CN113084279A - 一种浮动轴套表面高精度微细电解加工装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮动轴套表面高精度微细电解加工装置及其加工方法，解决了现有活动掩膜无法满足精密设备的高精度微细电解的技术问题。本发明包括可拆卸的箱体，箱体包括分别与电源阴极和电源阳极相连的阴极段和阳极段，阴极段设置有电解液进口和电解液出口，阴极段和阳极段之间设置有阴阳极隔离板，所述浮动轴套定位设置在阳极段内，阳极段靠近阴阳极隔离板的一端设置有覆盖浮动轴套的非电解加工区域的屏蔽盖板，浮动轴套的轴孔中设置有屏蔽柱，浮动轴套的电解加工面设置电解掩膜，所述电解液进口和电解液出口通过压力控制单元与储存电解液的电解液槽相连。本发结构设计和系统设计巧妙，通过静压力能够使活动掩膜适应各种电解加工工况。

Description

一种浮动轴套表面高精度微细电解加工装置及其加工方法

技术领域

本发明涉及电解加工技术领域，特别是指一种浮动轴套表面高精度微细电解加工装置及其加工方法。

背景技术

掩膜电解加工至今仍是制备金属表面微细结构的主流技术之一。常规掩膜电解加工通常涂胶、前烘、曝光、后烘、显影等一系列繁杂的操作步骤来制备掩膜，而且制备的掩膜是粘结于工件表面上的，不可复用，加工后必须破坏去掉。因此，常规掩膜电解加工工艺成本高、工艺质量控制难度大，加之现有的技术手段极难在曲面上光刻成形精细图形结构，使得它的工业应用受到一定的限制。

为解决上述问题，开发出了活动掩膜电解加工技术。利用活动掩膜电解加工精细结构时，掩膜不是粘结连接，而是无粘贴合于工件表面上的，且可反复使用。这大大提高了工艺操作的简便性并降低了工艺成本，还很大程度上改善了掩膜电解加工在非平面体上加工的适应性。但是，如同研究发现的掩膜微细电解加工中，光刻胶的厚度以涂覆的方式对加工过程影响较大。如果传统的粘结式的掩膜，光刻胶涂覆较薄则容易发生侧面腐蚀，而且也容易发生剥落，影响加工出的工件形状；如果光刻胶涂覆太厚，就会使得加工间隙的增大，将会影响加工的效率和精度。同样地，活动掩膜与工件之间的贴合效果严重影响加工精度，直接决定着工艺的可行性和质量。

为解决活动掩膜的贴合问题，授权公告日为2017.01.11、授权公告号为CN106312206A的发明专利公开了一种活动掩膜电解加工装置与方法，该装置包括设有进液孔的压板、金属多孔介质、掩膜、工件阳极和电解加工电源；基于该装置，金属多孔介质置于压板和掩膜之间并紧密贴合于工件阳极上且对压板施压并固定好；金属多孔介质和工件阳极分别与电解加工电源的负极和正极连接；从压板上的进液孔向金属多孔介质中泵入电解液并从金属多孔介质四周流出；接通电解加工电源开始电解加工，当达到加工要求后断开电源，停止供液。

上述技术方案采用金属多孔介质作为压力传递件，如其背景技术中所介绍，使用金属多孔介质代替了具有很好渗流特性的电绝缘柔性多孔物，利用了金属多孔介质的抗压性和传力特性，来改善贴合时极间物质传输的顺畅性和流场分布的均匀性。但是正如其专利文本中所介绍的，金属多孔介质具有抗压性和传力特性，但是延展性远不如柔性多孔物，并不能适应在各种工件的端面上使活动掩膜达到完全贴合效果，特别是对应用在航空航天领域中的精密设备来说，上述专利的技术方案并不能满足其需求。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种浮动轴套表面高精度微细电解加工装置及其加工方法，解决了现有活动掩膜无法满足精密设备的高精度微细电解的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种浮动轴套表面高精度微细电解加工装置，包括可拆卸的箱体，箱体包括分别与电源阴极和电源阳极相连的阴极段和阳极段，阴极段设置有电解液进口和电解液出口，阴极段和阳极段之间设置有阴阳极隔离板，所述浮动轴套定位设置在阳极段内，阳极段靠近阴阳极隔离板的一端设置有覆盖浮动轴套的非电解加工区域的屏蔽盖板，浮动轴套的轴孔中设置有屏蔽柱，浮动轴套的电解加工面设置电解掩膜，所述电解液进口和电解液出口通过压力控制单元与储存电解液的电解液槽相连。

