TWI487595B

TWI487595B - 電解複合磨粒拋光工具

Info

Publication number: TWI487595B
Application number: TW100145034A
Authority: TW
Inventors: 邱源成; 李榮宗; 蔡芯穎
Original assignee: 國立中山大學
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2015-06-11
Also published as: TW201323152A

Description

電解複合磨粒拋光工具

本發明係關於一種電解複合磨粒拋光工具，尤其是一種以導電高分子材料作為研磨墊以電解研磨拋光工件表面之電解複合磨粒拋光工具。

目前，由於在光電、半導體、醫療器材等產業中，其使用之零件的表面精度要求較高，使得精密加工之發展逐漸受到重視。

一般而言，電化學加工因不存在機械切削力而具有較佳之加工精度，且不會產生毛邊或變質層。惟，由於金屬工件於電化學加工溶解過程中，會於表面生成氧化物膜之鈍化層以隔離工件表面與溶液，而降低工件的溶解速度，且工件表面之凹部會形成較厚之鈍化層，工件表面之凸部則形成較薄之鈍化層，因此可利用電解微量加工腐蝕溶解工件表面，使工件表面之凸部優先被微量解離，再配合機械拋光進行輔助的微小研磨作用，將凸部之鈍化層去除以加速溶解，進而反覆進行鈍化、去除及溶解之步驟，逐步整平工件表面。

日本特公平7-94090號之「小徑管內面之電解磨粒超鏡光加工方法，及其對應之中華民國公告第168627號專利，揭示一種習知的電解複合磨粒拋光工具，其係於一芯電極上包覆一研磨墊，且該研磨墊為非導電性的不織布；藉由對連接陰極的芯電極與連接陽極的工件通以加工電流，使該工件表面的凸部優先被微量解離，並藉由該不織布持住電解液中的硬質磨粒，以電解研磨拋光該工件表面的鈍化層，使工件表面之粗糙度達到微奈米級的鏡面。

另，美國公告第4609450號之「Combined Electrolytic-Abrasive Polishing Apparatus」，揭示另一種習知的電解複合磨粒拋光工具，其係於一杯狀之金屬磨盤端面裝套一研磨墊，且該研磨墊係由非導電性的黏彈性材料製成；藉由對陰極的金屬磨盤與陽極的工件通以加工電流，使該工件表面的凸部優先被微量解離，並藉由該研磨墊持住電解液中的硬質磨粒，以電解研磨拋光該工件表面的鈍化層，使工件之表面粗糙度下降。

然而，前述兩種習知的電解複合磨粒拋光工具，其研磨墊均為非導電性之材料，使得加工電流易受電解液的多變導電性所影響，因而不易控制。此外，由不織布製成之研磨墊，因不易製作成各種幾何形狀，故只適合對具有簡單且規則外形(例如：平面或圓柱面等)之工件進行電解研磨拋光加工，否則研磨死角多將影響電解研磨拋光效果；由黏彈性材料製成之研磨墊的材料強度不佳，在電解研磨拋光加工進行至工件之溝槽或角落時，極易發生破裂毀損，故使用壽命短。

本發明目的乃解決上述習知電解複合磨粒拋光工具之缺點，以提供一種電解複合磨粒拋光工具，其研磨墊可導電，可藉以穩定控制電解時之微電流。

本發明次一目的係提供一種電解複合磨粒拋光工具，其研磨墊耐磨而不易毀損。

本發明又一目的係提供一種電解複合磨粒拋光工具，係易加工成與工件幾何外形相匹配的形狀。

為達到前述發明目的，本發明之電解複合磨粒拋光工具，包含：一金屬棒材，具有一軸部及一延伸部；及一研磨墊，由導電高分子材料製成，該導電高分子材料為聚氯乙烯、聚丙烯、聚縮醛、聚酰胺、聚醚醚酮樹脂或鉈龍，該研磨墊包覆該延伸部，藉由對連接陰極的該研磨墊與連接陽極的一工件通以加工電流，並且噴灑含磨粒的電解液，用以對該工件之研磨面進行電解研磨拋光。

本發明之電解複合磨粒拋光工具，其中，該延伸部設置於該軸部之一端部，且該延伸部之一端呈弧狀並供該研磨墊結合。

本發明之電解複合磨粒拋光工具，其中，該延伸部設置於該軸部之一端部，且該延伸部具有預設長度，供該研磨墊結合於該延伸部之周壁。

本發明之電解複合磨粒拋光工具，其中，該延伸部設置於該軸部之一端部，且該延伸部之一端呈具有夾角之錐狀並供該研磨墊結合。

本發明之電解複合磨粒拋光工具，其中，該延伸部以該軸部為軸心，沿該軸部之徑向延伸呈圓盤狀，供該研磨墊結合於該延伸部之周緣。

本發明之電解複合磨粒拋光工具，其中，該延伸部以該軸部為軸心，沿該軸部之徑向延伸呈盤狀，且該延伸部之周緣係呈至少一錐形，供該研磨墊結合於該延伸部之周緣。

本發明之電解複合磨粒拋光工具，其中，該研磨墊的電阻值小於10⁵ Ωcm。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請閱第1圖所示，其係本發明之較佳實施例，該電解複合磨粒拋光工具係包含一金屬棒材1及一研磨墊2，該研磨墊2包覆設置於該金屬棒材1；該電解複合磨粒拋光工具可由一習知CNC工作母機主軸的夾具夾持，對一工件3之被研磨面31進行電解研磨拋光加工。

