待加工金属41是连接至该正极31；

一加工模板组件50，其具有：

一微量移动控制部51；

一具有预定形状的加工模部52，该加工模部52是连接至该负极32，且受该微量移动控制部51驱动。

借此，该待加工金属41与该加工模部52是先浸在该第一工作液体21进行第一阶段加工(在本发明中为电化学加工)后，再浸入该第二工作液体21进行第二阶段加工(在本发明中为电解抛光加工)。

实际上，该电化学加工溶液容纳部10与该电解抛光溶液容纳部20为两个分隔开的贮液槽。

该微量移动控制部51是控制该加工模部52朝该待加工金属41方向移动，且该加工模部52与该待加工金属41间保持一预定的加工间隙G(参阅图4A)。

本发明的微加工方法包括下列步骤(参阅图1及图5)：

一.准备步骤61：准备一电化学加工溶液容纳部10、一电解抛光溶液容纳部20、一电源部30、一待加工金属固定部40及一加工模板组件50；其中，该电化学加工溶液容纳部10是用以提供一第一工作液体11，该第一工作液体11为含有水及盐类物质的中性溶液；该电解抛光溶液容纳部20是用以提供一第二工作液体21，该第二工作液体21为含有水及酸性物质的酸性溶液；该电源部30是具有一正极31及一负极32；该待加工金属固定部40是用以固定一待加工金属41，该待加工金属41是连接至该正极31；该加工模板组件50是具有一微量移动控制部51及一具有预定形状的加工模部52，该加工模部52是连接至该负极32。

二.第一阶段加工步骤62：参阅图3A，将该待加工金属41与该加工模部52浸在该第一工作液体11中(可以说是浸在该电化学加工溶液容纳部10中)，启动该电源部30，借由该正极31使该待加工金属41带正电，并借由该负极32使该加工模部52带负电；配合该第一工作液体11对该待加工金属41进行第一阶段加工(在本发明中为电化学加工)；

三.第二阶段加工步骤63：参阅图3B，将该待加工金属41与该加工模部52浸在该第二工作液体21(可以说是浸在该电解抛光溶液容纳部20中)，启动该电源部30及该微量移动控制部51，借由该正极31使该待加工金属41带正电，并借由该负极32使该加工模部52带负电，借由该微量移动控制部51驱动该加工模部52靠近该待加工金属41，再配合该第二工作液体21对该待加工金属41进行第二阶段加工(在本发明中为电解抛光加工)；

四.完成步骤64：在该待加工金属41表面加工出相对应该加工模部52的形状，得到一成品。

更详细的讲，在第一阶段加工步骤61的部分，最初的加工状态如图4A所示，该待加工金属41与该加工模部52均浸在该第一工作液体11中，并有一加工间隙G。通电后，该加工模部52逐渐朝该待加工金属41加工出较浅的凹部411(如图4B所示)，该较浅的凹部411具有一第一深度D1；该加工模部52移动的距离与速度是由该微量移动控制部51控制。

继续加工一段时间后，该加工模部52逐渐朝该待加工金属41加工出一较深的凹部411，该较深的凹部411具有一第二深度D2(如图4C所示)。值得注意的是，在第一阶段时，均属于电化学加工。

在第二阶段加工步骤62的部分，将该待加工金属41与该加工模部52浸在该第二工作液体21中，其加工装置如图3B所示，此时，该加工模部52与该待加工金属41保持该加工间隙G，并进行电解抛光加工(如图4D所示)，因此，可以对该较深的凹部411进行较细微的表面粗糙度改善。

有关此电化学加工的原理，请参阅图6A、图6B及图6C，原本该待加工金属41的金属晶粒41A是紧密相结合(如图6A所示)。逐渐的，该待加工金属41的金属晶粒41A间的边界会逐渐被渗透并破坏(如图6B所示)，最后，位于最外层的金属晶粒41A会脱离(如图6C所示)，虽然这种加工的速度较快，但是表面较为粗糙。

