CN106041235A - 随动式辅助阳极电解线切割加工系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种随动式辅助阳极电解线切割加工系统及方法，属于电解加工技术领域。包括工件阳极（6）、辅助阳极（5）、电子负载（8）、工具电极丝（3）、加工电源（7）；辅助阳极（5）与工具电极丝（3）位置相对固定，与其随动；所述加工电源（7）正极同时与辅助阳极（5）和电子负载（8）的一端相连，负极与电极丝（3）相连，电子负载（8）的另一端与工件阳极（6）相连。在加工过程中，辅助阳极的电位高于工件的电位。在工件上下表面非加工区，工具电极的电势绝大部分被辅助阳极吸引，因此工件阳极上下表面非加工区的杂散腐蚀被抑制。

Description

随动式辅助阳极电解线切割加工系统及方法
所属技术领域
本发明的随动式辅助阳极电解线切割加工系统及方法，属于电解加工技术领域。
背景技术
随着微机电系统（MEMS）器件在航空航天、医疗卫生、生物工程、环境检测、计算机技术、微电子技术及微型传感器等领域的应用越来越广泛。作为MEMS器件加工技术支撑的微细加工技术也日益成为国内外学者的研究热点之一。
例如X射线光栅微分相位成像光栅中大面积、高深宽比、高Z元素重金属光栅与集成电路引线框架冲压硬质合金级进模等的微缝状阵列结构是MEMS产品中的常见结构，这类结构一般由宽度为几微米至数百微米的微缝按照一定的规律排列。阵列微缝结构由于数量多，对加工的精度和表面质量要求高，并且为满足使用要求，需采用特殊的材料，例如高Z元素重金属、钛合金、硬质合金等，这些材料多为难加工材料，上述加工特点对现有加工技术提出了很大的挑战。
微细电解线切割是利用微米尺度金属丝作为工具电极，基于电化学阳极溶解原理实现材料去除的的加工技术。其具有电化学加工技术的无工具损耗、加工表面无应力、无变质层、属于非接触式加工，不受加工材料强度和硬度的限制等优点。因此，利用数微米金属丝作为工具电极，小脉冲电源进行电解加工，可以实现微小缝宽的加工需求。多线微细电解线切割加工技术是利用多根以并联形式与脉冲电源连接的固定间距的金属丝作为工具电极进行电解线切割加工的加工技术。多线微细电解线切割加工技术可以有效提高电解线切割加工的加工效率，特别适合微缝阵列的加工成形。
电解线切割加工技术按照加工过程中电解液供给形式可以分为浸没式电解线切割加工技术和冲液式电解线切割加工技术两类。在浸没式电解线切割加工技术加工过程中，工件始终浸没在电解液中，加工过程中产生的加工产物逐渐积累在加工区附近，无法实现有效排除，因此加工区存在杂散腐蚀等问题，影响电解线切割的加工精度。冲液式电解线切割加工技术采用同轴冲液来排除加工间隙内的加工产物，补充新鲜电解液。同轴冲液较浸没式的优点在于，由于工件下表面一般不会滞留电解液。但是工件上表面仍然有可能产生杂散腐蚀，影响电解线切割的加工精度。
目前，加工过程中的杂散腐蚀问题成为影响电解线切割加工精度的因素之一，为提高电解线切割加工的加工精度，需要提出一种减小杂散腐蚀的加工方法。
发明内容
本发明旨在抑制电解线切割加工中工件表面的杂散腐蚀现象，提高电解线切割加工技术的加工精度，提出一种工艺简单，实用性强的随动式辅助阳极电解线切割加工系统及方法。
一种随动式辅助阳极电解线切割系统, 其特征在于：包括工件阳极、辅助阳极、电子负载、工具电极丝、加工电源、电解液供液系统；所述辅助阳极不溶于所用电解液；所述辅助阳极位于电解线切割加工零件加工区附近；并且辅助阳极与工具电极丝位置相对固定，与其随动；工具电极丝穿过辅助阳极上的电极丝孔、穿过工件阳极的加工区；所述加工电源正极同时与辅助阳极和电子负载的一端相连，负极与电极丝相连，电子负载的另一端与工件阳极相连。
