CN109972195B - 微尺寸壳层型零件金属模芯脱模用电解腐蚀装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微尺寸壳层型零件金属模芯脱模用电解腐蚀装置，包括可以作X轴、Y轴方向移动的阴极系统，用于阳极工件定位夹持且可作Z轴方向移动和旋转移动的阳极系统，用于电解液循环、过滤、加热且流速可控的电解液循环过滤系统，用于电解液金属离子监测的离子浓度在线监测系统，加工时阳极工件与阴极的喷嘴呈倾斜状态，阳极工件位于阴极喷嘴的斜上方，在直流脉冲电源的作用下，通过对腐蚀电压的控制，经电解液冲刷腐蚀，去除微尺寸壳层型零件金属模芯，得到壳层型金属零件。本装置解决了普通化学腐蚀效率低、污染重的缺点，通过电解腐蚀提高生产效率，并且具有电解液可循环使用、绿色环保的优点。

Description

微尺寸壳层型零件金属模芯脱模用电解腐蚀装置
技术领域
本发明涉及电解腐蚀加工领域，具体涉及到一种用于微尺寸壳层型零件制造过程中金属模芯去除的电解腐蚀加工装置。
背景技术
在微尺寸壳层型零件制造中，由于零件的尺寸、结构和壳层厚度的限制，一般不能使用直接成型的方法，而使用模芯脱模的技术，其具体步骤为：金属模芯制备→壳层镀制→金属模芯脱模。目前，一般金属模芯的去除使用的方法采用酸液或碱液腐蚀法，但其缺点主要是去除速率慢、产生对人体有害的气体，以及产生大量的酸性或碱性的化学废弃物，处理此类废弃物会增加生产成本，并且存在环境污染的风险。因此，有必要采用一种效率高、成本低、污染小的技术来进行金属模芯脱模。
发明内容
本发明的目的是提供一种电解加工装置，该装置利用壳层金属和模芯金属具有不同的还原电位，通过电解腐蚀法去除金属模芯，保留壳层金属零件，具有效率高、成本低、电解液可循环使用、绿色环保等优点。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种微尺寸壳层型零件金属模芯脱模用电解腐蚀装置，包括阴极系统、阳极夹持系统、电解液循环过滤系统、离子浓度在线检测系统；
所述阴极系统包括喷嘴、阴极及带动阴极进行X轴或Y轴方向移动平台，喷嘴和阴极相连通，通过平台移动来调节阴极与阳极工件对齐，所述阴极包括电解液进液口、电解液盒和阴极盖板，电解液进液口与电解液盒连通，且其上设有阴极盖板；
所述阳极夹持系统包括阳极工件夹具、旋转轴、支撑柱、阳极工件和Z轴移动平台，阳极工件夹具可夹持多个阳极工件同时对工件进行加工，支撑柱和阳极工件夹具通过旋转轴进行连接，支撑柱连接在Z轴移动平台上且可作Z轴方向移动，所述阳极工件夹具包括安装手柄、阳极盖板和工件限位槽，包含有金属模芯和壳层零件的阳极工件安装在工件限位槽中，工件限位槽上覆盖有阳极盖板，在阳极工件的前端套上保护套筒；
所述电解液循环过滤系统包括污水箱、电解液箱、离心泵A、离心泵B、粗过滤器、精过滤器和流量计，污水箱通过管道依次与离心泵A、粗过滤器、精过滤器串联后接入电解液箱，电解液箱再通过管道依次与温度计、离心泵B、流量计和阀门串联后接入阴极系统；
所述离子浓度在线检测系统包括进样泵和离子浓度计，离子浓度计通过管道依次与进样泵、电解液箱连接，进样泵定时定量抽取电解液样品进入离子浓度计进行在线检测。
进一步的，所述喷嘴构型为空心针状，材质为耐腐蚀金属(钛、不锈钢等)，阳极工件位于阴极喷嘴的斜上方，阳极工件可进行旋转后与阴极对齐。
进一步的，所述电解液箱底部设置有加热器，用于加热电解液温度。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
该电解腐蚀装置结构简单、经济成本低，电解加工过程采用电解液型腔和电解液出口调节，实现了电解加工过程中间流场稳定，避免了短路现象的发生。通过径向超声换能器的振动来改善加工间隙内流场特性、去除加工产生的钝化膜、促进电解液的循环更新、加快材料蚀除速度、提高加工表面质量；能够减少杂散腐蚀、提高加工定域性、降低表面粗糙度，精确控制电解加工间隙中的电场和流场参数，精确控制加工过程。
