本发明专利技术为一种用于微小型超薄金属类复杂零件制造的电化学加工模具和方法。在待加工的金属薄片材料上用制成单面或者双面的特定图案的绝缘遮蔽层，薄片与阳极相连，且上下各有一个阴极，放入ＥＣＬＭ模具中通过高频群脉冲电源和高速、高压的电解液，ＥＣＬＭ加工模具的结构合理、性能稳定可靠，适用于高效率、高质量地加工出各种复杂形状的微小型零件，在微制造领域具有很大的实用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种针对金属类微小型复杂零件制造的电化学薄片加工ECLM(Electrochemical Lamella Machining)模具和方法，属于微细加工领域。
技术介绍
常用的制作微机械零件的技术主要有三种。第一种是以日本为代表的传统机械加工手段，即利用大机器制造小机器，再利用小机器制造微机械的方法；第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件；第三种是以德国为代表的LIGA技术。但是随着微机械系统的多样性和广泛性以及微机械加工的尺寸和材料范围的不断扩大，这些传统的方法已不能完全满足需要，只有多种技术的结合才能满足微机械技术进一步发展的需要。在微细加工技术中，机械微细加工的尺寸和精度受机床精度、刀具尺寸和制造精度诸因素的限制，不可能满足加工更微小尺寸的要求。特种加工具有加工效率高、无残余应力等特点，通过加工能量的直接作用甚至可以实现逐个分子或原子的切除加工。参考现有的各种加工方法，微细电化学加工作为特种加工的一种，没有宏观的切削力，并且加工设备简单、可实施性强，在微结构制作方面显示出了相当大的发展潜力。采用微细电化学成型加工的关键是要制作尺寸微小并具有一定精度的遮蔽绝缘层，采用常规的机械加工方法难以实现。目前，微细结构的加工很多都采用化学刻蚀，但是由于化学刻蚀的等方向性，很难获得较直的加工侧壁和较大的宽深比，并且通过特殊的方法加工微小型零件的加工速度较慢，成本很高且工艺复杂，这也在一定程度上限制了这些技术在某些领域的大规模应用和发展。随着科学技术的发展，有许多新的工艺技术被逐步引入到加工微制造领域，通过诸如照相、光刻、镀膜等多种手段在金属材料、非金属材料、合成材料等多种机体上可以形成形式多样的微观图案或者花纹，并且在一定的条件下还可以通过特殊的工艺对这些微观图案或者花纹进行加工处理形成微小型零件。如在IC工业中，光刻技术采用照相复印的方法，将光刻版上的图形精确地复印在涂有感光胶的SiO2层或金属蒸发层上，然后利用光刻胶的保护作用，对SiO2层或金属蒸发层进行有选择的化学腐蚀，从而在SiO2层或金属蒸发层上得到与光刻版相应的图形，并可实现小于1μm的分辨率和精度。采用光刻技术制作微细电化学工件作为阳极，结合微细电化学和光刻技术两种方法可以微细加工领域有所突破。为了克服传统化学刻蚀方法的弊端，近年来出现了利用电化学加工原理的微细电化学加工新技术。电化学加工以其加工效率高、工具无损耗、加工表面无变质层和无应力加工等优点而在各种加工领域中得到极为广泛的应用。但同时由于电化学方法存在着杂散腐蚀、加工间隙不易精确控制、加工精度较差等缺点，限制了其在微细加工领域中的发展。为了满足微细加工领域的市场的要求，拓宽精密电化学加工的实用范围，必须要在保证在现有的电化学加工优势的基础上扩大其在微制造领域的实用效果，解决和提高电化学加工在复制精度、重复精度、表面质量、加工过程的稳定性等诸多问题，寻求最优解决方案。本专利技术采用高频群脉冲电源作为加工主电源，并提供针对高频群脉冲电化学加工而设计的，应用于微小型导电金属材料零件加工的一种专用模具的ECLM的加工方法，目前还未见类似的研究成果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于微小型超薄金属类复杂零件制造的电化学加工模具。首先在待加工的金属材料上用光刻胶或其它绝缘材料(环氧树脂、氨基绝缘烘干漆等)制成特定的图案的绝缘遮蔽层，可以是单面或者双面的，双面遮蔽要求确保两面的图案高度重合，放入ECLM加工模具中与阳极连通。利用ECLM进行电解加工可以分为两种方法，一种是正加工，即腐蚀掉加工件周围的金属材料，另一种叫负加工，即腐蚀掉加工区留下周围的金属材料(如模具加工)。