TWI644747B - Electrochemical discharge machining device - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電化學放電加工裝置，其包含一電解液槽體、一加工電極、一輔助電極及一電源供應器，其中該加工電極包含一主體及複數個磨粒，該些磨粒設置於該主體之表面，該加工電極與該輔助電極位於該電解液槽體，且該電源供應器提供一電源至該加工電極及該輔助電極。由於該電化學放電加工裝置於加工時包含機械切削加工及電化學放電加工，因此其可以提升效率，並改善習知加工之精度不佳的問題。

Description

電化學放電加工裝置

本發明係關於一種電化學放電加工裝置，尤指以磨粒批覆之電極作為加工電極之電化學放電加工裝置。

按，電化學加工僅能對導體加工件進行加工，使得利用電化學機制進行加工受到加工件材料之限制，電化學放電加工係因應非導體加工件之加工需求所建立之加工方法，例如：玻璃、陶瓷、半導體晶圓及寶石等材料。然而，習知電化學放電加工用於上述之高硬度材料時，由於難以控制其放電之穩定性，加工後之加工件的精度不佳，例如於加工件形成孔時，孔不僅有擴孔量過大的現象，且孔表面容易產生蝕刻不均勻的現象。

為提升非導體加工件之加工精度並提高加工效率，本發明提出一種以具磨粒之電極作為加工電極之電化學放電加工裝置，以可解決習知技術之缺陷。

本發明之主要目的，係提供一種電化學放電加工裝置，其加工電極包含複數個磨粒，而設置於加工電極之主體的表面，該些磨粒於加工過程中直接接觸加工件，使得該些磨粒對該加工件進行機械加工，藉以提高加工效率。

本發明之另一目的，係提供一種電化學放電加工裝置，其於加工過程中，運用該加工電極之該些磨粒進行機械加工，並運用該加工電極進行電化學放電加工，以透過電化學放電加工修整該加工件，藉以提高加工精度並降低表面粗糙度。

為了達到上述之目的，本發明揭示了一種電化學放電加工裝置，其係包含：一電解液槽體；一輔助電極，其位於該電解液槽體；一加工電極，其位於該電解液槽體，並包含一主體及複數個磨粒，該些磨粒設置於該主體之表面；以及一電源供應器，其提供一電源至該加工電極及該輔助電極。

本發明之一實施例中，其亦揭露該電源供應器施加該電源於該加工電極時，複數個氣泡形成於未設置該些磨粒之該主體之表面，而位於該些磨粒間之間隙。

本發明之一實施例中，其亦揭露該電化學放電加工裝置之加工機制係初期以該加工電極之該些磨粒進行一機械切削加工，隨後以該加工電極進行一電化學放電加工。

本發明之一實施例中，其亦揭露該主體之前端呈球型。

本發明之一實施例中，其亦揭露該主體之表面具有至少一螺旋型溝槽。

本發明之一實施例中，其亦揭露該些磨粒為鑽石磨粒。

本發明之一實施例中，其亦揭露該電化學放電加工裝置更包含一移動模組，該加工電極設置於該移動模組。

本發明之一實施例中，其亦揭露該電化學放電加工裝置更包含一振動器，該振動器驅使該加工電極振動。

本發明之一實施例中，其亦揭露該電化學放電加工裝置更包含一移動模組，該電解液槽體設置於該移動模組。

本發明之一實施例中，其亦揭露該電化學放電加工裝置更包含一振動器，一加工件設置於該振動器，該振動器驅使該加工件振動，該加工件位於該電解液槽體。

10‧‧‧電化學放電加工裝置

100‧‧‧加工電極

1002‧‧‧夾持元件

1004‧‧‧主軸

1006‧‧‧移動模組

1008‧‧‧振動器

102‧‧‧主體

103‧‧‧螺旋型溝槽

104‧‧‧鑽石磨粒

110‧‧‧輔助電極

120‧‧‧電源供應器

130‧‧‧電解液槽體

132‧‧‧電解液

134‧‧‧氣泡

140‧‧‧加工件

141‧‧‧固定件

142‧‧‧孔洞

150‧‧‧振動器

160‧‧‧移動模組

161‧‧‧基座

162‧‧‧固定柱

163‧‧‧傳動組

1631‧‧‧傳動帶

164‧‧‧滑軌

165‧‧‧滑動件

166‧‧‧荷重

第一圖：其係本發明之電化學放電加工裝置之第一實施例的示意圖；第二圖：其係本發明之加工電極之一實施例的示意圖；第三圖：其係本發明之電化學放電加工裝置進行加工的示意圖；第四A圖：其係第三圖之A加工區域的放大示意圖；第四B圖：其係第三圖之B加工區域的放大示意圖；第五圖：其係本發明之電化學放電加工裝置之第二實施例的示意圖；第六圖：其係本發明之電化學放電加工裝置之第三實施例的示意圖；第七圖：其係本發明之電化學放電加工裝置之第四實施例的示意圖；以及第八圖：其係本發明之電化學放電加工裝置之第五實施例的示意圖。

