CN109865905B

CN109865905B - 电解加工装置

Info

Publication number: CN109865905B
Application number: CN201711249900.XA
Authority: CN
Inventors: 蔡永芳; 郑嘉纬
Original assignee: Intai Technology Corp
Current assignee: Intai Technology Corp
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2037-12-01
Also published as: US20190168325A1; CN109865905A; US10864586B2

Abstract

本发明揭示一种电解加工装置，其包含多个电极件、一导引件、一板件以及一带动件。这些电极件环绕包围于一加工物的周侧。导引件用以限位并导引各电极件移动。板件用以对各电极件施加压力。带动件用以带动加工物转动。其中板件接触各电极件，对各电极件施予一平行各电极件的一中心轴或偏离各电极件的中心轴的力，令各电极件通过导引件，对转动的加工物进行电解加工，且各电极件的一电解加工方向垂直、斜向或平行于加工物。借此，多个电极件同时可对加工物形成多位置、多角度及多维度的电解加工，并可大幅增加加工效率。

Description

电解加工装置

技术领域

本发明是关于一种电解加工装置；更特别言之，是关于一种可进行多位置、多角度及多维度加工的电解加工装置。

背景技术

现今对大面积且精密度高的加工工艺的需求已日益殷切。举例而言，如半导体电子器件工业、光学工程、生医科技、航空工业及汽车工业等，皆需精密度较高的器件。

传统器械加工如车床或铣床，是通常以物理方式将不需要的部分于一物件表面移除，借此形成所需形状。但，由于其仅能单点加工，且受限于其作动机制及设备先天限制，其所形成的形状无法具平滑边缘及复杂曲度；且因磨擦产生的高热往往对物件造成破坏。再者，加工物硬度往往极高，令加工过程非常耗时，且其亦无法形成具微米或纳米尺寸的形状，因此已无法满足如前述高精密度工业的需求。

基于前述，能同时进行精密及大面积的加工技术也相应蓬勃发展。电解加工(Electrochemical Machining，ECM)为精密加工技术的一种，其加工过程如图1所绘示。于图1中，电极件102被带动往加工物101靠近，但不接触加工物101。此时，以电极件102为阴极(Cathode)，而加工物101为阳极(Anode)，而二极与加工物101间则充满电解液103(Electrolyte)。当施以一偏压后，电流经电解液103而流通至正、负极。基于电化学作用，阳极的加工物101产生化学变化，并释放出电子及离子而形成金属-氢氧化物，从而令加工物101的材料逐渐被移除。上述现象发生于电解液103中。随着电极件102依循一定路径持续作动，电解作用不断形成于加工物101表面，加工物101的材料亦持续被移除，最终于加工物101上形成所需的形状。

上述电解加工的特点，在于：(a)适合用于已知难以加工的超高硬度材料，只要加工物101为导电材料，无论任何硬度皆可加工。(b)电极未直接与加工物101接触，因此可使用易于加工成形的材质制造，对使用工具材质选择的要求不高。(c)加工过程产生极少热量，于加工物101表面不会有应力残留及高温变质等问题。(d)适合处理具有复杂轮廓和形状的加工物101。

上述使用电解加工固然可提供较纯机械式物理加工更多的优点；然而，受限于其电极的设置型态，仍无法处理具高度复杂曲面的产品。举例而言，于航空工业或汽车工业中，基于空气力学效应及安全性考量，于机身或车身上所形成的扰流叶片的曲度往往相当复杂而具不同角度，且对精密度要求相当高；而透过上述传统电解加工方式，其电极的角度受到限制，因而无法同时形成其所需的复杂曲度。再者，已知电极配置型态往往耗费高工时，导致加工效率低落。

基于此，开发能简易应用于高度复杂曲面，且具有高加工效率的电解加工装置仍有必要。

发明内容

本发明是提供一种可同时进行多维度加工的电解加工装置，尤特别适用于具有高度复杂曲面的产品。电解加工装置包含多个可各自独立运动的电极件，且各电极件包含可自由运动的一自由端及用以进行电解加工的一导电端。当板件下压施力于各电极件时，通过各电极件的自由端，得以令板件的施力方向平行电极件的中心轴或偏离电极件的中心轴。借此，通过导引件对多个电极件限位，并导引多个电极件移动，以对加工物同时形成多位置、多角度的复杂电解加工。并且，多个电极件环绕包围加工物于其内，再配合加工物转动，可同时对加工物的上、下以及周侧等各表面进行加工。借此，可形成多维度的电解加工方向，不仅大幅增进加工效率，亦提高加工精度。

