TWI603799B - Electrochemical processing equipment and processing methods - Google Patents

Description

電化學加工裝置及加工方法

本發明係有關於一種電化學加工，其尤指一種可形成螺紋於工件表面的電化學加工裝置與電化學加工方法。

按，電化學加工是有別於傳統機械加工的非傳統加工製程，其是利用金屬陽極溶解的原理，而對金屬加工件進行移除加工。由於進行電化學加工之過程，並沒有直接接觸工件表面進行機械加工，因此工件之表面無殘留應力，且加工過程無電極損耗，所以適合對大量工件進行加工，此為電化學加工的優點。

但是，在利用電化學對工件進行成形加工前，一般需根據工件欲成形之形狀進行電極及夾治具設計，且電極之輪廓通常與欲成形之形狀互補，因此加工的前置作業之設計及機械加工製程較長，例如欲於工件之表面形成螺紋，即必須先行加工出具有對應於螺紋輪廓的電極，因此如何簡化電化學加工形成螺紋於工件表面之製程，以提升製程效率，其為目前電化學加工之一問題。

本發明之主要目的係提供一種電化學加工裝置及電化學加工方法，其可簡易形成螺紋於工件表面。

本發明之另一目的係提供一種電化學加工裝置及電化學加工方法，其可形成錐狀螺紋於工件之表面。

本發明提供一種電化學加工裝置，其形成一螺紋於一工件之表面，該電化學加工裝置包含一旋轉單元，而旋轉該工件，該工件之周緣的一電解液流場呈一螺旋渦流狀態，以及一電極對應於工件設置，該電極之輪廓非對應於該螺紋之輪廓。

本發明另提供一種電化學加工方法，其包含:驅使工件之周緣的電解液流場呈螺旋渦流狀態，並進行電化學加工。

10‧‧‧電解液容置槽
11‧‧‧電解液
12‧‧‧電極
14‧‧‧旋轉單元
16‧‧‧電源供應單元
18‧‧‧移行單元
20‧‧‧工件
21‧‧‧螺紋
22‧‧‧螺紋
30‧‧‧黏稠層
40‧‧‧支撐件
42‧‧‧電解液傳輸單元
44‧‧‧絕緣管
46‧‧‧支撐件

第一圖:其為本發明之第一實施例之電化學加工裝置的示意圖；
第二圖:其為本發明之一實施例之工件與黏稠層的示意圖；
第三圖:其為本發明之一實施例之電化學加工方法的流程圖；
第四圖:其為本發明之第二實施例之電化學加工裝置的示意圖；
第五圖:其為本發明之第三實施例之電化學加工裝置的示意圖；以及
第六圖:其為本發明之第四實施例之電化學加工裝置的示意圖。

為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

參閱第一圖，其為本發明之第一實施例之電化學加工裝置的示意圖。如圖所示，本發明之電化學加工裝置包含一電解液容置槽10、一電極12、一旋轉單元14、一電源供應單元16與一移行單元18。電極12與一工件20係垂直（Z軸方向）容置於電解液容置槽10，且電極12對應於工件20而設置，兩者間具有一間隔距離，電解液容置槽10並容置有電解液11，即電極12與部分工件20位於電解液11中。於本發明之一實施例中，工件20為圓柱狀，電極12為一平板電極，其表面為一平面，即工件20之表面輪廓並未對應於螺紋之輪廓。電源供應單元16之陽極與陰極分別耦接於工件20與電極12，以供應電源至電極12與工件20。於本實施例中，電源供應單元16之陽極係經由旋轉單元14而耦接於工件20。

工件20之一端固定於旋轉單元14，旋轉單元14帶動工件20旋轉，如此工件20之周緣的電解液流場會呈一螺旋渦流狀態，如此電極12對工件20進行電化學加工時，工件20之表面即會形成螺紋21。此外，旋轉單元14設置於移行單元18，移行單元18帶動旋轉單元14於垂直（Z軸）方向移動，以移動部分工件20進入或者離開電解液容置槽10。

工件20進行電化學加工時，其在極限電流狀態下，也就是電流密度不會隨電壓上升而上升時，如第二圖所示，工件20之表面與電解液11之交界處將產生一黏稠液狀介面層，其為黏稠層30（viscous layer），其包含工件20溶解之陽離子與電解液11中的陰離子，黏稠層30的電阻比電解液11的電阻大，所以黏稠層30為電的不良導體。本發明藉由旋轉單元14旋轉工件20，如此在一定轉速下，工件20之周緣的電解液流場受到工件20之旋轉的影響下，電解液流場會呈一螺旋渦流（spiral vortex）狀態，如此黏稠層30會受到電解液流場的影響而呈螺旋狀。

承接上述，呈螺旋狀的黏稠層30之整體厚度即不相同，螺旋狀之黏稠層30之螺谷的厚度較薄，電流較容易通過，因此工件20對應黏稠層30之螺谷的位置處即會受到較大電流，即工件20之此位置的溶解速度較快，相對而言，螺旋狀之黏稠層30之螺峰的厚度較厚，如此經過黏稠層30之螺峰的電流相對較小，工件20之對應位置之溶解速度較慢。基於上述原因，工件20之表面會受到不同強度的電流，且電流強度是對應螺旋狀之黏稠層30的厚度，如此工件20進行電化學加工時，工件20之表面並不是均勻被溶解，而是對應螺旋狀之黏稠層30，即形成螺紋21。如第一圖所示，形成於工件20之螺紋21係上密下疏，即靠近工件20之末端的螺紋21較疏，所以表示螺紋21並非為等間距。本發明可依據使用需求調整加工參數，而調整螺紋21之間距。

