CN106424984B - 微细电解加工工具电极制备方法及装置 - Google Patents

微细电解加工工具电极制备方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了本发明提出了一种微细电解加工工具电极制备方法及装置，方法包括：将工具电极放入光敏树脂溶液中浸泡一定时间；将所述工具电极取出，并将所述工具电极表面上的光敏树脂液体薄层固化为绝缘膜；将所述工具电极的工作面一端部分浸入溶解溶液中，浸入的深度为h1，溶解所述工具电极上的绝缘膜；将所述工具电极接阳极，对所述工具电极的工作面进行熔蚀，熔蚀高度为h2，h2>h1。本发明的有益效果是：不但适合于简单形状的工具电极表面的绝缘膜的制备，也适合于复杂三维的工具电极表面的绝缘膜的制备。

Description

微细电解加工工具电极制备方法及装置
技术领域
本发明涉及到微细电解工具电极制备方法，特别是涉及到一种微细电解加工工具电极制备方法及装置。
背景技术
微细电解加工技术由于是以离子的形式对材料进行去除，使得其在微细制造领域具有重要的应用场景，近年来美国、日本和德国等工业发达国家都对微细电解给予了高度的重视。
原理上工具电极在加工过程中无损耗，可以避免机械加工、电火花加工和激光加工后的熔凝层、热影响区和残余应力等缺陷，只要工件阳极为导电材料就可以进行熔蚀加工，与工件材料的强度和硬度等无关。
但是，电解加工过程中工具电极发出的电流场向周围区域散射，使得电解加工的定域性较差，加工后的工件尺寸精度较差。将工具电极的非工作面进行绝缘可以改善电解加工的定域性，但电极工作面发出的电流场由于聚集度不够高、仍然会对周围区域造成较大的散射。因此，如何提高微细电解加工精度仍然是急待解决的问题。
现有的解决方案为：运用CVD等溅射方法制备的绝缘膜，包括由此得到的绝缘墙壁包围工作面的微细电解加工工具电极，其绝缘膜均位于微电极的外表面，对于三维微电极的内表面无法有效制备绝缘膜。
发明内容
本发明的主要目的为提供，一种微细电解加工工具电极制备方法及装置，可以同时用于简单形状和复杂三维微电极表面绝缘膜的制备。
本发明提出了一种微细电解加工工具电极制备方法，包括以下步骤，
将工具电极放入光敏树脂溶液中浸泡一定时间；
将所述工具电极取出，并将所述工具电极表面上的光敏树脂液体薄层固化为绝缘膜；
将所述工具电极的工作面一端部分浸入溶解溶液中，浸入的深度为h1，溶解所述工具电极上的绝缘膜；
将所述工具电极接阳极，对所述工具电极的工作面进行熔蚀，熔蚀高度为h2，h2>h1。
进一步地，所述将工具电极放入光敏树脂溶液中浸泡一定时间步骤，包括，
所述工具电极的非工作面不浸入光敏树脂溶液中。
进一步地，所述将所述工具电极去取出，并将所述工具电极表面上的光敏树脂液体薄层固化为绝缘膜步骤，包括，
将所述工具电极放在紫外灯下照射，直到工具电极表面的光敏树脂液体薄层固化成绝缘膜。
进一步地，所述将所述工具电极的工作面一端部分浸入溶解溶液中，浸入的深度为h1，溶解所述工具电极上的绝缘膜步骤，包括，
所述溶解溶液为丙酮溶液。
进一步地，所述将所述工具电极接阳极，对所述工具电极的工作面进行熔蚀，熔蚀高度为h2，h2>h1步骤，包括，
将一块未绝缘的工具电极材料接阴极，将所述工具电极接阳极，接通电源一段时间对所述工具电极的工作面进行熔蚀。
本发明还提出了一种微细电解加工工具电极制备装置，包括，
镀膜单元，用于将工具电极放入光敏树脂溶液中浸泡一定时间；
固化单元，用于将所述工具电极取出，并将所述工具电极表面上的光敏树脂液体薄层固化为绝缘膜；
褪膜单元，用于将所述工具电极的工作面一端部分浸入溶解溶液中，浸入的深度为h1，溶解所述工具电极上的绝缘膜；
熔蚀单元，用于将所述工具电极接阳极，对所述工具电极的工作面进行熔蚀，熔蚀高度为h2，h2>h1。
进一步地，所述工具电极的非工作面不浸入光敏树脂溶液中。
进一步地，所述固化单元，包括固化模块，用于将所述工具电极放在紫外灯下照射，直到工具电极表面的光敏树脂液体薄层固化成绝缘膜。