于一实施例中，本发明揭示一种电解加工装置，其是用以形成多维度加工，包含多个电极件、一导引件、一板件、一带动件以及一供电系统。这些电极件环绕包围于一加工物的周侧。导引件限位并导引各电极件移动。板件对各电极件施加压力。带动件带动加工物转动。其中板件接触各电极件，对各电极件施予一平行各电极件的中心轴或偏离各电极件的中心轴的力，透过供电系统提供负电至各电极件及沿一特定提供正电至加工物，令各电极件通过导引件，对转动的加工物进行电解加工，各电极件的一电解加工方向垂直、斜向或平行于加工物，各电极件具刚性且包含一自由端以及一导电端，且板件可包含一环绕的侧壁，并以侧壁的内表面或外表面对各电极件的自由端施加压力。

上述电解加工装置中，导引件包含一导引槽，各电极件穿设于导引槽。

上述电解加工装置中，带动件可为一马达，并透过一转轴带动加工物转动。于可能的实施例中，特定供电路径为沿转轴并以一可旋转地接触手段达成导电通连。前述接触手段可以是在转轴上安装磨擦接触导电方式或可旋转卷收释放导线方式。

附图说明

图1是绘示一已知电解加工过程示意图；

图2是绘示依据本发明的一实施例的电解加工装置立体示意图；

图3是绘示图2的电解加工装置中，形成电解加工的相关结构示意图；

图4是绘示图3的部分结构示意图；

图5是为图4的侧剖视图；

图6是绘示本发明中，多个电极件的一排列方式示意图；

图7是绘示图6的电极件间设置挡块的示意图；

图8是绘示形成多位置、多角度的电解加工的结构示意图；

图9是绘示形成多位置、多角度的电解加工的另一结构示意图；

图10是绘示本发明中，使用多个电极件达到多维度电解加工的示意图；

图11是绘示图2的电解加工装置中，部分结构的立体示意图；

图12是绘示图2的电解加工装置中，部分结构的侧视图；

图13是绘示图2的电解加工装置的侧视图；

图14是绘示图13中，沿14-14方向的剖视图；

图15是绘示图13中，沿15-15方向的剖视图；

图16是绘示图15中，沿16-16方向的剖视图；

图17是绘示本发明中，特定供电路径的一实施例的剖面图；

图18是绘示对应图17中的特定供电路径的立体剖视图；以及

图19是绘示沿特定供电路径以接触摩擦导电方式供电至加工物的示意图。

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的多个实施例。为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施例中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图及着重于本案主要技术特征，一些已知惯用、非必要的结构与元件，将在附图中以简单示意的方式绘示或省略。

以下先说明运用本发明所揭示的电解加工装置如何形成多位置、多角度的电解加工；续再说明如何加以扩展而形成多维度的电解加工，以及为达到多维度加工而使用的特殊供电系统结构。

请一并参照图2、图3、图4及图5，图2是绘示依据本发明的一实施例的电解加工装置立体示意图；图3是绘示图2的电解加工装置中，形成电解加工的相关结构示意图；图4是绘示图3的部分结构示意图；图5是为图4的侧剖视图。

图2中，可略知本发明中，电解加工装置大致可包含区域A、区域B及区域C。大致而言，形成电解加工的相关结构位于区域A中。

形成电解加工的相关结构基本包含一板件201、二电极件202、一导引件203以及一压力箱体305。于一例中，板件201是呈板状以便提供均匀的压力。另可设置一载台302供设置前述元件。电极件202数量并不限于二，此将于后续实施例中详述之。

二电极件202为刚性，且各自包含一导电端202b及一自由端202a，并间隔一距离，以及相夹一角度θ。于此实施例中，角度θ为0度，因而二电极件202为平行。角度θ可自由变换以达到更复杂的加工效果，于后续实施例将另述之。

