CN204397104U - 孔板电极扫描式掩膜电解加工装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种孔板电极扫描式掩膜电解加工装置，包括机架、工作台(1)、孔板电极(4)、侧板(6)、支撑板(8)、电源(9)，工作台设置在机架上并可沿水平面在X、Y方向移动，机架上设置有驱动工作台移动的水平驱动部件，机架上设置有可沿Z方向移动的主轴(10)以及驱动主轴的竖直驱动部件，孔板电极、侧板和支撑板通过螺钉(5)相互连接形成一个工作液容腔，工作液容腔通过进液管(7)与工作液源连接，孔板电极位于工作液容腔底部，支撑板位于工作液容腔顶部，支撑板上面与主轴固定连接，电源的正极与工作台(1)上的工件相连，负极与孔板电极(4)相连。本实用新型的加工均匀性好，适用于大面积微结构的连续加工。
Description
技术领域
本实用新型属于微细特种加工的技术领域，具体是指一种用于大面积微结构的连续掩膜电解加工的装置。
背景技术
电解加工(Electrochemical machining，简称ECM)是利用金属在电解液中可以发生阳极溶解的原理去除材料，将零件加工成形的方法(见：丁维育.纯钛微细电解加工基础试验研究[D].南京：南京航空航天大学，2010)。电解加工技术具有加工过程中无工具电极损耗，加工范围广，加工表面质量好，生产效率高，工件表面没有残余应力、变形和热影响区等优点。因此，电解加工在航空航天、武器制造、模具、精密仪器、生物医疗等领域的应用受到广泛重视，被应用于加工传统机械加工难以制造的整体叶轮、叶片、炮管膛线等零件和难加工材料零件如锻模等的制造，以及齿轮、各种型孔和去毛刺等方面。
光刻技术(Lithography)采用X射线或紫外线为曝光源，经过曝光显影等工序，将掩膜板上设计好的图案转移至附着在基底材料的光刻胶上，形成凹凸的图案(见：陈大鹏，叶甜春.现代光刻技术[J].核技术，2004，27(2):81-86)。首先在基底上涂覆一层抗蚀光刻胶，固化后用曝光技术通过掩膜板在透射区将抗蚀层曝光，曝光的光刻胶发生变质，再通过显影液清洗后，去除变质的光刻胶(正性胶)或未变质的光刻胶(负性胶)，露出基底材料，形成与掩膜板上相同的图案。
采用掩膜电化学蚀刻加工技术可加工出直径10-80mm范围表面阵列微结构(见：黄红光.表面阵列微结构化学蚀刻及电化学加工技术研究[D].广州:广东工业大学，2014)。首先利用光刻技术在工件表面制作阵列掩膜，然后采用中间开通孔的圆柱状电极作为工具阴极进行电解加工，加工时加工间隙内的电解液从中间孔向四周均匀发散状流出。工具阴极只沿垂直于工件表面方向做进给运动，不作平动，加工面积范围只限于工具电极底面。
上述现有技术有通孔部位加工不足、加工深度不均匀的问题，由于采用中间开通孔的圆柱状电极作为工具阴极，加工中电极不作平动，通孔位置对应的工件表面某一区域电场微弱，这一区域因加工量极少而产生的微结构深度很浅，表现出加工深度不均匀。并且该方法只能加工小面积范围内的微结构，对于更大面积微结构的加工不适用。因为如果只是增加电极底面积，又会带来加工电流过大或流场分布不均匀的问题。
上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本实用新型的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本实用新型的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种孔板电极扫描式掩膜电解加工装置，其加工的均匀性好，并适用于大面积微结构的连续加工。
本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
提供一种孔板电极扫描式掩膜电解加工装置，包括机架、工作台、孔板电极、侧板、支撑板、电源，所述工作台设置在机架上并可沿水平面在X、Y方向移动，机架上设置有驱动工作台移动的水平驱动部件，所述机架上设置有可沿Z方向移动的主轴以及驱动主轴的竖直驱动部件，所述孔板电极、侧板和支撑板通过螺钉相互连接形成一个工作液容腔，工作液容腔通过进液管与工作液源连接，孔板电极位于工作液容腔底部，支撑板位于工作液容腔顶部，所述支撑板上面与主轴固定连接，所述电源的正极与工作台上的工件相连，负极与孔板电极相连。
其中，所述孔板电极为平板状，加工有大小相同的阵列通孔。
其中，还包括控制系统，所述控制系统与水平驱动部件和竖直驱动部件连接。
其中，还包括用于检测工作台与孔板电极之间距离的传感器，所述传感器与控制系统连接。
本实用新型采用阵列孔板电极为工具阴极，采用正向冲液方式加工，在大面积图案掩膜的工件上方控制一定的加工间隙，通过工具电极的往复扫描式运动，逐块进行大面积微结构的掩膜电解加工，也可以用于掩膜电解电火花复合加工，避免产生局部加工不足问题，同时可以进行大面积微结构的连续加工。
