TWI742663B - 電解加工設備及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電解加工設備用以對工件上的孔洞進行加工。電解加工設備包含工作平台、電解液提供裝置以電解電極。工作平台包含承載平台及流道。當承載平台承載工件時，流道的位置對應工件的孔洞位置。電解液提供裝置連接流道以透過流道提供電解液至孔洞。電解電極相對於工作平台而設置並且以垂直承載平台的方向移動。當承載平台承載工件時，電解液流經孔洞並且電解電極以變速度於孔洞中移動，以對孔洞的側壁表面進行電解加工而形成孔洞的特徵形狀。

Description

電解加工設備及其方法

本發明關於一種加工設備，並且特別地，關於一種可利用電解加工的方式加工出不同形狀的孔洞的電解加工設備。

噴嘴係為常用的機械零件並且廣泛應用於各種領域。通常噴嘴具有微小的孔洞，以使液體從管內經由壓力通過噴嘴時以霧狀的形式噴出。而在機械零件結構的微型化及精密化的趨勢下，當噴嘴的孔洞的形狀為錐形時，噴嘴可具有更高的噴射壓力及更好的噴霧效果。舉例來說，在汽車工業中，柴油引擎噴嘴上的錐形微孔有助於燃油的霧化效果，以提升燃油的燃燒效率並減少排氣量；在生醫產業中，藥物可透過錐形微孔被噴灑於心導管支架上，以避免心導管支架於血管中造成血栓的發生；在半導體產業中，蝕刻液可透過具有錐形微孔的噴嘴被噴灑於需移除的材料上，以提升加工精度。

由於噴嘴的材料多為耐腐蝕、耐高溫且具高硬度及高強度的合金鋼，因此錐形微孔難以傳統機械方式加工而形成。現有技術的錐形微孔通常係採用放電加工或雷射加工而形成。雖然以放電加工的方式所形成的微孔的效率高，但是放電電極會產生損耗而影響微孔的形狀以及精度。 再者，雖然雷射加工沒有電極損耗的問題，但是微孔表面的品質不佳且易產生毛邊。此外，現有的技術僅能加工出正錐微孔，因此當計設或結構需求需要倒錐微孔，甚至微孔內壁需加工成特定形狀時，現有的技術皆無法達成。

因此，有必要研發一種新式的電解加工設備，可根據設計需求有效地加工出工件的孔洞形狀，以解決先前技術之問題。

有鑑於此，本發明之一範疇在於提供一種電解加工設備，以解決先前技術的問題。

根據本發明之一具體實施例，電解加工設備用以對一工件上的孔洞進行加工。電解加工設備包含工作平台、電解液提供裝置以及電解電極。工作平台包含承載平台以及位於承載平台上的流道。承載平台用以承載工件。當承載平台承載工件時，流道的位置對應工件的孔洞位置。電解液提供裝置連接流道以透過流道提供電解液至孔洞。電解電極相對於工作平台而設置並且以垂直於承載平台的方向移動。其中，當工作平台的承載平台承載工件時，電解液提供裝置所提供的電解液流經孔洞，並且電解電極以一變速度於孔洞中移動，以對孔洞的側壁表面進行電解加工而形成孔洞的特徵形狀。

其中，電解電極包含本體以及絕緣層。絕緣層包覆本體的側表面，致使本體的一端露出形成加工部。進一步地，絕緣層為環氧樹脂。

其中，變速度包含第一變速度以及第二變速度。電解電極先以第一變速度於孔洞中移動，再以第二變速度於孔洞中移動。第一變速度 大於第二變速度。

其中，電解電極以一速度自轉並且同時以變速度於孔洞中移動。

本發明的電解加工設備進一步包含電源供應單元，耦接工件以及電解電極。電源供應單元提供正電於工件並且提供負電於電解電極。

本發明的電解加工設備進一步包含鑽頭，相對工作平台而設置。鑽頭用以於一加工位置鑽孔工件以形成孔洞。

進一步地，本發明的電解加工設備包含控制器，耦接鑽頭以及電解電極。控制器控制鑽頭以及電解電極皆於加工位置加工該工件。

本發明之另一範疇在於提供一種電解加工方法，以解決先前技術的問題。

根據本發明之一具體實施例，電解加工方法包含以下步驟：製備電解電極；設置具有孔洞的工件於工作平台的承載平台上，其中工作平台包含流道，並且流道的位置對應孔洞的位置；提供電解液流經該流道以及孔洞，並且設置電解電極於孔洞中；以及電解電極以變速度於孔洞中移動，以電解加工孔洞的側壁表面而形成孔洞的特徵形狀。

