[发明专利]一种使用平面薄金属片电极的电解电火花加工方法

说明书

本发明属于微细加工领域，特别涉及一种使用平面薄金属片电极的电解电火花加工方法及其装置，所述所设计的装置的加工过程包括：电解反应产生气泡、气泡聚集合与绝缘层形成、平面电极弯曲形变与放电通道形成、材料的蚀除与抛出、消电离与电极形变恢复五个阶段，实现了加工中电极位置的微进给，解决了电解电火花加工中间隙控制的难题，与传统单点放电的加工方法相比，平面薄金属片电极可以实现整个平面的放电加工，大大提高了加工效率，装置结构简单，成本低廉，使高精度、低成本、高效率的微细加工方法成为可能，具有重要的理论意义和工程应用价值。

技术领域

本发明属于微细加工领域，特别涉及一种使用平面薄金属片电极的电解电火花加工方法及其装置。

背景技术

随着微观尺寸产品在微机电系统、微流体学、生物医学测试系统等领域的广泛应用，微型零部件的加工受到了极大的重视。为了在现代工业中探寻高效、高精度、经济成本低的微型零部件加工方案，研究人员利用电火花加工、电解加工等特种加工技术以及基于光刻技术的微细加工技术展开研究。在小批量加工中，特种加工技术比光刻技术更加经济实惠。特种加工技术利用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除材料的目的。依靠热能的加工方式包括激光加工和电火花加工，激光加工常用于陶瓷、聚合物和金属材料的制造，但这种加工技术需要昂贵的设备和很高的维护费用，且加工中热影响区的存在限制了其在精密加工中的应用。微细电火花加工和电火花线切割加工同样利用热能去除材料，在微型零件加工中得到了广泛应用，但其缺点是仅能加工导电材料。依靠特殊机械能去除材料的超声加工和磨料流加工在脆硬材料制造中取得了良好的效果，且无需考虑加工材料的导电性，但因无法加工柔性材料限制了其应用。依靠化学能的电解加工可实现复杂微型结构的加工，且表面光洁度良好，但其缺点是尺寸误差大、无法加工深宽比较大的结构。基于工业应用的需要，可加工多种工件材料、无需考虑材料硬度、强度、导电性的加工方法开始引起工业界的关注。

电解电火花加工通过电化学反应形成的气泡使电极和工件间形成高电位梯度，引起火花击穿放电，用火花放电的瞬时高温及冲击波等作用来达到去除工件的目的。电解电火花加工兼具电解加工和电火花加工的优点，与传统特种加工方法相比，电解电火花加工不受材料强度、硬度和导电性的限制，在导电材料和非导电材料、硬脆材料和柔性材料加工中皆可应用。

加工间隙控制一直是电解电火花加工的难题，目前滚珠丝杠加交流伺服电机或直线电机是主流的伺服驱动装置，随着技术的进步，这两种驱动机构的精度也在不断提高，配合高精密光栅尺的直线电机可以达到较高的进给精度，但独立使用仍然无法完全满足电解电火花加工精密伺服进给和稳定加工的要求。同时，改善微小加工间隙内电解液的流体动力学条件，建立合理的流场，保证电解产物排除顺利也是提高电解电火花加工性能的重要手段。随着微工厂概念的提出，专门用于加工微零件的装置开始出现，其基本方法是将传统数控系统小型化，在加工过程中使用MEMS可有效解决这一问题。

例如，CN105269094A提供了一种面向非导电硬脆材料加工的超声振动辅助微细电解电火花线切割加工方法及装置。本发明加工方法利用超声振动沿电极丝的轴向激励工件，电极丝与辅助电极在电解液中发生电解反应，使电极丝周围析出氢气，进而形成气膜使电极丝与电解液绝缘。本发明加工装置包括机床床身、电解-电火花线切割装置、超声振动单元和工作台；机床床身上设有贮丝筒、主动轮、张紧装置、导轮支架；电解-电火花线切割装置包括固定工件的夹持装置、工件、主轴、走丝装置、电极丝、盛有电解液的工作液箱、辅助电极、电解-电火花电源；辅助电极接电解-电火花电源的正极，电极丝通过外部送丝装置接负极，该方案仅适合线切割。

另外，CN103611994A提供了一种复杂曲面无再铸层单/群孔多工位电火花-电解复合加工机床，包括机床本体、阴极系统、工作液循环系统、电源系统和控制系统，电源系统其控制电路根据不同加工需求控制不同波形电源的切换，电源信号经输出电路施加到工具电极和工件电源系统，采用单回路或多回路供电方式，对工具电极进行独立供电；工作液循环切换装置可实现电火花-电解复合加工所需管电极内外冲液自由切换的特殊需求，该方案需要精密机床和高昂的传感器以及复杂的算法来控制间隙。