由上述說明可知，本發明利用表面輪廓並未對應螺紋21之輪廓的電極12對工件20進行電化學加工，即可形成螺紋21於工件20之表面，電極12之表面輪廓不需要如同習用電極需要對應螺紋21之輪廓，如此可以減少電極12的設計與加工時間，而減少電化學加工前的前置作業。此外，藉由調整電化學加工之加工參數可以調整螺紋21之輪廓，例如螺紋角度、螺紋深度或者螺紋間距，例如調整旋轉工件20之轉速或者加工電壓強度，可以調整螺紋21之角度；調整加工電壓強度或者加工時間，可以調整螺紋21之深度。

請一併參閱第三圖，其為本發明之一實施例之電化學加工方法的流程圖。如圖所示，步驟S1，提供工件20與電極12，電極12對應於工件20而設置，電極12之輪廓非對應於螺紋21之輪廓，並且如步驟S3所示，提供電解液11於工件20與電極12間，且電極12與工件20間具有間隔距離。之後，進行步驟S5，旋轉工件20，以使工件20之周緣電解液流場達螺旋渦流狀態；接著，如步驟S7所示，進行電化學加工，形成螺紋21於工件20的表面。由上述說明可知，本發明之電化學加工方法驅使工件20之周緣的電解液流場呈螺旋渦流狀態，並進行電化學加工，如此可形成螺紋21於工件20的表面。

請參閱第四圖，其為本發明之第二實施例之電化學加工裝置的示意圖。如圖所示，本實施例之電極12為中空筒，於進行電化學加工時，工件20位於電極12內，電極12之內表面為平面，其餘元件與作動同於上述實施例，於此不再贅述。

請參閱第五圖，其為本發明之第三實施例之電化學加工裝置的示意圖。如圖所示，當工件20進行電化學加工之過程，移行單元18會上下往復移動旋轉單元14，而對應於電極12上下往復移動工件20，而形成錐狀之螺紋22於工件20之表面。

請參閱第六圖，其為本發明之第四實施例之電化學加工裝置的示意圖。如圖所示，本實施例之旋轉單元14與工件20係水平（橫式）設置，移行單元18係水平移動旋轉單元14，而水平移動工件20，以進行電化學加工。此外，本實施例更包含一支撐件40，其用於支撐工件20。於本發明之一實施例中，工件20穿過支撐件40而被支撐。另外，本實施例更包含一電解液傳輸單元42，其傳輸電解液11於電極12與工件20之間。於本發明之一實施例中，電解液傳輸單元42為一噴頭。

本實施例更可包含一絕緣管44，其對應於工件20之末端並為中空管。當工件20進行電化學加工而螺紋21已形成於表面時，移行單元18朝絕緣管44之方向移動旋轉單元14而移動工件20，使得已形成螺紋21之部分工件20進入絕緣管44，而避免接觸電解液11，以避免已形成螺紋21之部分工件20持續進行電化學加工，即保護已形成螺紋21。換言之，本發明之電化學加工方法更可包含保護已形成之螺紋21。此外，本實施例更可包含一支撐件46，其用於支撐絕緣管44。本實施例之支撐件40與46僅為本發明之一實施例，並非限制本發明之支撐件40與46僅能於此。

綜合上述，本發明之電化學加工裝置與電化學加工方法使工件之周緣的電解液流場呈螺旋渦流狀態，如此進行電化學加工時，運用非對應螺紋之輪廓之電極即可形成螺紋於工件之表面。

由上述可知，本發明確實已經達於突破性之結構，而具有改良之發明內容，同時又能夠達到產業上利用性與進步性，當符合專利法之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請　鈞局審查委員授予合法專利權，至為感禱。

10‧‧‧電解液容置槽

11‧‧‧電解液

12‧‧‧電極

14‧‧‧旋轉單元

16‧‧‧電源供應單元

18‧‧‧移行單元

20‧‧‧工件

21‧‧‧螺紋

Claims (10)

1. 一種電化學加工裝置，其形成一螺紋於一工件之表面，該電化學加工裝置包含一旋轉單元，而旋轉該工件，該工件之周緣的一電解液流場呈一螺旋渦流狀態，以及一電極對應於該工件設置，該電極之輪廓非對應於該螺紋之輪廓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電化學加工裝置，其更包含有一移行單元與一絕緣管，該絕緣管對應於該工件設置，該移行單元朝該絕緣管之方向移動該工件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電化學加工裝置，其更包含有一移行單元，該移行單元對應於該電極往復移動該工件，而形成錐狀螺紋於該工件之表面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電化學加工裝置，其中該電極之表面為一平面。
5. 一種電化學加工方法，其包含驅使工件之周緣的電解液流場呈螺旋渦流狀態，並進行該電化學加工，形成螺紋於該工件之表面。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電化學加工方法，其更包含旋轉該工件，而驅使該電解液流場呈該螺旋渦流狀態。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電化學加工方法，更包含調整該電化學加工之至少一加工參數，而調整該螺紋之輪廓。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電化學加工方法，其中該加工參數包含旋轉該工件之轉速、進行該電化學加工之電壓強度或者加工時間。
9. 如申請專利範圍第5項所述之電化學加工方法，其更包含保護已形成之螺紋。
10. 如申請專利範圍第5項所述之電化學加工方法，其更包含形成黏稠層於該工件之表面，且該黏稠層呈螺旋狀。