其中，在製備電解電極的步驟中，進一步包含以下步驟：形成一絕緣層包覆電解電極的外側；以及研磨電解電極的加工部的絕緣層。而於電解電極以變速度於孔洞中移動，以電解加工孔洞的側壁表面而形成孔洞的特徵形狀的步驟中，進一步為：電解電極以變速度於孔洞中移動，並且加工部電解加工孔洞的側壁表面而形成孔洞的特徵形狀。

在一具體實施例中，電解加工方法包含以下步驟：鑽孔工件 以形成孔洞。

其中，於電解電極以變速度於孔洞中移動，以電解加工孔洞的側壁表面而形成孔洞的特徵形狀的步驟中，進一步為：電解電極先以第一變速度於孔洞中移動，再以第二變速度於孔洞中移動，以電解加工孔洞的側壁表面而形成孔洞的特徵形狀。其中第一變速度大於第二變速度。

綜上所述，本發明之電解加工設備可透過周面絕緣的電極以及由變速度移動的方式加工出各種需求形狀的孔洞，並且電解電極可藉由自轉的方式均勻電解加工孔洞，以提高加工品質以及效率。此外，電解加工設備也可於同一加工位置進行鑽孔加工以及電解加工，以提高效率並節省成本。

1、1’:電解加工設備

11:工件平台

111:承載平台

112:流道

115:電解液入口

116:電解液出口

117:凹槽

12:電解液提供裝置

13:電解電極

131:本體

132:絕緣層

133:加工部

16’:鑽頭

17’:控制器

19:底板

2:工件

21:孔洞

22A:第一表面

22B:第二表面

S1~S5、S11、S12、S41:步驟

圖1係繪示根據本發明之一具體實施例之電解加工設備的簡單示意圖。

圖2係繪示圖1之工作平台及工件的剖面示意圖。

圖3係繪示圖1之電解電極及工件於電解時的剖面示意圖。

圖4係繪示根據本發明之一具體實施例之電解加工方法的步驟流程圖。

圖5係繪示根據本發明之一具體實施例之電解加工方法的步驟流程圖。

圖6係繪示根據本發明之一具體實施例之電解加工方法的步驟流程圖。

圖7係繪示根據本發明之一具體實施例之電解加工設備的簡單示意圖。

圖8係繪示根據本發明之一具體實施例之電解加工方法的步驟流程圖。

為了讓本發明的優點，精神與特徵可以更容易且明確地了 解，後續將以具體實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。值得注意的是，這些具體實施例僅為本發明代表性的具體實施例，其中所舉例的特定方法、裝置、條件、材質等並非用以限定本發明或對應的具體實施例。又，圖中各裝置僅係用於表達其相對位置且未按其實際比例繪述，合先敘明。

請參考圖1及圖2。圖1係繪示根據本發明之一具體實施例之電解加工設備1的示意圖。圖2係繪示圖1之工作平台11及工件2的剖面示意圖。如圖1所示，本具體實施例的電解加工設備1係用以對一工件2上的孔洞21進行加工其包含工作平台11、電解液提供裝置12以及電解電極13。工作平台11包含承載平台111，並且承載平台111用以承載工件2。電解液提供裝置12連接工作平台11並且用以提供電解液至工作平台11。電解電極13相對於工作平台11而設置並且以垂直於承載平台111的方向移動。

於本具體實施例中，電解加工設備1可包含一底板19，並且工作平台11、電解液提供裝置12以及電解電極13皆可設置於底板19上。工作平台11可以鎖固的方式於底板19上，並且工件2可以，但不限於，鎖固或夾合的方式固定於承載平台111上。如圖2所示，工作平台11進一步包含流道112位於承載平台111中。在本具體實施例中，流道112係為一盲孔，並且設置於承載平台111承載工件2的一側。進一步地，流道112的位置對應工件2的孔洞21的位置。因此，當工件2固定於承載平台111上時，流道112與工件2的孔洞21互相連通。此外，流道112的尺寸可大於工件2的孔洞21的尺寸。於實務中，流道112的形狀與形式不限於此，其可根據需求而決定。