进一步地，所述压力控制单元包括连接在电解液进口与电解液槽之间的进液管道、连接在电解液出口与电解液槽之间的回液管道，进液管道上设置有过滤器和变量泵和/或压力表，进液管道或/和回液管道上均设置有开关阀。

进一步地，所述进液管道并联有泄压管路，泄压管路上设置有压力控制阀。

进一步地，所述阳极段包括与阴阳极隔离板相邻的定位板及支撑板，阳极段通过定位板对浮动轴套定位，所述屏蔽盖板通过定位板与阳极段相连。

进一步地，所述定位板的内壁与浮动轴套的外壁紧配合，穿过支撑板设置有引电柱，引电柱伸入定位板的一端设置有引电顶板，引电顶板与浮动轴套的电解加工面相对的一面相连。

进一步地，所述阴阳极隔离板与阴极段之间设置有带进液缝的阴极板，阴极板与电解液进口及电解掩膜之间分别构成两个容腔。

进一步地，所述非电解加工区域包括浮动轴套的卸荷槽和高压引流槽。

进一步地，所述阴极段与阴阳极隔离板之间、阴阳极隔离板与定位板之间、定位板与支撑板之间均设置有密封结构，阴极段和阳极段通过相对的两组螺栓或螺钉连接。

进一步地，所述密封结构为密封圈或/和密封硅胶垫片。

浮动轴套表面高精度微细电解加工装置的加工方法，先将浮动轴套装配在定位板中，在浮动轴承的非电解加工区域安装屏蔽盖板，在浮动轴承的电解加工区域覆盖电解掩膜，然后将阴极段和阳极段密封连接，电解工作时，从电解液进口通入一定压力的电解液，在阳极段接入直流电正极，在阴极段接入直流电负极后开始浮动轴套表面高精度微细电解加工工作。

本发明能够在微细电解加工过程中确保电解液均匀稳定，避免因电解液扰动而造成杂散腐蚀；各部分相互接触面使用密封圈及密封硅胶垫片来防止电解液泄露，保证高压下的电解液处于静止状态。将加工系统通过自身良好的密封性来保证电解液稳定处于高压静止的状态。有益效果至少包括以下几点：

1.采用带进液缝的阴极板，阴极工具设计成群缝结构可以保证高压电解液可以将压力直接作用在工件表面，也可以保证电解阴极板上电压的均匀性；

2.采用屏蔽盖板、屏蔽柱和定位板配合的方式，保证工件非加工面无电解液存在，从而保证工件非加工面不受电解腐蚀；

3.各部分相互接触面使用密封圈及密封硅胶垫片来防止电解液泄露，保证高压下的电解液处于静止状态；

4.采用一定厚度的阴阳极隔离板，将电解阴极和阳极分离，并可存储一定的电解液；

5.工件的阴极段在电解加工过程中，通入电解液并引入一定压力，保证高压电解液将电解掩膜与工件表面紧密贴合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中箱体的剖视图；