附图说明
图1是本发明电解腐蚀装置的结构示意图。
图2是阳极工件和阴极喷嘴的相对位置示意图
图3是阳极工件夹具和阴极电解液喷嘴部件的结构示意图
图中各个标记分别为：1、加热器；2、污水箱；3、电解液箱；4、离心泵A；5、进样泵；6、离子浓度计；7、精过滤器；8、粗过滤器；9、管道；10、温度计；11、离心泵B；12、流量计；13、阀门；14、直流脉冲电源；15、阳极工件夹具；16、旋转轴；17、支撑柱；18、阳极工件；19、喷嘴；20、液槽；21、阴极；22、X轴移动平台；23、Z轴移动平台；24、Y轴移动平台；25、底座；26、金属模芯；27、壳层零件；28、电解液进液口；29、电解液盒；30、阴极盖板；31、安装手柄；32、阳极盖板；33、工件限位槽；34、保护套筒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1～2所示，一种微尺寸壳层型零件金属模芯脱模用电解腐蚀装置，包括阴极系统、阳极夹持系统、电解液循环过滤系统、离子浓度在线检测系统；
所述阴极系统包括喷嘴19、阴极21及带动阴极进行X轴或Y轴方向的X轴移动平台22或Y轴移动平台24，喷嘴和阴极相连通，通过平台移动来调节阴极与阳极工件对齐，所述阴极包括电解液进液口28、电解液盒29和阴极盖板30，电解液进液口与电解液盒连通，且其上设有阴极盖板；
所述阳极夹持系统包括阳极工件夹具15、旋转轴16、支撑柱17、阳极工件18和Z轴移动平台23，阳极工件夹具可夹持多个阳极工件同时对工件进行加工，支撑柱和阳极工件夹具通过旋转轴进行连接，支撑柱连接在Z轴移动平台上且可作Z轴方向移动，所述阳极工件夹具包括安装手柄31、阳极盖板32和工件限位槽33，包含有金属模芯26和壳层零件27的阳极工件安装在工件限位槽中，工件限位槽上覆盖有阳极盖板，在阳极工件的前端套上保护套筒34；
所述电解液循环过滤系统包括污水箱2、电解液箱3、离心泵A4、离心泵B11、粗过滤器8、精过滤器7和流量计12，污水箱通过管道9依次与离心泵A、粗过滤器、精过滤器串联后接入电解液箱，电解液箱再通过管道依次与温度计10、离心泵B11、流量计12和阀门13串联后接入阴极系统；
电解液箱是电解液储存容器，污水箱是进行腐蚀加工后的电解液储存容器，离心泵电解液循环的动力装置且可给电解液施加压力，采用两级过滤的方式，提高过滤的效率和电解液的质量，粗过滤器过滤电解液中较大尺寸杂质，精过滤器过滤较小尺寸的杂质，两个过滤器采用串联方式连接使用，且粗过滤器位于经过滤器的前端；流量计位于循环泵和阴极出液口之间用于控制管道中电解液的流速；
所述离子浓度在线监测系统用于监测电解液中金属模芯被腐蚀后，进入电解液中的金属离子的浓度，离子浓度计的类型根据加工金属模芯的种类而进行选择。离子浓度在线检测系统包括进样泵5和离子浓度计6，离子浓度计通过管道依次与进样泵、电解液箱连接，进样泵定时定量抽取电解液样品进入离子浓度计进行在线检测电解液中指定金属元素的含量，当金属离子浓度达到饱和值时，对电解液的成分进行调节或更换。
本发明电解腐蚀装置加工去除金属模芯的过程如下：
1)首先阳极工件18安装在工件限位槽33中，扣上阳极盖板32，在阳极工件18的前端套上保护套筒34，保护套筒呈两瓣状，既可防止金属模芯26后端被腐蚀而提前脱离，又可避免壳层零件27变形损坏；将阳极工件夹具15的安装手柄31固定在支撑柱17上，接上导线，调整Z轴移动平台23和旋转轴15，同时调整X轴移动平台22和Y轴移动平台24，使喷嘴19与阳极工件18的加工口对准成一条直线，与水平面保持一定角度，所述阴极系统和阳极夹持系统均设置在底座25上；
2)打开电解液箱底部加热器1的电源，电解液箱3中的电解液在加热器的作用下加热到指定温度，打开离心泵B 11，电解液沿管道9运动，温度计10会对管道中的电解液温度进行监控，电解液随后注入阴极21中的电解液盒29中，在离心泵B 11的压力作用下电解液通过喷嘴19喷向阳极工件18，利用流量计12和阀门13调节喷嘴电解液的流速；