電解液提供裝置12可連接工作平台11的流道112並且可提供電解液至流道112。在本具體實施例中，工作平台11包含電解液入口115連接 電解液提供裝置12，並且電解液入口115與流道112連通。因此，當電解液提供裝置12提供電解液至工作平台11時，電解液提供裝置12可經由電解液入口115以及流道112提供電解液至工件2的孔洞21。進一步地，工作平台11可包含電解液出口116以及凹槽117。凹槽117環設於承載平台111的外側，並且電解液出口116連通凹槽117並且連接電解液提供裝置12。當電解液提供裝置12所提供的電解液自流道112流經工件2的孔洞後，進一步流至凹槽117並且通過電解液出口116流回電解液提供裝置12。因此，電解液提供裝置12所提供的電解液可依序流經電解液入口115、流道112、工件2的孔洞21、凹槽117以及電解液出口116而形成一迴路。於實務中，由凹槽117流出的電解液亦可不流回電解液提供裝置12。

在本具體實施例中，電解電極13設置於工作平台11的上方並且以靠近及遠離工作平台11的方向移動。進一步地，當工件2固定於承載平台111上時，電解電極13的位置對應工件2的孔洞21的位置。於實務中，電解電極13可由馬達、氣缸或螺桿等驅動。在本具體實施例中，電解電極13的位置除了對應工件2的孔洞21之外，也對應流道112的位置。因此，電解電極13可伸入或貫穿工件2的孔洞21以進行電解加工。

在本具體實施例中，電解加工設備1進一步包含電源供應單元(圖未示)，耦接工件2以及電解電極13。電源供應單元可提供正電於工件2並且提供負電於電解電極13。於實務中，電源供應單元可為直流式電源供應器。當電解電極13移動至工件2的孔洞21中時，電解電極13以及工件2透過孔洞21內的電解液產生電化學反應，使孔洞21的側壁被電解而產生特徵形狀。

請參考圖3，圖3係繪示圖1之電解電極13及工件2於電解時的剖面示意圖。在本具體實施例中，電解電極13進一步包含本體131以及絕緣層132。絕緣層132包覆本體131的側表面1311，但不包覆電解電極13的本體131的端面，使得本體131的一端露出形成加工部133。於實務中，電解電極13的本體131材質可為金屬或具導電性的材料，並且絕緣層132的材料為不導電的材料，例如環氧樹脂。由於絕緣層132不導電，因此當電解電極13伸入或貫穿工件2的孔洞21進行電解加工時，電解電極13的本體131的外周面不會與孔洞21產生電化學反應，僅位於本體131端面的加工部133會透過電解液與工件2的孔洞21內壁產生電化學反應。因此，當電解電極13位於工件2的孔洞21移動並進行電解時，電解電極13的加工部133與孔洞21的側壁產生電場並且產生電化學反應，以使孔洞21的側壁因電解而產生凹陷。進一步地，當電解電極13移動時，電解電極13的加工部133隨著加工部133於孔洞的側壁的位置進行電解，進而產生特徵形狀。

進一步地，在本具體實施例中，電解電極13以一速度自轉並於工件2的孔洞21中移動以進行電解加工。於實務中，電解電極13可以1000rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm或5000rpm以上的旋轉速度自轉。由於電解電極13於孔洞21中旋轉時，電解電極13可帶動電解電極13與孔洞21之間的電解液均勻流動，使得電解加工反應更均勻。因此，電解電極13可均勻的電解加工孔洞21，以減少並去除孔洞的毛邊，進而提高效率及加工品質。

請參考圖1至圖4。圖4係繪示根據本發明之一具體實施例之電解加工方法的步驟流程圖。圖4的電解加工方法可由圖1的電解加工設備1 來達成。在本具體實施例中，電解加工方法包含以下步驟：步驟S1：製備電解電極13；步驟S2：設置具有孔洞21的工件2於工作平台11的承載平台111上，其中工作平台11包含流道112，並且流道112的位置對應孔洞21的位置；步驟S3：提供電解液流經流道112以及孔洞21，並且設置電解電極13於孔洞中；以及步驟S4：電解電極13以一變速度於孔洞21中移動，以電解加工孔洞21的側壁表面而形成孔洞21的特徵形狀。於實務中，電解電極13製備出加工部133並且設置於承載平台111的上方。當工件2固定於承載平台111後，工件2的孔洞21與工作平台11的流道112連通。接著，電解液提供裝置12提供電解液，並且電解液以一變速度自流道112往孔洞21的方向流動。此時，電源供應單元15開啟電源並且電解電極13於含有電解液的孔洞21中移動，以電解加工孔洞21的側壁表面而形成特徵形狀。而變速度可為加速度，但不限於此，變速度也可由多個不同的速度所組成。