图2为图1中定位板的俯视图；

图3为图1中阴阳极隔离板的俯视图；

图4为图1中阴极板的俯视图；

图5为图1中屏蔽盖板的俯视图；

图6为图1中浮动轴套的俯视图；

图7为本发明的原理图；

图8为高压静止电解液对电解掩膜作用的原理示意图；

其中：

1、阴极段，11、电解液进口，12、电解液出口；

2、阳极段；

3、阴阳极隔离板；

4、定位板，41、屏蔽盖板，410、卸荷槽盖板，411、引流槽盖板，42、屏蔽柱，43、螺钉；

5、电解掩膜；

6、支撑板，61、引电柱，62、引电顶板，63、支撑腿；

7、阴极板；

8、浮动轴套，81、卸荷槽，82、引流槽；

9、密封圈；

10、压力控制单元，101、电解液槽，102、进液管道，103、回液管道，104、过滤器，105、变量泵，106、开关阀，107、泄压管路，108、压力控制阀；

110、计算机，111、数据采集卡，112、传感器，113、定时器，114、电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，一种浮动轴套表面高精度微细电解加工装置，如图1所示，包括可拆卸的箱体，箱体包括分别与电源阴极和电源阳极相连的阴极段1和阳极段2，如图3所示，所述阴极段1和阳极段2之间设置有阴阳极隔离板3，阴极段1和阳极段2组成的密封腔为电解液的电解加工空间。阴极段1设置有电解液进口11和电解液出口12，所述电解液进口11和电解液出口12通过压力控制单元10与储存电解液的电解液槽101相连。如图8所示，在压力控制单元10的作用下，高压静止的电解液将电解掩膜5完全贴合在浮动轴套8的电解加工面上。

所述浮动轴套8定位设置在阳极段2内，浮动轴套8的电解加工面设置电解掩膜5，如图1和图5所示，阳极段2靠近阴阳极隔离板3的一端设置有覆盖浮动轴套8的非电解加工区域的屏蔽盖板41。如图1和图6所示，所述非电解加工区域包括浮动轴套8的卸荷槽81和高压引流槽82。屏蔽盖板41包活与卸荷槽81对应的卸荷槽盖板410及与高压引流槽82对应的引流槽盖板411。

具体地，如图1和图2所示，所述阳极段2包括与阴阳极隔离板3相邻的定位板4及支撑板6，阳极段2通过定位板4对浮动轴套8定位，所述屏蔽盖板41通过定位板4与阳极段2相连。所述定位板4的内壁与浮动轴套8的外壁紧配合，穿过支撑板6设置有引电柱61，引电柱61伸入定位板4的一端设置有引电顶板62，引电顶板62与浮动轴套8的电解加工面相对的一面相连，支撑板6下方设置有支撑腿63。浮动轴套8的轴孔中设置有屏蔽柱42，屏蔽柱42通过螺钉43与支撑板6相连。

如图7所示，所述压力控制单元10包括连接在电解液进口11与电解液槽101之间的进液管道102、连接在电解液出口12与电解液槽101之间的回液管道103，进液管道102上设置有过滤器104和变量泵105和压力表105，进液管道102和回液管道103上均设置有开关阀106。通过变量泵105可以向箱体中提供适合的压力，可以通过压力表观察压力是否达到需求，当达到需求后可以关闭开关阀实现静压保压。

进一步地，所述进液管道102并联有泄压管路107，泄压管路107上设置有压力控制阀108。压力控制阀108可以使溢流阀或减压阀等，可以保证泵入箱体中的压力值更加稳定和精确。

进一步地，如图4所示，所述阴阳极隔离板3与阴极段1之间设置有带进液缝的阴极板7，阴极板7与电解液进口11及电解掩膜5之间分别构成两个容腔，既能将电解阴极和阳极分离，又可存储一定的电解液。

进一步地，所述阴极段1与阴阳极隔离板3之间、阴阳极隔离板3与定位板4之间、定位板4与支撑板6之间均设置有密封结构，所述密封结构为密封圈9或/和密封硅胶垫片。阴极段1和阳极段2通过相对的两组螺栓或螺钉连接，既保证连接的密封性能，又使之绝缘。

实施例2，浮动轴套表面高精度微细电解加工装置的加工方法，先将浮动轴套8装配在定位板4中，在浮动轴承8的非电解加工区域安装屏蔽盖板41，在浮动轴承8的电解加工区域覆盖电解掩膜5，然后将阴极段1和阳极段2密封连接，电解工作时，从电解液进口11通入一定压力的电解液，在阳极段2接入直流电正极，在阴极段1接入直流电负极后开始浮动轴套表面高精度微细电解加工工作。