3)打开直流脉冲电源14，调节电压，使电压高于金属模芯26的还原电位，而低于壳层零件27的还原电位，从而使金属模芯26在电解液的冲刷下进行腐蚀加工，加工后的电解液和产生的金属模芯残渣，在电解液的冲刷和重力的作用下流入液槽20进而进入污水箱2，固体残渣在污水箱底部沉淀一定量后进行清理；
4)污水箱中的电解液经过沉淀后，上层清液由离心泵A 4抽取，进入粗过滤器8，经过初步过滤大的颗粒物后，再进入精过滤器7，过滤小的杂质颗粒后电解液流入电解液槽3完成循环。
以上所述仅是本发明的实施方式，再次声明，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进，这些改进也列入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种微尺寸壳层型零件金属模芯脱模用电解腐蚀装置，其特征在于：包括阴极系统、阳极夹持系统、电解液循环过滤系统、离子浓度在线检测系统；
所述阴极系统包括喷嘴、阴极及带动阴极进行X轴或Y轴方向移动平台，喷嘴和阴极相连通，通过平台移动来调节阴极与阳极工件对齐，所述阴极包括电解液进液口、电解液盒和阴极盖板，电解液进液口与电解液盒连通，且其上设有阴极盖板；
所述阳极夹持系统包括阳极工件夹具、旋转轴、支撑柱、阳极工件和Z轴移动平台，阳极工件夹具可夹持多个阳极工件同时对工件进行加工，支撑柱和阳极工件夹具通过旋转轴进行连接，支撑柱连接在Z轴移动平台上且可作Z轴方向移动，所述阳极工件夹具包括安装手柄、阳极盖板和工件限位槽，包含有金属模芯和壳层零件的阳极工件安装在工件限位槽中，工件限位槽上覆盖有阳极盖板，在阳极工件的前端套上保护套筒；
所述电解液循环过滤系统包括污水箱、电解液箱、离心泵A、离心泵B、粗过滤器、精过滤器和流量计，污水箱通过管道依次与离心泵A、粗过滤器、精过滤器串联后接入电解液箱，电解液箱再通过管道依次与温度计、离心泵B、流量计和阀门串联后接入阴极系统；
所述离子浓度在线检测系统包括进样泵和离子浓度计，离子浓度计通过管道依次与进样泵、电解液箱连接，进样泵定时定量抽取电解液样品进入离子浓度计进行在线检测。
2.如权利要求1所述电解腐蚀装置去除金属模芯的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)首先阳极工件安装在工件限位槽中，扣上阳极盖板，在阳极工件的前端套上保护套筒，保护套筒呈两瓣状，将阳极工件夹具的安装手柄固定在支撑柱上，接上导线，调整Z轴移动平台和旋转轴，同时调整X轴移动平台和Y轴移动平台，使喷嘴与阳极工件的加工口对准成一条直线，与水平面保持一定角度，所述阴极系统和阳极夹持系统均设置在底座上；
2)打开电解液箱底部加热器的电源，电解液箱中的电解液在加热器的作用下加热到指定温度，打开离心泵B，电解液沿管道运动，温度计会对管道中的电解液温度进行监控，电解液随后注入阴极中的电解液盒中，在离心泵B的压力作用下电解液通过喷嘴喷向阳极工件，利用流量计和阀门调节喷嘴电解液的流速；
3)打开直流脉冲电源，调节电压，使电压高于金属模芯的还原电位，而低于壳层零件的还原电位，从而使金属模芯在电解液的冲刷下进行腐蚀加工，加工后的电解液和产生的金属模芯残渣，在电解液的冲刷和重力的作用下流入液槽进而进入污水箱，固体残渣在污水箱底部沉淀一定量后进行清理；
4)污水箱中的电解液经过沉淀后，上层清液由离心泵A抽取，进入粗过滤器，经过初步过滤大的颗粒物后，再进入精过滤器，过滤小的杂质颗粒后电解液流入电解液槽完成循环。
3.如权利要求1所述的一种微尺寸壳层型零件金属模芯脱模用电解腐蚀装置，其特征在于：所述喷嘴构型为空心针状，材质为耐腐蚀金属，阳极工件位于阴极喷嘴的斜上方，阳极工件可进行旋转后与阴极对齐。
4.如权利要求1所述的一种微尺寸壳层型零件金属模芯脱模用电解腐蚀装置，其特征在于：所述电解液箱底部设置有加热器，用于加热电解液温度。
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