前述所提及的特徵形狀可根據絕緣層包覆於本體外表面的電解電極於孔洞中的移動方向以及變速度而決定。如圖3所示，在本具體實施例中，工件2包含第一表面22A以及第二表面22B。當電解電極13穿過工件2的孔洞21並以一正加速度自第二表面22B至第一表面22A的方向移動時，孔洞21的特徵形狀係為倒錐形狀。於實務中，由於電解電極13於孔洞21的移動速度與電化學反應的程度呈反比，因此，當電解電極13加工孔洞21時，電解電極13以由慢變快的速度自第二表面22B至第一表面22A移動。而電解電極13一開始的移動速度較小，靠近第二表面22B的孔洞21的側壁表面的凹陷較大。也就是說，電解電極13於靠近第二表面22B的孔洞21的電化學反應最大。而當電解電極13移動至第一表面22A時，由於電解電極13的移動速度 加快，導致電化學反應的程度遞減，進而產生倒錐形狀的孔洞21。而孔洞的特徵形狀不限於倒錐形狀，也可為正錐形狀、沙漏形狀、葫蘆形狀等。當電解電極13穿過工件2的孔洞21並以一負加速度自第二表面22B至第一表面22A的方向移動時，孔洞21的特徵形狀係為正錐形狀。此外，當電解電極13依序以等速度、等加速度、等速度、等減速度以及等速度的方式自第二表面22B至第一表面22A的移動時，則孔洞21的特徵形狀係為葫蘆形狀。

請參考圖3、圖4及圖5，圖5係繪示根據本發明之一具體實施例之電解加工方法的步驟流程圖。在本具體實施例中，圖4中的步驟S1可進一步為：步驟S11：形成絕緣層132包覆於電解電極13的外側；以及步驟S12：研磨電解電極13的加工部133的絕緣層132。於實務中，電解電極13可先以電著塗裝的方式將非導電材料電鍍於本體131的側表面1311以形成絕緣層，接著，電解電極13可藉由研磨機研磨電解電極13的端部的絕緣層，以使端部的金屬材質露出進而形成加工部133。在本具體實施例中，電解電極13的加工部133的形狀為一平面，但實務中不限於此，加工部的形狀也可為凸點、圓弧形或錐形等。

請參考圖6及圖7。圖6係繪示根據本發明之一具體實施例之電解加工設備1’的簡單示意圖，圖7係繪示根據本發明之一具體實施例之電解加工方法的步驟流程圖。圖7的電解加工方法可由圖6的電解加工設備1’來達成。本具體實施例與前述的具體實施例的不同之處係在於本具體實施例的電解加工設備1’進一步包含鑽頭16’以及控制器17’。在本具體實施例中，鑽頭16’用以於鑽孔工件2以形成孔洞。控制器17’耦接鑽頭以及電解電極13。於實務中，鑽頭16’可靠近及遠離工作平台11的方向移動，並且鑽頭 16’以及電解電極13皆可動地設置於工作平台11上。控制器17’可為CNC控制器並且可執行CNC程式，因此，控制器17’可控制鑽頭以及電解電極13於工作平台11上的位置。進一步地，控制器17’控制鑽頭16’移動至工件2的上方並鑽孔工件2以產生孔洞21(如圖7的步驟S5)後，控制器17’控制鑽頭16’移動並遠離工件2，接著，控制器17’再控制電解電極13移動至鑽頭16’加工工件2的位置以對工件2的孔洞進行電解加工。在另一具體實施例中，控制器17’以換刀的方式更換鑽頭16’以及電解電極13，以使鑽頭16’以及電解電極13皆於同一加工位置加工工件2。於實務中，控制器17’可藉由CNC程式先控制鑽頭16’鑽孔工件2以產生孔洞21後，控制器17’再執行換刀的CNC程式將電解電極13設置於鑽頭16’加工工件2的位置，接著電解電極13再對鑽頭16’加工工件2所形成孔洞21進行電解加工。因此，鑽頭16’以及電解電極13加工工件2時皆保持於工件2的孔洞的中心，以維持加工精度，進而提高效率以及節省成本。請注意，本具體實施例的電解電極13係包含絕緣層以及加工部。