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，謹佐以實施例及配合詳細之說明，說明如後：本發明提供一種電化學放電加工裝置，其係以表面具有磨粒之一加工電極對一加工件進行電化學放電加工，以可提升加工精度，且可提高加工效率。以下將針對本發明之電化學放電加工裝置進行說明。

請參閱第一圖及第二圖，其係本發明之電化學放電加工裝置之第一實施例的示意圖及本發明之加工電極之一實施例的示意圖。如圖所示，本發明之電化學放電加工裝置10包含一加工電極100、一輔助電極110、一電源供應器120、一電解液槽體130；其中，該加工電極100係包含一主體102與複數個磨粒104，該些磨粒104設置於該主體102之表面。此外，於加工前，可進一步注入一電解液132至該電解液槽體130中，並將該加工電極100、該輔助電極110及一加工件140放置於該電解液槽體130內。另外，該電源供應器120之正極與負極分別耦接於該輔助電極110與該加工電極100，於加工過程中，該電源供應器120提供一電源至該加工電極100及該輔助電極110，使該加工電極100與該輔助電極110於該電解液132之液面下形成電迴路，以產生電化學放電現象，而對該加工件140進行電化學放電加工。於本發明之一實施例中，該加工件140可固定於兩固定件141。

此外，本發明之電化學放電加工裝置10更包含一夾持元件1002、一主軸1004與一移動模組1006，該夾持元件1002夾持該加工電極100，該夾持元件1002設置於該主軸1004，該主軸1004設置於該移動模組1006，即相當於該加工電極100設置於該移動模組1006，該主軸1004可帶動該夾持元件1002旋轉，而可旋轉該加工電極100，該移動模組1006則用於帶動該主軸1004移動，即帶動該加工電極100至加工位置，而對應於該加工件140，以進行電化學放電加工。由於該加工電極100之表面具有該些磨粒104，因此電化學放電加工裝置10對該加工件140進行電化學放電加工時，該主軸1004可旋轉該加工電極100，而可利用該些磨粒104對該加工件140進行機械切削加工，以提高加工效率。後續會再針對本發明之電化學放電加工裝置10之加工機制作詳細說明。

復參閱第二圖，於本發明之一實施例中，該主體102之材料係可為碳化鎢，以讓該加工電極100具有較佳機械強度及較佳硬度等特性，以延長該加工電極100之使用壽命，但該主體102之材料不在此限。此外，於本發明之一實施例中，該些磨粒104為非導電體，而可為鑽石磨粒，但並非限制該些磨粒104僅能為鑽石磨粒，其可依據加工需求而決定。另外，於本發明之一實施例中，本發明之該輔助電極110之材料係可為石墨，但其材料不在此限。本發明之該加工件140係為非導體加工件，例如，玻璃、工程陶瓷、半導體晶圓或寶石等。

此外，為了能降低該加工電極100接觸該加工件140所造成之表面壓力，於本發明之一實施例中，該主體102之前端係呈球型，又，該主體102之表面可具有至少一螺旋型溝槽103，其係由於該些磨粒104對該加工件140進行機械切削加工時將產生碎屑，當該加工電極100旋轉時，該螺旋型溝槽103會擾動該電解液132，如此有助於加工過程中達到良好的排屑效果，此外，其亦可促進電解液132擾動而避免放電現象集中於加工入口處，因而改善習知技術於孔加工所產生之擴孔問題，然而該主體102之形狀不在此限。

又，該些磨粒104可透過電鍍等技術設置於該主體102上，於本發明之一實施例中，該些磨粒104無固定形狀，且由於其材料特性，該些磨粒104於機械切削過程中會產生切刃自銳現象，意即該些磨粒104在磨耗時亦能形成新的切刃，因而維持其切削效能，並能延長該加工電極100之使用壽命。

利用前述之本發明電化學放電加工裝置對加工件進行加工之過程中之加工機制包含機械切削加工與電化學放電加工，其中電化學放電加工又包含高溫化學蝕刻加工與放電氣化加工，接著，將分別說明該些加工機制。