进一步地，所述溶解溶液为丙酮溶液。
进一步地，所述熔蚀单元，包括有熔蚀模块，用于将一块未绝缘的工具电极材料接阴极，将所述工具电极接阳极，接通电源一段时间对所述工具电极的工作面进行熔蚀。
本发明的有益效果为：微细电解加工工具电极的工作面外围边界可形成足够高度的绝缘膜墙壁，使得用于微细电解加工时绝缘膜墙壁可以对工具电极的工作面向侧壁方向的电流散射起阻档作用，从而形成高聚集度的电流场，明显增强高度方向的材料熔蚀率，同时明显减小侧壁方向熔蚀率，由此可以运用大电压进行高速高精度电解加工，本方法不但适合于简单形状的工具电极表面的绝缘膜的制备，也适合于复杂三维的工具电极表面的绝缘膜的制备。
附图说明
图1为本发明一实施例一种微细电解加工工具电极制备方法的流程框图；
图2为本发明一实施例一种微细电解加工工具电极制备装置的结构框图；
图3为本发明一实施例一种普通工具电极制备方法实际处理过程简图；
图4为本发明一实施例一种三维的工具电极的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，提出了一种微细电解加工工具电极1制备方法，包括以下步骤，
S1、将工具电极1放入光敏树脂溶液2中浸泡一定时间；
S2、将工具电极1取出，并将工具电极表面上的光敏树脂液体薄层3固化为绝缘膜5；
S3、将工具电极1的工作面6一端部分浸入溶解溶液中，浸入的深度为h1，溶解工具电极1上的绝缘膜5；
S4、将工具电极1接阳极，对工具电极1的工作面6进行熔蚀，熔蚀高度为h2，h2>h1。
如上所述的步骤S1，光敏树脂为用于光固化快速成型的材料，一般称为液态光固化树脂，或称液态光敏树脂。如图3和4所示，具体制作时，工具电极1为通过运用电火花线切割工艺在不锈钢箔上切割出特定几何形状尺寸的工具电极1，或者通过其他工艺加工得到的较为复杂的三维的工具电极1。
通过在光敏树脂溶液2中浸泡，不管是结构比较简单的片状或条状工具电极还是内部开孔的三维的工具电极1，光敏树脂溶液2都可以渗透进去，并在工具电极1表面均匀覆盖一层光敏树脂液体薄层3，并在工具电极1的工作面6熔蚀后，三维的工具电极1内部表面也覆盖有固化好的绝缘膜5，内部表面的绝缘膜5也可以起到对工具电极1的工作面6向侧壁方向的散射起阻档作用，从而形成高聚集度的电流场，明显增强高度方向的材料熔蚀率，同时明显减小侧壁方向熔蚀率，提高工具电极1的高速高精度电解加工。
如上所述的步骤S2，将步骤S1中加工得到的工具电极1浸入光敏树脂溶液2中，浸泡一定时间之后取出，通过离心运动，将工具电极1上多余的光敏树脂甩出，并在工具电极1表面形成一层均匀的光敏树脂液体薄层3。工具电极1的非工作面一端的表面不浸入到光敏树脂溶液2中，其表面可以接电源输入输出端，便于后续的熔蚀加工。
光敏树脂液体薄层3固化过程，具体为将工具电极放在紫外线灯4下照射，直到工具电极表面的光敏树脂液体薄层3固化成绝缘膜5。通过紫外线灯4固化可以提高光敏树脂液体薄层3固化效率和质量。
如上所述的步骤S3，工具电极1的工作面6一端在步骤S2中浸入光敏树脂溶液2中，光敏树脂溶液2固化后会形成一层绝缘膜5包裹在工具电极1的工作面6一端的表面。然后将工具电极1的工作面6一端浸入溶解溶液中，工具电极1浸入在溶解溶液中的深度为h1，溶解溶液会将工具电极1浸入部分的绝缘膜5溶解掉，露出工作面6及其以上h1高度的工具电极1，当工具电极1接入电源时，工具电极1露出的工作面6一端熔蚀。
具体的溶解溶液为丙酮溶液7，丙酮又名二甲基酮，为最简单的饱和酮，是一种无色透明液体，有特殊的辛辣气味。当然，也可以使用其他有机溶剂来溶解光敏树脂溶液2固化形成的绝缘膜5。
如上所述的步骤S4，工具电极1熔蚀时，另外选择一块未绝缘的工具电极1材料接阴极，将工具电极背面制备有绝缘膜5的微细电解加工工具电极1接阳极，接通电源，对工具电极1的工作面6进行熔蚀，通电一定时间，使得工具电极1熔蚀高度h2>h1，工具电极1的工作面6外围边界可形成足够高度的绝缘膜5墙壁，使得用于微细电解加工时绝缘膜5墙壁可以对工具电极1的工作面6向侧壁方向的电流散射起阻档作用，从而形成高聚集度的电流场，明显增强高度方向的材料熔蚀率，同时明显减小侧壁方向熔蚀率。