其实施过程如下：通入电解液，设定电子负载的恒压工作模式调节辅助阳极与工件阳极之间的电压差，开启电源，通过电子负载实现电压调节，辅助阳极的电位高于工件阳极的加工电位，进行电解线切割加工；其中辅助阳极与电极丝随动；其中上述辅助阳极施加高于电解线切割工作电压的电势，在加工过程中，在工件上下表面非加工区，工具电极的电势绝大部分被辅助阳极吸引，因此工件阳极上下表面非加工区的杂散腐蚀被抑制。
本发明具有以下优点：
1、采用本方法在电解线切割加工零件加工区附近增加与工具电极丝随动的不溶性辅助阳极，并且施加高于电解线切割工作电压的电势，可以有效抑制工件加工区附近非加工区的杂散腐蚀现象，获得更高质量的加工精度。在电解线切割加工加工区电场中，电流线始于高电位止于低电位，金属材料的电化学溶解首先发生于高电位电极。在加工过程中，辅助阳极的电位高于工件的电位。在工件上下表面非加工区，工具电极的电势绝大部分被辅助阳极吸引，因此工件阳极上下表面非加工区的杂散腐蚀被抑制，因而可以有效提高电解线切割加工技术的加工质量。
2、上述辅助阳极可采用铂或钯等惰性金属。铂或钯，电化学稳定性高，不溶于常见电解加工用电解液，理论上不会损耗，可以无限重复使用。
3、上述辅助阳极电解线切割加工，其工具电极可为单丝结构或多丝结构。单丝电解线切割结构简单，制作方便，应用广泛，是最为常见的电解线切割加工形式；多丝结构适用于周期性或准周期性重复结构工件的加工制备，可以数倍提高电解线切割加工的加工效率，充分发挥电解线切割加工的技术优势。
4、上述辅助阳极电解线切割加工，其电解液供给方式可为浸液式或冲液式。浸液式电解液供给系统适用于结构简单、尺度较小、加工区电解液更新循环方便的结构件加工；在此类系统中，上述工件阳极加工区附近上、下表面均需要安装辅助阳极进行加工。冲液式电解液供给系统适用于结构复杂、尺度较大、加工区电解液更新循环困难的结构件加工；在此类系统中，只需在上述工件阳极加工区上表面安装辅助阳极进行加工即可。
5、上述辅助阳极电解线切割加工，在冲液式电解线切割加工系统中，其装夹方式可为：所述电解液分配腔的下壁面具有电解液分配孔，电解液分配腔下方具有与所述电解液分配孔对接的绝缘喷管；所述辅助阳极紧密贴合于绝缘喷管的下半截，一直覆盖至绝缘喷管的喷管出口边缘。所述工具电极丝第一端与电解液分配腔上壁面固定，第二端依次穿过电解液分配孔、绝缘喷管及辅助阳极组合体、工件阳极。所述电解液分配腔及工具电极丝第二端固定于夹具。在加工过程中，电解液从电解液供给腔中的电解液分配孔中流出，在压力的作用下沿着绝缘喷嘴与电极丝高速冲击工件加工区，以保证电解产物的排除与电解液的有效更新，提高了加工的稳定性。
6、上述辅助阳极可通过喷涂或镶嵌方法贴合于绝缘喷管外表面、集成为一体，结构简单、安装固定更加方便。与其他常见辅助阳极施加方式相比，在加工过程中，辅助阳极随着工件加工位置不断移动，具有更强的灵活性。
附图说明
图1 电解线切割工件杂散腐蚀示意图；
图2 不采用辅助阳极电解线切割电流线分布图；
图3 冲液式辅助阳极多线（微细）电解线切割加工装置示意图；
图4 浸没式辅助阳极多线（微细）电解线切割加工装置示意图；
图5 采用辅助阳极多线（微细）电解线切割电流线分布图。
图中标号名称：1、电解液分配腔，2、固定螺钉，3、工具电极丝，4、绝缘喷嘴，5、辅助阳极，6、工件阳极，7、加工电源，8、电子负载，9、杂散腐蚀圆角。
具体实施方式
图1中，由于杂散腐蚀的存在，切缝存在杂散腐蚀圆角问题，影响加工精度。
