一种气膜屏蔽阵列电极微细电解加工装置的制作方法

本实用新型涉及微细加工技术领域，更具体的说，尤其涉及一种气膜屏蔽阵列电极微细电解加工装置。

背景技术：

随着科学研究和工业技术的发展，高新技术产品向功能集成化、超精密化和外形小型化方向发展，零部件的尺寸日趋微小化；同时，随着新兴的微机电系统(MEMS)发展对高精度微型机械的迫切需求，由此伴随而来的是大量形状各异的微小尺寸结构和高精度零件的不断增加。微细群孔阵列作为一种典型的微细结构在MEMS、航空航天、精密仪器、化纤等领域有着广泛的应用，如高速打印机喷嘴板、光纤连接器、化纤喷丝板、航空发动机高压压气机空气导管内的阻尼衬套加力燃烧室的防振、隔热屏以及微喷、微泵中的微细结构等。

而微细加工是目前世界制造业所关注的一个重要发展方向。硅制造技术和近些年发展起来的LIGA技术都是非常成功的微细制造技术。微细电解加工是基于金属电化学溶解原理基础之上，其材料的减少过程以离子的形式进行的，理论上表面精度和加工尺寸可以达到微米级。微细电解加工中，加工间隙很小(为微米尺寸)，反应过程中工件阳极金属不断地失去电子成为离子而溶解到电解液中去，同时阴极有氢气放出，这种微溶解方式使其在微细精密制造领域有着很大的发展潜力。同时微细电解加工具有工具无损耗、生产效率高、加工表面质量好以及与材料硬度无关等优点，因此，一些发达国家如美国、日本、德国、韩国等国家的很多研究机构都纷纷开展了微细电解加工技术的研究，并在一些关键技术上取得了一定进展。并且提出金属表面微结构应用和需求量的日益增加的同时，如何实现微结构稳定、高效、高精度的加工显得十分迫切和重要的理念。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种微结构稳定、加工效率高、加工精度高的气膜屏蔽阵列电极微细电解加工装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：一种气膜屏蔽阵列电极微细电解加工装置，包括固定装置、支撑板和工具电极，所述固定装置内设置有气体腔和液体腔，所述液体腔包括上部液体腔和下部液体腔，所述上部液体腔上设置有进液孔，所述进液孔连接供液管，通过供液管连接溶液槽，所述上部液体腔和中部液体腔之间设有支撑板，所述支撑板上设有圆周阵列凹槽状的通孔；所述工具电极采用3×3的群孔柱状电极，工具电极固定在固定装置内，所述工具电极的上端通过四个键槽与固定装置固定连接，工具电极的中部位于下部液体腔内，工具电极的下端伸出于所述固定装置外；所述固定装置的底部设置有3×3与工具电极相配合的出液孔，出液孔与下部液体腔连通；所述气体腔上设置有进气口，所述进气口处设置有供气管，所述气体腔通过供气管外接空气压缩机，所述固定装置的底部还设置有3×3个出气孔，所述出气孔呈圆环形且3×3个出气孔分别包围3×3个出液孔，每个出液孔位于一个出气孔的内圆处。

进一步的，所述进气口、进液孔、出液孔和出气孔以及工具电极在截面上均呈同心圆形。

进一步的，所述工具电极为采用电火花切割加工制成的3×3长方体，并通过用2mol/L质量分数为8％的NaOH溶液腐蚀成圆柱状的3×3阵列电极。

进一步的，所述固定装置安装在机床主轴上，通过机床主轴的进给运动调整工具电极与工件之间的加工间隙。通过控制机床的径向、轴向移动控制工具电极的移动，可以加工出需要的群孔等加工形貌。

进一步的，所述固定装置整体呈莲蓬状，气体腔设置在液体腔的外层。

进一步的，每个出气孔的直径从上至下逐渐减小。

该装置采用的方法如下：通过将呈3×3阵列状分布的工具电极连接电源的负极，工件连接电源的负极，电解液通过液体腔分配到工具电极上每个单电极的出液孔，参与单电极与工件之间的化学反应；通过机床主轴带动工具电极向工件方向供给运动，控制工具电极和工件之间的加工间隙，再通过环绕每个出液孔的出气孔将高压气体喷射到工件上，对电解液的喷射范围进行控制，控制电解液聚焦于工具电极上每个单电极正对工件的区域内，改变电解液在工件表面的分布特性，实现每个单电极对应的工件表面流场分布从内至外依次为电解液、气液混合流场和气流场，从而改变电场作用下工件上的电流密度分布规律，控制电场能量更多集中于工具电极上每个单电极正对的工件区域内，直至加工完毕，获得需要的加工形貌。