請搭配參閱第一圖、第三圖、第四A圖及第四B圖，其係本發明之電化學放電加工裝置的示意圖、本發明之電化學放電加工裝置進行加工的示意圖、第三圖之A加工區域的放大示意圖及第三圖之B加工區域的放大示意圖。請見第三圖，其以電化學放電加工裝置對該加工件140進行孔加工為實施例，該加工電極100對該加工件140加工，以形成一孔洞142，在加工過程中，其加工機制分別如A加工區域及B加工區域所示。然而，本發明之電化學放電加工裝置並非僅能用於對該加工件140進行孔加工。

首先如第四B圖之B加工區域的放大示意圖所示，其示意該加工件140初期被該加工電極100進行加工之B加工區域的加工狀態。當該電源供應器120提供該電源至該加工電極100時，由於該些磨粒104不導電，其不參與電化學放電，因此該主體102上未設置該些磨粒104之表面產生複數個氣泡134，即該些氣泡134位於該些磨粒104間之間隙；由於該B加工區域初期被該加工電極100進行機械切削加工，因此該加工電極100與該加工件140之間隙較小，加上該些磨料104阻隔該些氣泡134，使得該些氣泡134無法於該加工電極100之外圍形成完整的絕緣氣泡膜，而該些磨粒104直接接觸該加工件140以進行機械切削加工，由於該些磨粒104直接對該加工件140進行機械切削加工，如此相較於習知電化學放電加工裝置僅以電化學放電加工進行加工，本發明之電化學放電加工裝置可大幅提升加工效率。由此可知，初期進行加工之B加工區域的加工機制會是以機械切削加工為主。

接著，如第四A圖之A加工區域的放大示意圖所示，其示意經過該加工電極100之該些磨粒104進行機械切削加工後之A加工區域的加工狀態。由於該加工電極100與該加工件140之間隙較大，使得該些氣泡134可自該主體102之表面脫離，進一步於該加工電極100之外圍形成完整的絕緣氣泡膜，其阻隔該加工電極100及該輔助電極110之電迴路而呈斷路狀態，接 著，待該電源供應器120所提供之該電源突破絕緣氣泡膜之臨界電壓，即產生電弧放電的現象，並藉由電弧放電所產生的熱能會加熱電解液132至高溫，如此使得高溫電解液132會對該加工件140進行高溫化學蝕刻，該電解液132原先即為化學蝕刻液，因為高溫會提高化學蝕刻對該加工件140之作用，且高溫會使該加工件100熔融且蒸發，其即為電化學放電加工之放電氣化加工。由此可知，經初期機械切削加工後之A加工區域的後期加工機制會是以電化學放電加工為主。

如前所述，電化學放電加工需於該電解液132之液面下執行，起初該加工電極100之該些磨粒104及該加工件140相互接觸進行機械切削加工，此時該電源供應器120也會提供該電源至該加工電極100及該輔助電極110而形成電迴路，該加工件140仍有緩慢的化學蝕刻反應，但隨著該些磨粒104對該加工件140進行機械切削加工而該加工電極100與該加工件140之間隙增大，後期加工過程中因電弧放電所產生的高溫能加快化學蝕刻，且該加工件140因高溫而熔融且蒸發。

上述之高溫化學蝕刻加工與放電氣化加工皆能於該些磨粒104對該加工件140進行機械切削加工之後修整該孔洞142之表面，因而提升該孔洞142之加工精度，此外，由於該些氣泡134係自該些磨粒104之間隙生成而受該些磨粒104阻擋，其與習知技術相較下，該些氣泡134較不會互相融合，因此該些氣泡134之大小較為均勻，且該些氣泡134受該些磨粒104阻擋，因此能避免該些氣泡134囤積於該孔洞142之加工入口處，如此電化學放電加工之效能較佳，如此，不僅改善該孔洞142之擴孔過大的問題，亦能減少該孔洞142之表面之流痕，即表示可提高電化學放電加工之加工精度。

請參閱第五圖，其係本發明之電化學放電加工裝置之第二實施例的示意圖。如圖所示，本實施例之電化學放電加工裝置10更包含一振動器 150，兩該固定件141設置於該振動器150之頂部，如此該加工件140相當於設置在該振動器150，該振動器150會振動，而驅使該加工件140振動，其有助於排除該加工件140進行加工所產生之碎屑，且該振動器150振動時，係會擾動該電解液132，如此有助於帶離該些碎屑而遠離該加工件140與該加工電極100。於本發明之一實施例中，該振動器150可為一超音波振動器。