导引件203上形成二导引槽203a，分别供二电极件202穿设。导引槽203a提供足够的活动空间，以便限位并导引二电极件202延预设路径移动。同时，二电极件202亦可于导引槽203a中形成多角度变化。

压力箱体305供容置导引件203，其提供一压力至流动于电极件202及加工物301间的电解液(未图示)。

为增加二电极件202于加工时稳定度，可各别于二电极件202两侧设置二定位件205。于一例中，二定位件205抵靠二电极件202的侧壁，以便防止二电极件202于加工时的自转。

另外，为达到重复加工的功能，二电极件202分别穿设有二弹性件206，其各别设置于各电极件202的自由端202a与导引槽203a之间，是用以提供一弹性恢复力于二电极件202，以便令二电极件202得以回复至初始位置。

续说明上述形成电解加工的结构如何运作。初始，一加工物301被置放于压力箱体305内。电解加工需电解液以便产生电化学反应。一般电解液会填入于压力箱体305内，或亦有由电极件202填入者，而令电解液充满于电极件202及加工物301间。于电极件202上设置一通道，且通道连接设置于电极件202的自由端202a的出口管路403。压力箱体305为封闭无其余路径供电解液流出。据此，电解液先以压力P1流入压力箱体305，续流经电极件202上设置的通道，再由出口管路403流出。此时，赋予出口管路403的端点一回向压力(backpressure)P2。前述称之为回流。已知电解加工是单向将电解液流于加工物表面而无此回流结构，故其电解液是不均地流动于加工物表面。本发明此种回流结构可确保电解液均匀流通于加工物表面，对加工精度有大幅提升。

此时，可续行后续电解加工程序。使用一压板303对板件201施予一向下的压力，板件201推动二电极件202以便令二电极件202接近加工物301，但不接触加工物301，而与加工物301间保持一定间隙。另并于压板303四角落平均装有防水罩导柱304。二电极件202通电后，加工物301表面产生电化学变化而产生如金属-氢氧化物的物质，而令加工物301表面材料逐渐被移除，形成所需形状。自加工物301表面被移除的材料则可被储存至一回流桶内。电解加工的速度则可使用一电脑数值控制工具机(CNC)控制之。

二电极件202的自由端202a于初始时是可自由地活动而不接触板件201。当板件201受压板303下压时，将逐渐靠近并接触自由端202a。于一例中，自由端202a的表面是呈弧状。因此，当板件201接触自由端202a时，是接触自由端202a表面上的一点，而对自由端202a施予压力。基于自由端202a的弧状表面，所施加的压力将具有不同施力方向。举例而言，板件201对自由端202a的施力方向可能平行于电极件202的中心轴S或偏离电极件202的中心轴S。借此，当板件201垂直下压时，可令二电极件202各自产生多个角度的变化。再详述之，由于电极件202本身具刚性，因此当电极件202的自由端202a受到压力时，将同时带动电极件202的导电端202b。电极件202的导电端202b是穿过导引件203的导引槽203a。导引件203另可装设于一载台302上，再透过导引件203的限位及导引，带动二电极件202延预设路径移动，而可持续于加工物301表面形成电解反应，以形成加工物301表面最终的形状301a。移动路径可因应实际状况而改变，且二电极件202可分别具有不同移动路径，以便达到复杂加工，此将于后详述之。

上述的电解加工装置运作过程中，当单独使用一电极件202时，基于自由端202a的弧状表面，于受压时可形成多角度的变化。于更复杂的状况中，当使用多个电极件202时，各电极件202的设置方式可再加以变化。

请续参照图6及图7。图6是绘示本发明中，多个电极件202的一排列方式示意图；图7是绘示图6的电极件202间设置挡块的示意图。

于前已述及，二电极件202之间形成有一距离，且可相夹角度θ。角度θ的范围可由0°至180°。于前述图2～图5的实施例中，二电极件202相夹角度为0°，故二电极件202是平行排列。于图6中，二电极件202的夹角大于90°且小于180°。透过上述角度θ的变化，再结合各自电极件202本身的多角度变化，使得更复杂曲面的加工成为可能。于图7中，于板件201上可设置一挡块204，其是用以令板件201的施力平均于各电极件202。