参照图3，普通工具电极1的具体处理流程：
a、通过电火花加工出工具电极1，可以为普通的工具电极1，也可以是图4所示的三维的工具电极1，图3中的是普通的工具电极1；
b、工具电极1的工作面6一端浸入到光敏树脂溶液2中；
c、工具电极上覆盖一层光敏树脂液体薄层3，将光敏树脂液体薄层3放在紫外线灯4照射固化；
d、工具电极1的工作面6上覆盖一层绝缘膜5；
e、工具电极1的工作面6浸入丙酮溶液7，深度为h1；
f、工具电极1的工作面6一端绝缘膜5溶解，工作面6露出；
g、选择一块未绝缘的304不锈钢材料8接阴极，将工具电极1接电源正极，接通24V直流电源，对工具电极1的工作面6进行熔蚀；
h、通电t时间后，切断电源，工作面6将被熔蚀h2深度，在工具电极1的工作面6周围形成Δh＝h2-h1高度的绝缘膜5墙壁。
本发明的有益效果为：微细电解加工工具电极1的工作面6外围边界可形成足够高度的绝缘膜5墙壁，使得用于微细电解加工时绝缘膜5墙壁可以对工具电极1的工作面6向侧壁方向的电流散射起阻档作用，从而形成高聚集度的电流场，明显增强高度方向的材料熔蚀率，同时明显减小侧壁方向熔蚀率，由此可以运用大电压进行高速高精度电解加工，本方法不但适合于简单形状的工具电极1的绝缘膜5的制备，也适合于复杂三维的工具电极1表面的绝缘膜5的制备。
本发明还提出了一种细微电解加工工具电极制备装置，包括，
镀膜单元9，用于将工具电极1放入光敏树脂溶液2中浸泡一定时间
固化单元10，用于将工具电极1取出，并将工具电极1表面上的光敏树脂液体薄层3固化为绝缘膜5；
褪膜单元11，用于将工具电极1的工作面6一端部分浸入溶解溶液中，浸入的深度为h1，溶解工具电极1上的绝缘膜5；
熔蚀单元12，用于将工具电极1接阳极，对工具电极1的工作面6进行熔蚀，熔蚀高度为h2，h2>h1。
光敏树脂为用于光固化快速成型的材料，一般称为液态光固化树脂，或称液态光敏树脂。具体制作时，工具电极1为通过运用电火花线切割工艺在不锈钢箔上切割出特定几何形状尺寸的工具电极1，或者通过其他工艺加工得到的较为复杂的三维的工具电极1。
通过在光敏树脂溶液2中浸泡，不管是结构比较简单的片状或条状工具电极1还是内部开孔的三维的工具电极1，光敏树脂溶液2都可以渗透进去，并在工具电极1表面均匀覆盖一层光敏树脂液体薄层3，并在工具电极1的工作面6熔蚀后，三维的工具电极1内部表面也覆盖有固化好的绝缘膜5，内部表面的绝缘膜5也可以起到对工具电极1的工作面6向侧壁方向的散射起阻档作用，从而形成高聚集度的电流场，明显增强高度方向的材料熔蚀率，同时明显减小侧壁方向熔蚀率，提高工具电极1的高速高精度电解加工。
将上面加工得到的工具电极1浸入光敏树脂溶液2中，浸泡一定时间之后取出，通过离心运动，将工具电极1上多余的光敏树脂甩出，并在工具电极1外表面形成一层均匀的光敏树脂液体薄层3。工具电极1的非工作面一端的表面不浸入到光敏树脂溶液2中，其表面可以接电源输入输出端，便于后续的熔蚀加工。
固化单元10包括固化模块101，固化模块101固化光敏树脂液体薄层3的过程，具体为将工具电极1放在紫外线灯4下照射，直到工具电极1表面的光敏树脂液体薄层3固化成绝缘膜5。通过紫外线灯4固化可以提高光敏树脂液体薄层3固化效率和质量。
褪膜单元11，工具电极1的加工面一端浸入光敏树脂溶液2中，光敏树脂溶液2固化后会形成一层绝缘膜5包裹在工具电极1的工作面6一端的表面。然后将工具电极1的工作面6一端浸入溶解溶液中，工具电极1浸入在溶解溶液中的深度为h1，溶解溶液会将工具电极1浸入部分的绝缘膜5溶解掉，露出工作面6及其以上h1高度的工具电极1，当工具电极1接入电源时，工具电极1露出的工作面6一端熔蚀。