請參閱第六圖，其係本發明之電化學放電加工裝置之第三實施例的示意圖。如圖所示，本實施例之電化學放電加工裝置10更包含一移動模組160，該電解液槽體130設置於該移動模組160，該電化學放電加工裝置10對該加工件140進行加工時，該移動模組160可往上移動，而朝該加工電極100之方向移動該加工件140，此時該加工電極100係固定不動，而相當於該加工件140朝該加工電極100的方向進給，以進行加工。移動模組160可為一氣壓移動平台或者一油壓移動平台，更或者可為其它移動結構。

請參閱第七圖，其係本發明之電化學放電加工裝置之第四實施例的示意圖。如圖所示，本實施例之該電化學放電加工裝置10之移動模組160包含一基座161、一固定柱162、一傳動組163、一滑軌164、一滑動件165與一荷重166。該固定柱162設置於該基座161，該傳動組163設置於該固定柱162之一端，該滑軌164設置於該固定柱162之一側，該滑動件165設置於該電解液槽體130之一側，該滑動件165設置於該滑軌164，並可滑移於該滑軌164，即將該電解液槽體130設置於該滑軌164上並可滑移於該滑軌164，以限制該電解液槽體130之移動方向，使其只能沿著該滑軌164移動，此外該傳動組163之一傳動帶1631之一端連接於該電解液槽體130，而該荷重166係掛設於該傳動帶1631之另一端。如此，藉由荷重166與傳動組163即可帶動該電解液槽體130滑移於該滑軌164，而驅使該加工件140朝該加工電極100之方向進給。於本發明之一實施例中，該滑軌164可為一線性滑軌，而該傳動組163 可為一皮帶傳動輪組，或者一鏈條傳動輪組，而該傳動帶1631可為一皮帶或者為一鏈帶，此外荷重166可為砝碼。

於加工前，利用荷重166之重力以帶動該電解液槽體130向上移動，驅使該加工件140向上移動而與該加工電極100接觸，接著，於加工過程中透過調整該荷重166之重量使該加工件140朝向該加工電極100之方向進給。

請參閱第八圖，其係本發明之電化學放電加工裝置之第五實施例的示意圖。如圖所示，本實施例相對於第六圖之實施例係更包含有一振動器1008，其設置於該夾持元件1002，而相當於該振動器1008設置於該加工電極100，而驅使該加工電極100振動。該振動器1008有助於排除於該加工電極100對該加工件140進行加工所產生之碎屑，且該振動器1008振動時，係會擾動該電解液132，如此有助於帶離該些碎屑而遠離該加工件140與該加工電極100。於本發明之一實施例中，該振動器1008可為一超音波振動器。

綜合上述內容可以得知，本發明所提供之電化學放電加工裝置，其先透過設置於加工電極上之磨粒對加工件進行機械切削加工，再透過電化學放電加工對加工件之表面進行修整，除可提升加工效率外，亦可提高加工精度，此外，藉由磨粒阻擋氣泡，可降低該些氣泡間之融合，如此可提高該些氣泡之均勻性，可進一步提升電化學放電加工之精度。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

Claims (9)

1. 一種電化學放電加工裝置，其包含：一電解液槽體；一輔助電極，其位於該電解液槽體；一加工電極，其位於該電解液槽體，並包含一主體及複數個磨粒，該些磨粒設置於該主體之側表面；以及一電源供應器，其提供一電源至該加工電極及該輔助電極；其中，該加工電極之加工機制係初期以該加工電極之該些磨粒進行一機械切削加工，隨後以該加工電極進行一電化學放電加工。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電化學放電加工裝置，其中該電源供應器施加該電源於該加工電極時，複數個氣泡形成於未設置該些磨粒之該主體之表面，而位於該些磨粒間之間隙。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電化學放電加工裝置，其中該主體之前端呈球型。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電化學放電加工裝置，其中該主體之表面具有至少一螺旋型溝槽。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電化學放電加工裝置，其中該些磨粒為鑽石磨粒。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電化學放電加工裝置，其更包含一移動模組，該加工電極設置於該移動模組。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電化學放電加工裝置，其更包含一振動器，該振動器設置於該加工電極，而驅使該加工電極振動。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電化學放電加工裝置，其更包含一移動模組，該電解液槽體設置於該移動模組。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電化學放電加工裝置，其更包含一振動器，一加工件設置於該振動器，該振動器驅使該加工件振動，該加工件位於該電解液槽體。