更需提及的是，当二电极件202互相平行排列时，板件201对各电极件202施力方向可平行于各电极件202的中心轴S或偏离各电极件202的中心轴S，借此令各电极件202的各导电端202b各自形成复杂角度变化。当二电极件202互相不平行排列时，电极件202的各导电端202b则可形成更为复杂的角度变化。借此，当同时使用二电极件202进行电解加工时，可于加工物301表面同时形成多位置及多角度的加工，令更复杂曲面加工成为可能，并可增加工作效率。前述板件201亦可透过具类似功能的装置为之，例如使用一传动装置，将电极件202的自由端202a连接一线性滑轨，下压时，通过线性滑轨带动电极件202形成多角度变化。

将上述电极202的数量加以扩展，将得以获致更为复杂、效率更高的电解加工。

请续参照图8及图9。图8是绘示形成多位置、多角度的电解加工的结构示意图；图9是绘示形成多位置、多角度的电解加工的另一结构示意图。

图8中，电解加工装置200于导引件203形成多个导引槽203a，并同时于各导引槽203a穿设了多个电极件202，令各电极件202可于各导引槽203a内移动。各导引槽203a可形成不同角度的移动路径，以导引各电极件202的导电端202b形成不同角度。板件201包含环绕的侧壁，其内表面201a可于板件201向下移动时接触电极件202的自由端202a。借此，板件201延单一轴向(向下)下压时，可以侧壁内表面201a对各电极件202的自由端202a施加压力，进而带动导电端202b移动以便对加工物加工。由于各导电端202b角度皆不同，因此可于加工物表面同时形成多位置、多角度加工，可形成高度复杂曲面，并提高加工效率。

图9中，板件201结构与前述图8中的板件201结构有所差异。图9中，板件201是以其侧壁的外表面201b推动各电极件202的自由端202a，借此形成更多样的角度变化，可再增加电解加工的应用范围。综合前述实施例，各电极件202的电解加工方向，可因应实际状况需求而被控制垂直、斜向或平行于加工物。

前述实施例说明如何以多个电极件202，同时形成多位置、多角度的电解加工。于后续实施例，说明如何将前述实施例加以扩展，进而更能形成多维度的电解加工。

请续参照图10至图16，图10是绘示本发明中，使用多个电极件达到多维度电解加工的示意图；图11是绘示图2的电解加工装置中，部分结构的立体示意图；图12是绘示图2的电解加工装置中，部分结构的侧视图；图13是绘示图2的电解加工装置的侧视图；图14是绘示图13中，沿14-14方向的剖视图；图15是绘示图13中，沿15-15方向的剖视图；图16是绘示图15中，沿16-16方向的剖视图。

前述的多个电极件202，大致基本位于加工物501的同侧(例如上方)，以便同时对加工物501的上表面进行多位置、多角度的电解加工。然而，真正产品所需的几何型态往往更为复杂，其所需的复杂曲面有可能需呈现于加工物501的各侧表面。基于此，本发明一实施例中，设置多个电极件502环绕包围加工物501，以便对加工物501的各侧表面同时进行电解加工。例如，于图10及图11中，形成电解加工的结构同时横跨于区域A及区域B内，将多个电极件502同时设置于加工物501的上、下侧，以便同时对加工物501上、下表面进行电解加工(为方便说明起见，此省略如前述实施例中的导引件203、板件201及其余组件，需知实际上仍需存在有类似于导引件203、板件201等组件)。

同时，加工物501可被一带动件503带动而开始转动。于一实施例中，请参照第11、12及16图，于电解加工装置的区域C中，带动件503(可为一马达)连接一转轴504。转轴504为带动件503带动而转动，并横跨区域C、区域B而至区域A中，并连接带动区域A中的加工物501转动。借此，可进行大面积、多位置的电解加工。

本发明中，为达到多维度加工，使用了多个电极件502环绕并包围加工物501，并且，为使此种电极件502的配置可正常运作，其供电系统亦需特别设置。于加工物501上侧的电极件502，与设置于加工物501下侧的电极件502，于结构上类似但略有差异。位于加工物501下侧的电极件502，其长度较长，并由区域A延伸至电解加工装置的区域B。于区域A及区域B内，则设置有对应加工物501及其上、下方的电极件502的供电系统，其具有特定供电路径，以便对应加工物501及电极件502的特殊配置结构。于可能的实施例中，特定供电路径为沿转轴并以一可旋转地接触手段达成导电通连。前述接触手段可以是在转轴上安装磨擦接触导电方式或可旋转卷收释放导线方式。