其次，关于此电解抛光加工的原理，请参阅图7A、图7B及图7C，将电化学加工处理后的待加工金属41的金属晶粒41A改浸在第二工作液体21中(如图7A所示)，由于该第二工作液体21含有水及酸性物质，会形成一黏稠层70(如图7B所示)，此黏稠层70具有一较内侧且黏度较高的内黏稠层71与一较外侧且黏度较低的外黏稠层72，同时，在接近带正电的金属晶粒41A产生氢气，在接近带负电的加工模部52则产生氧气，为一典型的逆电镀反应。

由图7B可看出，该待加工金属41的尖端部41B与该加工模部52间形成一第一距离L1，同时，该待加工金属41的内凹部41C与该加工模部52间形成一第二距离L2，由于该第一距离L1比第二距离L2小，所以通过的电流密度较大，因此，尖端部41B会先被移除(如图7C所示)，借此，虽然移除的速度较慢，但是可以有效的改善表面粗糙度。

本发明的优点及功效可归纳为：

1、加工速度快。本发明巧妙的结合电化学加工与电解抛光两种加工方式，在第一阶段加工步骤中，由于加工速度较快，可以快速的粗加工至大约的尺寸，亦即，概略的形状可以很快的加工出来，故，加工速度快。

2、可改善表面粗糙度。本发明的第二阶段加工步骤中，利用电解抛光加工，配合距离较近者电流密度较大的特点，将较凸出的金属晶粒部分优先移除，所以，等于是有效的改善表面粗糙度。

3、适合对高硬度金属工件进行加工。本发明采用非接触式加工，纵使是具有微结构的高硬度金属工件，也可进行加工。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工装置，其特征在于，包括：

一电化学加工溶液容纳部，是用以提供一第一工作液体，该第一工作液体为含有水及盐类物质的中性溶液；

一电解抛光溶液容纳部，是用以提供一第二工作液体，该第二工作液体为含有水及酸性物质的酸性溶液；

一电源部，具有一正极及一负极；

一待加工金属固定部，用以固定一待加工金属，该待加工金属连接至该正极；

一加工模板组件，具有一微量移动控制部及一具有预定形状的加工模部，该加工模部是连接至该负极；

借此，该待加工金属与该加工模部先浸在该第一工作液体中进行第一阶段加工，之后再浸入该第二工作液体中进行第二阶段加工。

2.根据权利要求1所述的结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工装置，其特征在于：

所述电化学加工溶液容纳部与所述电解抛光溶液容纳部为两个分隔开的贮液槽；

所述第一阶段加工为电化学加工；

所述第二阶段加工为电解抛光加工。

3.根据权利要求1所述的结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工装置，其特征在于：

所述微量移动控制部可控制所述加工模部朝所述待加工金属方向移动，并保持一预定的加工间隙。

4.一种结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工方法，其特征在于，包括下列步骤：

一.准备步骤：准备电化学加工溶液容纳部、一电解抛光溶液容纳部、一电源部、一待加工金属固定部及一加工模板组件；该电化学加工溶液容纳部是用以提供一第一工作液体，该第一工作液体为含有水及盐类物质的中性溶液；该电解抛光溶液容纳部用以提供一第二工作液体，该第二工作液体为含有水及酸性物质的酸性溶液；该电源部是具有一正极及一负极；该待加工金属固定部是用以固定一待加工金属，该待加工金属连接至该正极；该加工模板组件具有一微量移动控制部及一具有预定形状的加工模部，该加工模部是连接至该负极；

二.第一阶段加工步骤：将该待加工金属与该加工模部浸在该第一工作液体中进行第一阶段加工；

三.第二阶段加工步骤：将该待加工金属与该加工模部浸在该第二工作液体中进行第二阶段加工；

四.完成步骤：在该待加工金属表面加工出相对应该加工模部的形状，得到一成品。

5.根据权利要求4所述的结合电化学加工与电解抛光的复合式微加工方法，其特征在于：

所述电化学加工溶液容纳部与所述电解抛光溶液容纳部为两个分隔开的贮液槽；

所述第一阶段加工为电化学加工；

所述第二阶段加工为电解抛光加工；

所述微量移动控制部是可控制所述加工模部朝该待加工金属方向移动，并保持一预定的加工间隙。

Images