考虑到在加工过程中由于动态工艺参数的改变所引起的加工不平衡问题的出现，这会在很大程度上影响零件的加工精度，使用上下两个阴极，即金属薄片的上下各有一个阴极，这样电解液通过两个阴极与阳极之间(两者形成的正负极结构完全相同)的电解液槽时，由于工艺参数的选定对两者的影响完全相同，它们之间的相互作用力相互抵消，从而可以保证零件的加工精度和效率。工件的装卡位置上下高度可根据要求设定并可通过调整得到较小的加工间隙，以保证不同厚度工件的加工。在阴阳两极通过高频群脉冲电源和高速流过的电解液时，未被保护的材料在电化学作用下逐渐蚀除，只留下覆盖了图案的遮蔽层，外套上开有观察窗口，用来观察电化学反应的加工过程，回水罩上开有厚度小于加工金属的细缝，目的是在保证出水面积的同时防止已经加工完成的微小加工件被水冲走。利用ECLM加工模具的精确定位和工艺参数的选择计算，能够通过电化学方法高效率、高质量地加工出各种复杂形状的微小型零件。有益效果本专利技术的有益效果是利用ECLM加工模具的精确定位和工艺参数的选择计算，并在配以先进高频群脉冲电源的情况下实现微小型零件的电化学加工制造，并且可以使用腐蚀性小的中性盐电解质，对环境污染小，适用面广，刻蚀速度快。ECLM加工模具的结构合理、性能稳定可靠，适用于高效率、高质量地加工出各种复杂形状的微小型零件。附图说明图1为ECLM加工模具的结构中1-底板2-卡环3-绝缘套4-阳极轴5-绝缘杯6-外套7-导柱8-管接头9-管座10-试件11-顶板12-上手柄13-螺母14-上盖15-主轴16-挡板17-套筒18-上阴极19-下阴极20-斜管座21-回水罩22-观察窗23-下手柄24-转筒。具体实施例方式实施例一底板(1)和顶板(11)通过导柱(7)和调节螺栓连接在一起，转筒(24)通过卡环(2)和底板(1)相连接，上盖(14)通过挡板(16)和顶板(11)相连接，上阴极(18)和下阴极(19)分别通过紧固螺栓与高频群脉冲电源的负极输出端连接，阳极轴(4)与电源的正极输出端连接，并通过绝缘套(3)和绝缘杯(5)和阴极隔开，形成ECLM加工装置的加工体。在金属试件(10)上覆盖了特定的图案或花纹的遮蔽层，下手柄(23)依靠螺纹带动转筒(24)和外套(6)上下运动，在一定的位置上可以露出试件(10)的装卡位置以便于试件的安装，转动上手柄(12)通过螺母(13)的调节可以使套筒(17)压紧工件。通过圆螺母和主轴(15)的螺纹连接，可以调节上阴极(18)的位置。工件安装好之后，可以通过观察窗(22)观察调整的水平和间隙情况，然后接通电源，在模具的阴阳极两端采用高频群脉冲电源作为加工电源，启动电解液系统，并通过中性盐的高速电解液，电解液以高压、高速的状态通过管接头(8)和管座(9)组成了电解液的进水口，进入到工具阴极和工件间的间隙，斜管座(20)和回水罩(21)组成了电解液的出水口，带走电解反应蚀除产物，通过观察窗(22)可以观察整个加工的过程，这样就可以实现了微小型复杂金属零件的加工。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。权利要求1.一种针对金属类微小型复杂零件制造的电化学薄片加工ECLM(Electrochemical Lamella Machining)模具，其特征在于在待加工的金属薄片试件(10)上制成单面或双面特定图案的绝缘遮蔽层，放入阳极轴(4)之本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种针对金属类微小型复杂零件制造的电化学薄片加工ＥＣＬＭ（ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＬａｍｅｌｌａＭａｃｈｉｎｉｎｇ）模具，其特征在于在待加工的金属薄片试件（１０）上制成单面或双面特定图案的绝缘遮蔽层，放入阳极轴（４）之上；金属 薄片的上下各有一个阴极，上阴极（１８）和下阴极（１９），以保证零件的加工精度和效率；通过底板（１）和顶板（１１）的螺栓来调整加工模具的高低，确保加工时处在水平状态；通过上把手（１２）和下把手（２３）来调节加工时的合理间隙。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张之敬，张卫民，金鑫，吴高阳，温楠，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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