具体的溶解溶液为丙酮溶液7，丙酮又名二甲基酮，为最简单的饱和酮，是一种无色透明液体，有特殊的辛辣气味。当然，也可以使用其他有机溶剂来溶解光敏树脂溶液2固化形成的绝缘膜5。
熔蚀单元12包括熔蚀模块121，工具电极1熔蚀时，另外选择一块未绝缘的工具电极1材料接阴极，将工具电极1背面制备有绝缘膜5的微细电解加工工具电极1接阳极，接通电源，对工具电极1的工作面6进行熔蚀，通电一定时间，使得工具电极1熔蚀高度h2>h1，工具电极1的工作面6外围边界可形成Δh高度的绝缘膜5墙壁，其中Δh＝h2-h1，且h2>h1，使得用于微细电解加工时绝缘膜5墙壁可以对工具电极1的工作面6向侧壁方向的电流散射起阻档作用，从而形成高聚集度的电流场，明显增强高度方向的材料熔蚀率，同时明显减小侧壁方向熔蚀率。
微细电解加工工具电极1的工作面6外围边界可形成足够高度的绝缘膜5墙壁，使得用于微细电解加工时绝缘膜5墙壁可以对工具电极1的工作面6向侧壁方向的电流散射起阻档作用，从而形成高聚集度的电流场，明显增强高度方向的材料熔蚀率，同时明显减小侧壁方向熔蚀率，由此可以运用大电压进行高速高精度电解加工，本系统不但适合于简单形状的工具电极1表面的绝缘膜5的制备，也适合于复杂三维的工具电极1表面的绝缘膜5的制备。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种微细电解加工工具电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
将工具电极放入光敏树脂溶液中浸泡一定时间；
将所述工具电极取出，通过离心运动，将所述工具电极上多余的光敏树脂甩出，在所述工具电极表面形成一层均匀的光敏树脂液体薄层，并将所述工具电极放在紫外灯下照射，直到工具电极表面的光敏树脂液体薄层固化成绝缘膜；
将所述工具电极的工作面一端部分浸入溶解溶液中，浸入的深度为h1，溶解所述工具电极上的绝缘膜；
将所述工具电极接阳极，对所述工具电极的工作面进行熔蚀，熔蚀高度为h2，h2>h1。
2.如权利要求1所述的微细电解加工工具电极制备方法，其特征在于，所述将工具电极放入光敏树脂溶液中浸泡一定时间步骤，包括，
所述工具电极的非工作面不浸入光敏树脂溶液中。
3.如权利要求1所述的微细电解加工工具电极制备方法，其特征在于，所述将所述工具电极的工作面一端部分浸入溶解溶液中，浸入的深度为h1，溶解所述工具电极上的绝缘膜步骤，包括，
所述溶解溶液为丙酮溶液。
4.如权利要求1所述的微细电解加工工具电极制备方法，其特征在于，所述将所述工具电极接阳极，对所述工具电极的工作面进行熔蚀，熔蚀高度为h2，h2>h1步骤，包括，
将一块未绝缘的工具电极材料接阴极，将所述工具电极接阳极，接通电源一段时间对所述工具电极的工作面进行熔蚀。
5.一种微细电解加工工具电极制备装置，其特征在于，包括，
镀膜单元，用于将工具电极放入光敏树脂溶液中浸泡一定时间；
固化单元，用于将所述工具电极取出，通过离心运动，将所述工具电极上多余的光敏树脂甩出，在所述工具电极表面形成一层均匀的光敏树脂液体薄层，并将所述工具电极放在紫外灯下照射，直到工具电极表面的光敏树脂液体薄层固化成绝缘膜；
褪膜单元，用于将所述工具电极的工作面一端部分浸入溶解溶液中，浸入的深度为h1，溶解所述工具电极上的绝缘膜；
熔蚀单元，用于将所述工具电极接阳极，对所述工具电极的工作面进行熔蚀，熔蚀高度为h2，h2>h1。
6.如权利要求5所述的微细电解加工工具电极制备装置，其特征在于，所述工具电极的非工作面不浸入光敏树脂溶液中。
7.如权利要求5所述的微细电解加工工具电极制备装置，其特征在于，所述溶解溶液为丙酮溶液。
8.如权利要求5所述的微细电解加工工具电极制备装置，其特征在于，所述熔蚀单元，包括有熔蚀模块，用于将一块未绝缘的工具电极材料接阴极，将所述工具电极接阳极，接通电源一段时间对所述工具电极的工作面进行熔蚀。
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