如图1和图7所示，电源114为阴极段1和阳极段2供电，阳极段2与电源114的正极之间设置有定时器113和传感器112，传感器112通过数据采集卡111与计算机110相连，通过计算机110可以便捷地监控电解加工过程。

本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浮动轴套表面高精度微细电解加工装置，其特征在于：包括可拆卸的箱体，箱体包括分别与电源阴极和电源阳极相连的阴极段（1）和阳极段（2），阴极段（1）设置有电解液进口（11）和电解液出口（12），阴极段（1）和阳极段（2）之间设置有阴阳极隔离板（3），所述浮动轴套（8）定位设置在阳极段（2）内，阳极段（2）靠近阴阳极隔离板（3）的一端设置有覆盖浮动轴套（8）的非电解加工区域的屏蔽盖板（41），浮动轴套（8）的轴孔中设置有屏蔽柱（42），浮动轴套（8）的电解加工面设置电解掩膜（5），所述电解液进口（11）和电解液出口（12）通过压力控制单元（10）与储存电解液的电解液槽（101）相连。

2.根据权利要求1所述的浮动轴套表面高精度微细电解加工装置，其特征在于：所述压力控制单元（10）包括连接在电解液进口（11）与电解液槽（101）之间的进液管道（102）、连接在电解液出口（12）与电解液槽（101）之间的回液管道（103），进液管道（102）上设置有过滤器（104）和变量泵（105）和/或压力表（105），进液管道（102）或/和回液管道（103）上均设置有开关阀（106）。

3.根据权利要求2所述的浮动轴套表面高精度微细电解加工装置，其特征在于：所述进液管道（102）并联有泄压管路（107），泄压管路（107）上设置有压力控制阀（108）。

4.根据权利要求1-3所述的浮动轴套表面高精度微细电解加工装置，其特征在于：所述阳极段（2）包括与阴阳极隔离板（3）相邻的定位板（4）及支撑板（6），阳极段（2）通过定位板（4）对浮动轴套（8）定位，所述屏蔽盖板（41）通过定位板（4）与阳极段（2）相连。

5.根据权利要求4所述的浮动轴套表面高精度微细电解加工装置，其特征在于：所述定位板（4）的内壁与浮动轴套（8）的外壁紧配合，穿过支撑板（6）设置有引电柱（61），引电柱（61）伸入定位板（4）的一端设置有引电顶板（62），引电顶板（62）与浮动轴套（8）的电解加工面相对的一面相连。

6.根据权利要求5所述的浮动轴套表面高精度微细电解加工装置，其特征在于：所述阴阳极隔离板（3）与阴极段（1）之间设置有带进液缝的阴极板（7），阴极板（7）与电解液进口（11）及电解掩膜（5）之间分别构成两个容腔。

7.根据权利要求1-3、5-6任一项所述的浮动轴套表面高精度微细电解加工装置，其特征在于：所述非电解加工区域包括浮动轴套（8）的卸荷槽（81）和高压引流槽（82）。

8.根据权利要求4、6、7任一项所述的浮动轴套表面高精度微细电解加工装置，其特征在于：所述阴极段（1）与阴阳极隔离板（3）之间、阴阳极隔离板（3）与定位板（4）之间、定位板（4）与支撑板（6）之间均设置有密封结构，阴极段（1）和阳极段（2）通过相对的两组螺栓或螺钉连接。

9.根据权利要求8所述的浮动轴套表面高精度微细电解加工装置，其特征在于：所述密封结构为密封圈（9）或/和密封硅胶垫片。

10.根据权利要求1-9任一项所述的浮动轴套表面高精度微细电解加工装置的加工方法，其特征在于：先将浮动轴套（8）装配在定位板（4）中，在浮动轴承（8）的非电解加工区域安装屏蔽盖板（41），在浮动轴承（8）的电解加工区域覆盖电解掩膜（5），然后将阴极段（1）和阳极段（2）密封连接，电解工作时，从电解液进口（11）通入一定压力的电解液，在阳极段（2）接入直流电正极，在阴极段（1）接入直流电负极后开始浮动轴套表面高精度微细电解加工工作。

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