該金屬棒材1係由導電性良好之金屬製成，例如銅材，該金屬棒材1包含一軸部11及一延伸部12，該軸部11具有配合對應之夾具而設置之外型，本實施例中以圓柱狀表示；該延伸部12之外型，以及該延伸部12相對於該軸部11之設置位置，則均配合並對應於該工件3。

更詳言之，請閱第1圖與第2圖所示，當工件3之被研磨面31為曲面或平面時，該延伸部12可設置於該軸部11之一端部，且該延伸部12之一端可以呈弧狀並供該研磨墊2結合，以電解研磨拋光該工件3之被研磨面31。

請閱第3圖所示，當工件3之被研磨面31為孔洞(貫穿孔或盲孔均可，圖中以貫穿孔表示)的內周面時，該延伸部12可設置於該軸部11之一端部，該延伸部12 具有預設長度，供該研磨墊2結合於該延伸部12之周壁，以電解研磨拋光該工件3之被研磨面31。

請閱第4圖所示，當工件3之被研磨面31為工件3的夾角面(可以為各種角度，圖中以九十度夾角表示)時，該延伸部12可設置於該軸部11之一端部，且該延伸部12之一端係呈具有預設夾角之錐狀，可供該研磨墊2結合，以電解研磨拋光該工件3之被研磨面31。

請閱第5圖所示，當工件3之被研磨面31為圓柱周面時，該延伸部12可設置於該軸部11之周壁，亦即，該延伸部12可以該軸部11為軸心，沿該軸部11之徑向延伸呈圓盤狀，供該研磨墊2結合於該延伸部12之周緣，以電解研磨拋光該工件3之被研磨面31。

請閱第6圖所示，當工件3之被研磨面31為外螺紋時，該延伸部12可設置於該軸部11之周壁，亦即，該延伸部12可以該軸部11為軸心，沿該軸部11之徑向延伸呈盤狀，且該延伸部12之周緣係配合外螺紋形狀而呈至少一錐形，供該研磨墊2結合於該延伸部12之周緣，以電解研磨拋光該工件3之被研磨面31。

該研磨墊2係由導電高分子材料製成，該導電高分子材料可以為聚氯乙烯(PVC-CN)、聚丙烯(PP-CN)、聚縮醛(POM-C-CF、POM-CN)、聚酰胺(MC501-R2)、聚醚醚酮樹脂(PEEK-CN)或鉈龍(Torlon PAI-CN)等，故該研磨墊2具有耐磨耗及電阻值小於10⁵ Ωcm之特性。該研磨墊2係包覆設置於該金屬棒材1之延伸部12，更詳言之，該研磨墊2可製成與延伸部12對應之外型而套合於該延伸部12；或是較佳地，以射出成型之方式直接於該延伸部12成型該研磨墊2，使該研磨墊2與延伸部12之間的結合更加穩固。

其中，由於導電高分子材料易於加工塑型，使得該研磨墊2的外周或端面可配合所需，被加工成與對應之工件3的被研磨面31相匹配的幾何外形，以廣泛地適用於各種外型之工件3，令電解研磨拋光無死角，可有效提升電解研磨拋光的效果。

請閱第1圖所示，操作時，一習知直流電源供應器S之陰極與陽極，可分別連接至該金屬棒材1及工件3，該金屬棒材1則以包覆有研磨墊2之延伸部12，與該工件3欲進行電解研磨拋光加工之被研磨面31相接觸。研磨時，該研磨墊2可連通於該直流電源供應器S之陰極，藉由對陰極的該研磨墊2與陽極的工件3通以加工電流，並且噴灑含磨粒G的電解液L，以電解研磨拋光工件3之被研磨面31。該電解液L可以藉由一管體P引接一習知的電解液儲存槽(圖未繪示)，並由一習知的幫浦(圖未繪示)定量輸送至該工件3之被研磨面31。

請閱第2圖所示，或者，亦可將該工件3定位置放於一電解槽T內，令該工件3及研磨墊2可浸泡於含磨粒G的電解液L中。該電解液L中所含定量的硬質磨粒G可以是SiC、WC、Al₂ O₃ 和/或SiO₂ 等，且硬質磨粒G可附著於由導電高分子材料製成之研磨墊2，使工件3之被研磨面31可由研磨墊2及硬質磨粒G共同電解研磨拋光。