图3、图4所示的随动式辅助阳极多线（微细）电解线切割加工装置示意图中，辅助阳极（5）与绝缘喷嘴（4）集成为一体，加工过程中辅助阳极（5）与加工位置随动。
结合图3、图4说明本发明的实施过程：
步骤1、制备与工具电极丝随动的辅助阳极5；
步骤2、依次将工件阳极6、工具电极丝3、辅助阳极5固定在夹具上，辅助阳极5与工具电极丝3随动，定位，夹紧；
步骤3、加工电源7正极同时与辅助阳极5和电子负载8的一端相连，加工电源7负极与电极丝3相连，电子负载8的另一端与加工工件6相连；
步骤4、通入电解液，设定电子负载8的恒压工作模式实现压降，开启加工电源7，进行辅助阳极多线微细电解线切割加工；
步骤5、分离、清洗工件阳极6、辅助阳极5，更换工具电极丝3。

Claims (9)

1.一种随动式辅助阳极电解线切割系统, 其特征在于：
包括工件阳极（6）、辅助阳极（5）、电子负载（8）、工具电极丝（3）、加工电源（7）、电解液供液系统；
所述辅助阳极（5）不溶于所用电解液；
所述辅助阳极（5）位于电解线切割加工零件加工区附近；并且辅助阳极（5）与工具电极丝（3）位置相对固定，与其随动；工具电极丝（3）穿过辅助阳极（5）上的电极丝孔（10）、穿过工件阳极（6）的加工区；
所述加工电源（7）正极同时与辅助阳极（5）及电子负载（8）的一端相连，负极与电极丝（3）相连，电子负载（8）的另一端与工件阳极（6）相连。
2.根据权利要求1所述的随动式辅助阳极电解线切割系统, 其特征在于： 上述辅助阳极（5）为具有电化学惰性、不溶于常见电解加工用电解液的惰性金属。
3.根据权利要求2所述的随动式辅助阳极电解线切割系统, 其特征在于：上述惰性金属为铂或钯。
4.根据权利要求1所述的随动式辅助阳极电解线切割系统, 其特征在于：所述的工具电极丝（3）为单丝结构或多丝结构。
5.根据权利要求1所述的随动式辅助阳极电解线切割系统, 其特征在于：上述电解液供液系统为浸液式；上述工件阳极（6）加工区附近上、下表面均具有所述辅助阳极（5）。
6.根据权利要求1所述的随动式辅助阳极电解线切割系统, 其特征在于：上述电解液供液系统为冲液式；所述辅助阳极（5）位于工件阳极（6）上表面加工区附近。
7.根据权利要求6所述的随动式辅助阳极电解线切割系统, 其特征在于：
所述的冲液式电解液供液系统包括电解液分配腔（1）；所述电解液分配腔（1）的下壁面具有电解液分配孔（10），电解液分配腔（1）下方具有与所述电解液分配孔（10）对接的绝缘喷管（4）；所述辅助阳极（5）紧密贴合于绝缘喷管（4）的下半截，一直覆盖至绝缘喷管（4）的喷管出口边缘；
所述工具电极丝（3）第一端与电解液分配腔（1）上壁面固定，第二端依次穿过电解液分配孔（10）、绝缘喷管（4）及辅助阳极（5）组合体、工件阳极（6）；
所述电解液分配腔（1）及工具电极丝（3）固定于夹具。
8.根据权利要求7所述的随动式辅助阳极电解线切割系统, 其特征在于：上述辅助阳极（5）通过喷涂或镶嵌方法贴合于绝缘喷管（4）外表面。
9.根据权利要求1所述随动式辅助阳极电解线切割系统的工作方法,其特征在于包括以下过程：
通入电解液，设定电子负载（8）的恒压工作模式调节辅助阳极（5）与工件阳极（6）之间的电压差，开启电源（7），通过电子负载（8）实现电压调节，辅助阳极（5）的电位高于工件阳极（6）的加工电位，进行电解线切割加工；其中辅助阳极（5）与电极丝（3）随动；
其中上述辅助阳极（5）施加高于电解线切割工作电压的电势，在加工过程中，在工件上下表面非加工区，工具电极的电势绝大部分被辅助阳极吸引，因此工件阳极上下表面非加工区的杂散腐蚀被抑制。
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