附图说明
利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是孔板电极扫描式掩膜电解加工装置的结构示意图。
图2是孔板电极的俯视图。
图3是本孔板电极扫描式掩膜电解加工装置在加工过程中的运动方式示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实用新型的核心在于提供一种孔板电极扫描式掩膜电解加工装置，其针对通孔部位对应的工件表面加工不到的问题，采用阵列孔板电极平行于工件表面往复移动的方式进行动态加工，避免该问题发生。针对大面积微结构的加工，在加工电流受限制情况下，不增加工具电极的工作面积，而采用工具电极扫描式加工方法，达到大面积微结构的连续加工。工具电极采用阵列孔冲液并减小孔直径，提高电场和流场的均匀性，从而提高加工的均匀性。
如图1所示，本实用新型所述的孔板电极扫描式掩膜电解加工装置，包括机架(图中未绘出)、工作台1、孔板电极4、侧板6、支撑板8、电源9、控制系统11。所述工作台1设置在机架上并可沿水平面在X、Y方向移动，机架上设置有驱动工作台1移动的水平驱动部件，工作台1上用于放置工件2，工件2表面预先制作了设计的图案掩膜3。所述机架上设置有可沿Z方向移动的主轴10以及驱动主轴的竖直驱动部件。所述孔板电极4、侧板6和支撑板8通过螺钉5相互连接形成一个工作液容腔，工作液容腔缝隙处采用密封胶密封处理，工作液容腔通过进液管7与工作液源连接，进液管7用密封胶粘结于侧板6的一个孔上，用于将工作液充入这个中空容腔通过孔板电极4的阵列孔流出形成正向冲液。孔板电极4位于工作液容腔底部，支撑板8位于工作液容腔顶部，所述支撑板8上面与主轴10固定连接，所述电源9用于给加工提供稳定的电压参数，其输出端正极连接工件2，输出端负极连接孔板电极4。所述控制系统11与水平驱动部件和竖直驱动部件连接，用于控制工作台1在X、Y方向上的移动、主轴10在Z方向上的移动。还包括用于检测工作台1与孔板电极4之间距离的传感器，所述传感器与控制系统11连接，控制系统11根据传感器的检测值可实现工件2与孔板电极4之间的间隙控制及其短路回退控制。
如图2所示，所述孔板电极4为金属材料，外形为平板状，加工有大小相同的阵列通孔41，用于实现正向冲液。
如图3所示，图中所示的有图案掩膜3的工件2表面比较大，孔板电极4相对较小，加工时工件位于液面以上，工作液从孔板电极中喷射出来，控制主轴向下移动直至孔板电极下表面与工件上表面相距合适的间隙为止，接通电源，控制工作台带着工件沿X、Y方向移动，使平行于工件的孔板电极相对工件以一定的速度在①位置和②位置之间往复移动。直到加工出所需深度的微结构后，控制孔板电极相对于工件向工件未加工的一侧移动一定距离，接着重复上述往复动作，加工相邻的一块区域。重复上述工作过程，就可以连续加工大面积微结构了。
上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
总之，本实用新型虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本实用新型的范围，否则都应该包括在本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1.一种孔板电极扫描式掩膜电解加工装置，其特征在于：包括机架、工作台(1)、孔板电极(4)、侧板(6)、支撑板(8)、电源(9)，所述工作台(1)设置在机架上并可沿水平面在X、Y方向移动，机架上设置有驱动工作台(1)移动的水平驱动部件，所述机架上设置有可沿Z方向移动的主轴(10)以及驱动主轴的竖直驱动部件，所述孔板电极(4)、侧板(6)和支撑板(8)通过螺钉(5)相互连接形成一个工作液容腔，工作液容腔通过进液管(7)与工作液源连接，孔板电极(4)位于工作液容腔底部，支撑板(8)位于工作液容腔顶部，所述支撑板(8)上面与主轴(10)固定连接，所述电源(9)的正极与工作台(1)上的工件相连，负极与孔板电极(4)相连。
2.根据权利要求1所述的孔板电极扫描式掩膜电解加工装置，其特征在于：所述孔板电极(4)为平板状，加工有大小相同的阵列通孔(41)。
3.根据权利要求1或2所述的孔板电极扫描式掩膜电解加工装置，其特征在于：还包括控制系统(11)，所述控制系统(11)与水平驱动部件和竖直驱动部件连接。
4.根据权利要求3所述的孔板电极扫描式掩膜电解加工装置，其特征在于：还包括用于检测工作台(1)与孔板电极(4)之间距离的传感器，所述传感器与控制系统(11)连接。
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