前述的電解電極除了可於孔洞中以一方向移動之外，也可多次於孔洞中移動。請參考圖3及圖8，圖8係繪示根據本發明之一具體實施例之電解加工方法的步驟流程圖。在本具體實施例中，如步驟S41，變速度包含第一變速度以及第二變速度。電解電極13先以第一變速度於孔洞21中移動，再以第二變速度於孔洞21中移動。其中，第一變速度大於第二變速度。於實務中，當工件2的孔洞21品質不佳或具有毛邊時，電解電極13可先由第一變速度修正孔洞21的形狀以及去除毛邊。接著，電解電極13再由第二變速度加工孔洞21，以確保加工的品質，進而提高效率。

綜上所述，本發明之電解加工設備可透過周面絕緣的電極以 及由變速度移動的方式加工出各種需求形狀的孔洞，並且電解電極可藉由自轉的方式均勻電解加工孔洞，以提高加工品質以及效率。此外，電解加工設備也可於同一加工位置進行鑽孔加工以及電解加工，以節省成本。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1:電解加工設備

11:工作平台

115:電解液入口

116:電解液出口

12:電解液提供裝置

13:電解電極

19:底板

2:工件

Claims (12)

1. 一種電解加工設備，用以對一工件上之一孔洞進行加工，該電解加工設備包含：一工作平台，包含一承載平台以及位於該承載平台上之一流道，該承載平台用以承載該工件，當承載平台承載該工件時，該流道之位置對應該工件之該孔洞位置；一電解液提供裝置，連接該流道以透過該流道提供一電解液至該孔洞；以及一電解電極，相對於該工作平台而設置並且以垂直於該承載平台的方向移動；其中，當該工作平台之該承載平台承載該工件時，該電解液提供裝置所提供的該電解液流經該孔洞，該電解電極以一變速度於該孔洞中移動並電解加工該孔洞之側壁表面，以根據該變速度對該孔洞加工變形形成一特徵形狀。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電解加工設備，其中該電解電極包含一本體以及一絕緣層，該絕緣層包覆該本體的一側表面，致使該本體之一端露出形成一加工部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電解加工設備，其中該絕緣層為環氧樹脂。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電解加工設備，其中該變速度包含一第一變速度以及一第二變速度，該電解電極先以該第一變速度於該孔洞中移動，再以該第二變速度於該孔洞中移動，該第一變速度大於該第二變速度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電解加工設備，其中該電解電極以一速度自轉並且同時以該變速度於該孔洞中移動。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電解加工設備，進一步包含一電源供應單元，耦接該工件以及該電解電極，該電源供應單元提供正電於該工件並且提供負電於該電解電極。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電解加工設備，進一步包含一鑽頭相對該工作平台而設置，該鑽頭用以於一加工位置鑽孔該工件以形成該孔洞。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電解加工設備，進一步包含一控制器，耦接該鑽頭以及該電解電極，該控制器控制該鑽頭以及該電解電極皆於該加工位置加工該工件。
9. 一種電解加工方法，包含以下步驟：製備一電解電極；設置具有一孔洞的一工件於一工作平台的一承載平台上，其中該工作平台包含一流道，並且該流道的位置對應該孔洞的位置；提供一電解液流經該流道以及該孔洞，並且設置該電解電極於該孔洞中；以及該電解電極以一變速度於該孔洞中移動並電解加工該孔洞的側壁表面，以根據該變速度對該孔洞加工變形形成一特徵形狀。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電解加工方法，其中於製備該電解電極的步驟中，進一步包含以下步驟：形成一絕緣層包覆該電解電極的外側；以及研磨該電解電極的一加工部的該絕緣層；並且於該電解電極以該變速度於該孔洞中移動，以電解加工該孔洞的側壁表面而形成該孔洞的該特徵形狀的 步驟中，進一步為：該電解電極以該變速度於該孔洞中移動，並且該加工部電解加工該孔洞的側壁表面而形成該孔洞的該特徵形狀。
11. 如申請專利範圍第9項所述之電解加工方法，進一步包含以下步驟：鑽孔該工件以形成該孔洞。
12. 如申請專利範圍第9項所述之電解加工方法，其中於該電解電極以該變速度於該孔洞中移動，以電解加工該孔洞的側壁表面而形成該孔洞的該特徵形狀的步驟中，進一步為：該電解電極先以一第一變速度於該孔洞中移動，再以一第二變速度於該孔洞中移動，以電解加工該孔洞的側壁表面而形成該孔洞的該特徵形狀，其中該第一變速度大於該第二變速度。

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