特定供电路径的可能实施例请参照图17至图19。图17是绘示本发明中，特定供电路径的一实施例的剖面图；图18是绘示对应图17中的特定供电路径的立体剖视图；图19是绘示沿特定供电路径以摩擦接触导电方式供电至加工物501的示意图。于前已述及电解加工基本原理，并请一并配合参照图10，可以理解电极件502是作为阴极(Cathode)而带负电，而加工物501是作为阳极(Anode)而带正电，借以形成电解作用。本发明中，供电系统是沿特定供电路径提供正电至加工物501，其具特殊配置的结构，而提供负电至电极件502的结构则可以任何可能的型态实施(例如：电缆线)。因此，后续的说明，将聚焦于如何供电至加工物501。再者，为便于说明，于图17至图19中将省略加工物501的绘示。首先，透过导电板505将外部电源引入。导电板505的数量可视实际使用状况而定。可使用多片导电板505相互连接延伸。接续，通过导电板505的电将通过导电件506以及导电件507。由于电解加工装置的部分组件是可能为导电材质所制作(例如：金属材质)；基于避免部件相互接触而短路，进而导致无法正常作动的问题，诸多部件必须形成绝缘以隔绝电通过。因此，当电通过导电件506以及导电件507后，是透过导件带508传导至一特殊结构的导电半环509。导电半环509是成对且围绕于转轴504周侧，导件带508则连接至其中一导电半环509。二导电半环509是依据电极件502的进给作动而决定导电或不导电至加工物501。详而言之，初始时，二导电半环509不互相接触，当电极件502受压而逐渐靠近加工物501时，则二导电半环509逐渐朝转轴504内缩，至电极件502移动至适当位置时，二导电半环509则相互接触。由于其中一导电半环509初始即连接导件带508，当二导电半环509相互接触时，则可将电相互导通，并透过二导电半环509传导至加工物501，因此，转轴504可于带动加工物501旋转同时，亦透过二导电半环509通电至加工物501以进行电解加工。总而言之，本发明的电解加工装置的供电，是为配合特殊的电极件502进给加工方式，其是令电源提供的正电，通过导电板505、导电件506、导电件507、导件带508以及成对的导电半环509，并透过二导电半环509的内缩接触夹设方式，将正电传导至加工物501，而形成上述特定供电路径，并再配合电极件502的负电而形成电解加工。借此，得以避免部件相互接触形成短路，兼具结构配置的灵活性。

综上，本发明揭示的电解加工装置，通过可各自独立运作的电极件，再配合多个电极件特殊配置方式及供电系统，可实现高度复杂的多位置、多角度及多维度的曲面加工，并可提高加工效率，进而大幅降低制造成本。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种电解加工装置，是用以形成多维度加工，其特征在于，该电解加工装置包含：

多个电极件，所述多个电极件环绕包围于一加工物的周侧；

一导引件，用以限位并导引各该电极件移动；

一板件，用以对各该电极件施加压力；

一带动件，用以带动该加工物转动；以及

一供电系统；

其中该板件接触各该电极件，对各该电极件施予一平行各该电极件的一中心轴或偏离各该电极件的该中心轴的力，并透过该供电系统提供负电至各该电极件及沿一特定供电路径提供正电至该加工物，令各该电极件通过该导引件，对转动的该加工物进行电解加工，各该电极件的一电解加工方向垂直、斜向或平行于该加工物，各该电极件具刚性且包含一自由端以及一导电端，且该板件包含一环绕的侧壁，以该侧壁的内表面或外表面对各该电极件的该自由端施加压力。

2.根据权利要求1所述的电解加工装置，其特征在于，该导引件包含一导引槽，各该电极件穿设于该导引槽。

3.根据权利要求1所述的电解加工装置，其特征在于，该带动件为一马达。

4.根据权利要求1所述的电解加工装置，其特征在于，该带动件透过一转轴带动该加工物转动。

5.根据权利要求4所述的电解加工装置，其特征在于，该特定供电路径是沿该转轴并以一可旋转地接触手段达成导电通连。