电解液经供液管进入分流腔，然后分配到各个工具电极的出液孔，参与工业电极与工件之间的电化学反应；机床主动带动分流腔和工具电极向工件方向供给，保持工件和工具电极之间一定的加工间隙，同时使高压气体从出气孔喷射到工件上，实现群孔的加工；持续该过程直至群控加工完毕，获得需要的加工形貌。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型结构简单紧凑，生产成本低；采用电解液束外包覆一层气膜的方法，对电解液的喷射范围进行限制，控制电解液聚焦于工具电极正对工件的区域内，改变电解液在工件表面的分布特性，从而控制电场能量更多的集中在工件电极正对的工件区域内，以提高微细电解加工在微米级尺度加工范围内的加工效率和加工精度。

2、本实用新型在液体腔内部设置将液体腔进行分隔的支撑板，一方面还增加了喷头的强度，同时还利用支撑板上的圆周阵列凹槽状的通孔缓和由工业泵引起的电解液脉动等不稳定因素，使每个电极管内的流量更加均匀。

3、本实用新型利用利用相似性原理，借助莲蓬的结构，首次实用新型出气膜屏蔽阵列电极，将气膜屏蔽微细电解加工与阵列电极群加工结合起来，与单电极顺序定位加工阵列孔相比，采用阵列电极一次性加工阵列孔，提高了加工效率，并且在气膜屏蔽的作用下，极大提高了群孔加工的定域性。

附图说明

图1是本实用新型所述气膜屏蔽阵列电极微细电解加工装置的半剖结构示意图。

图2是本实用新型出液孔、出气孔的放大截面示意图。

图3是本实用新型所述气膜屏蔽阵列电极微细电解加工装置的截面示意图。

图中，1-进液孔、2-上部液体腔、3-支撑板、4-下部液体腔、5-工具电极、6-工件、7-气体腔腔壁、8-气体腔、9-进气口、10-键槽、11-出液孔、12-出气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1-3所示，一种气膜屏蔽阵列电极微细电解加工装置，包括固定装置、支撑板3和工具电极5，所述固定装置内设置有气体腔8和液体腔，所述液体腔包括上部液体腔2和下部液体腔4，所述上部液体腔2上设置有进液孔1，所述进液孔1连接供液管，通过供液管连接溶液槽，所述上部液体腔2和中部液体腔之间设有支撑板3，所述支撑板3上设有圆周阵列凹槽状的通孔，电解液通过支撑板上的圆周阵列状通孔可以更均匀的进入下部液体腔4；所述工具电极5采用3×3的群孔柱状电极，工具电极5固定在固定装置内，所述工具电极5的上端通过四个键槽10与固定装置固定连接，进而与气体腔和液体腔的内腔壁配合良好，工具电极5的中部位于下部液体腔4内，工具电极5的下端伸出于所述固定装置外；所述固定装置的底部设置有3×3与工具电极5相配合的出液孔11，出液孔11与下部液体腔4连通；所述气体腔8上设置有进气口9，所述进气口9处设置有供气管，所述气体腔8通过供气管外接空气压缩机，所述固定装置的底部还设置有3×3个出气孔12，所述出气孔12呈圆环形且3×3个出气孔12分别包围3×3个出液孔11，每个出液孔11位于一个出气孔12的内圆处。

所述工具电极5为采用电火花切割加工制成的3×3长方体，并通过用2mol/L质量分数为8％的NaOH溶液腐蚀成圆柱状的3×3阵列电极。

所述进气口9、进液孔1、出液孔11和出气孔12以及工具电极5在截面上均呈同心圆形。所述固定装置整体呈莲蓬状，气体腔8设置在液体腔的外层。固定装置从外至内依次为气体腔腔壁7、气体腔8、气体腔8和液体腔之间的共同腔壁、液体腔和液体腔内壁，液体腔内壁设置有用于安装工具电极的凹槽。

每个出气孔12的直径从上至下逐渐减小。

所述固定装置安装在机床主轴上，通过机床主轴的进给运动调整工具电极5与工件6之间的加工间隙。通过控制机床的径向、轴向移动控制工具电极5的移动，可以加工出需要的群孔等加工形貌。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。