請閱第7a圖所示，其係以微觀的角度來看，電解研磨拋光前的工件3，其被研磨面31係呈現凹凸不平狀；在電解研磨拋光之過程中，硬質磨粒G可附著於研磨墊2，並由研磨墊2帶動硬質磨粒G沿一研磨路徑R磨過該被研磨面31，被研磨面31上較凸出處將優先被磨除，該被研磨面31表層在該研磨路徑R通過處劃分出數個區塊E1，該數個區塊E1即為被磨除的部分。

請閱第7b圖所示，透過電解時的微電流，將該工件3之被研磨面31表層微量解離，使圖中區塊E2被解離；其中，由於被研磨面31上較凸出處的鈍化層較薄，使得被研磨面31上較凸出處可被優先微量解離，故解離的量較多。

請閱第7c圖所示，透過反覆進行以硬質磨粒G磨除該被研磨面31上較凸出處，以及微量解離該被研磨面31表層，即可逐漸使該被研磨面31表層趨於平坦，降低該被研磨面31之表面粗糙度，使該工件3之被研磨面31達微奈米級之鏡面拋光效果。

其中，藉由該研磨墊2可導電及具有高電阻值之特性，使得該研磨墊2與工件3可各持相反電性接觸研磨，卻不至於形成短路，且該研磨墊2與工件3之間的電阻值固定，使電解時的微電流可被穩定控制而不易受電解液L的多變導電性影響，令電解研磨拋光效率得以提升。

綜上所述，本發明之電解複合磨粒拋光工具，其研磨墊可導電，使研磨墊與工件之間的電阻值固定，可藉以穩定控制電解時之微電流，具有提升電解研磨拋光效率之功效。

本發明之電解複合磨粒拋光工具，其研磨墊耐磨而不易毀損，具有延長電解研磨拋光工具使用壽命之功效。

本發明之電解複合磨粒拋光工具，其研磨墊易加工成與工件幾何外形相匹配的形狀，使電解研磨拋光無死角，具有提升電解研磨拋光效果之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧金屬棒材

11‧‧‧軸部

12‧‧‧延伸部

2‧‧‧研磨墊

3‧‧‧工件

31‧‧‧被研磨面

S‧‧‧直流電源供應器

L‧‧‧電解液

P‧‧‧管體

T‧‧‧電解槽

G‧‧‧硬質磨粒

R‧‧‧研磨路徑

E1‧‧‧區塊

E2‧‧‧區塊

第1圖：本發明之實施示意圖(一)。

第2圖：本發明之實施示意圖(二)。

第3圖：本發明使用於工件內孔之示意圖。

第4圖：本發明使用於工件夾角面之示意圖。

第5圖：本發明使用於工件圓柱周面之示意圖。

第6圖：本發明使用於工件外螺紋之示意圖。

第7a圖：本發明以微觀表示之實施示意圖(一)。

第7b圖：本發明以微觀表示之實施示意圖(二)。

第7c圖：本發明以微觀表示之實施示意圖(三)。

1．．．金屬棒材

11．．．軸部

12．．．延伸部

2．．．研磨墊

3．．．工件

31．．．被研磨面

S．．．直流電源供應器

L．．．電解液

P．．．管體

Claims

一種電解複合磨粒拋光工具，包含：一金屬棒材，具有一軸部及一延伸部；及一研磨墊，由導電高分子材料製成，該導電高分子材料為聚氯乙烯、聚丙烯、聚縮醛、聚酰胺、聚醚醚酮樹脂或鉈龍，該研磨墊包覆該延伸部，藉由對連接陰極的該研磨墊與連接陽極的一工件通以加工電流，並且噴灑含磨粒的電解液，用以對該工件之研磨面進行電解研磨拋光。
如申請專利範圍第1項所述之電解複合磨粒拋光工具，其中，該延伸部設置於該軸部之一端部，且該延伸部之一端呈弧狀並供該研磨墊結合。
如申請專利範圍第1項所述之電解複合磨粒拋光工具，其中，該延伸部設置於該軸部之一端部，且該延伸部具有預設長度，供該研磨墊結合於該延伸部之周壁。
如申請專利範圍第1項所述之電解複合磨粒拋光工具，其中，該延伸部設置於該軸部之一端部，且該延伸部之一端呈具有夾角之錐狀並供該研磨墊結合。
如申請專利範圍第1項所述之電解複合磨粒拋光工具，其中，該延伸部以該軸部為軸心，沿該軸部之徑向延伸呈圓盤狀，供該研磨墊結合於該延伸部之周緣。
如申請專利範圍第1項所述之電解複合磨粒拋光工具，其中，該延伸部以該軸部為軸心，沿該軸部之徑向延伸呈盤狀，且該延伸部之周緣係呈至少一錐形，供該研磨墊結合於該延伸部之周緣。
如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項所述之電解複合磨粒拋光工具，其中，該研磨墊的電阻值小於10⁵ Ωcm。