基于刃口电极微细电解磨削的微细电极在线制造方法技术

一种基于刃口电极微细电解磨削的微细电极在线制造方法，属于特种加工技术领域。具体为：采用的微细电加工平台进给分辨率为０．１μｍ、重复定位误差不大于２μｍ，微细电极在线检测装置具有１．６１μｍ分辨率和１１３－７２９放大率；脉冲电源集脉冲信号发生、功率放大与加工电流和加工电压的检测于一体，能稳定输出最小脉宽为３００ｎｓ、电压０－１０Ｖ和电流０－２Ａ可调的脉冲；选择低浓度的电解液；刃口电极在机床数控系统的控制下，由执行机构带动进行逐层电解磨削去除柱状微细电极材料，最终得到需要的尺寸，在加工过程中，每磨削完一层，利用微细电极在线检测装置观察和测量微细电极，确定下一步磨削的电参数和进给量。本发明专利技术可以有效地克服传统电解加工杂散腐蚀定域性差的缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种特种加工
的方法，具体是一种。
技术介绍
与基于平面图形转印技术的硅微细加工技术相比，微细电加工技术可以适应更广泛的加工材料，其与生俱来的三维加工能力更凸显出这一加工技术的独特优势和强大的生命力，可以满足航天航空、微电子、光电子、生物医学、医疗、汽车、化纤、模具、微型燃料电池、微型内燃发动机等日益增长的微细化制造的需求。近年来微细电加工在工业应用研究方面取得了很多突破，正因为如此，微细电加工技术又重新获得了学术界和产业界的高度重视，在日本与欧美形成了一股新的研究热潮。微细电极的制造是微细电加工的关键技术问题。经对现有技术的文献检索发现，中国专利号为1335659，名称为微细电火花成形电极的制造方法，该专利自述为一种微细电火花成形电极的制造方法，其中包括如下步骤(1)在导电基底上涂上一层厚度为毫米、亚毫米量级的光刻胶；(2)置于掩模下曝光；(3)显影，得到胶结构；(4)在胶结构上电镀金属或合金；(5)去胶，得到微细电极。中国专利号为1778505，名称为电火花加工用的极长异形微细电极的制造方法，该专利自述为一种电火花加工用的极长异形微细电极的制造方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1在导电基板上涂光刻胶；步骤2掩模板与导电基板对准后曝光，显影后得到光刻胶微结构；步骤3在光刻胶微结构的缝隙中电铸金属；步骤4重复1-3步骤；步骤5去除光刻胶和导电基板后得到所需金属电极。上述专利均采用光刻的方法离线制造微细成形电极，因此不可避免的存在两个不足之处首先，电火花加工中严重的电极损耗现象使成形电极的形状很快改变而无法进行高精度的加工；其次，由于电极的二次安装不可避免的存在安装误差和变形误差，难以保证电极与工作台面的垂直度和电极与回转主轴的同轴度，因此采用离线方式进行微细电极制作并将其二次安装在主轴头上的方法很难满足微细电火花加工的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种，使其取代传统的制造装置实现微细电极的在线制造。在线制造的方式保证了工具和工件的相对位置精度，克服了离线制造必须二次安装的弊端，加工出的微细柱状电极可以用于微细孔和微细三维结构的电火花和电解加工。本专利技术是通过以下技术方案实现的，微细电极的制造首先需要高精度的加工测量平台和高频窄脉宽脉冲电源作为必要的硬件基础，然后需要合理的加工工艺参数和工艺方法的设计。本专利技术具体步骤如下1、采用高精度的加工测量平台。微细电加工平台必须具有高精度、高实时性和强可靠性，因此采用进给分辨率为0.1μm、重复定位误差不大于2μm的三轴直线电机运动平台和基于Linux操作系统的数控系统监控平台。为了在分层电解磨削过程中及时准确地获取微细电极的加工状态和特征尺寸，采用具有1.61μm的分辨率和113-729的放大率的微细电极在线检测装置。2、采用高频(KHz级)窄脉宽(μs级)脉冲电源。从加工机理上讲，高频窄脉宽脉冲电源在电解加工过程中会使加工间隙中出现特殊的物理化学特性，其电流能导致集中蚀除能力的加强和散蚀能力的减弱，这就使得电解加工在尺寸精度、形状精度、表面质量、加工效率、加工过程稳定性方面有很大的提高。通过合理调整工艺参数(脉宽和脉间均可在300ns-50μs范围内连续可调，电压0-10V可调，电流0-2A可调)，在很短的脉冲加工时间内反应产物就很少，使极间电解液在脉冲间歇时间内极易得到更新和恢复，从而使加工精度和加工更小尺寸工件的能力有很大的提高。3、电解液的选择采用低浓度的电解液，如1-2％的硝酸钠溶液或者3-4％的氯酸钠溶液。4、采用刃口电极进行微细电解磨削加工。电解磨削加工是一种在溶液中通电，使离子从一个电极移向另一个电极，从而将材料去除或沉积的方法；采用电解磨削加工的微细结构表面光滑、无内应力、无裂纹等缺陷，因此在理论上它应是未来微纳米级加工最重要的方法之一。为了避免电解加工中出现火花放电现象，应该控制进给速度，使进给速度0-3μm/s可调。但在实际中电解加工存在着杂散腐蚀、加工精度较差等缺点，很难胜任微纳米加工的要求。针对这一特点，只要精细地控制电解发生区域，就能实现微细电解，即可达到对金属表面进行去除加工的目的。刃口电极采用刃口作为加工区域，由于刃口处的尖端效应，接近刃口处的电场强度远大于其他区域，因此电解加工区域微小，可以有效地克服传统电解加工杂散腐蚀定域性差的缺点。同时由于工具电极接脉冲电源的阴极，不会发生电化学腐蚀，理论上不会产生电极损耗。本专利技术在高精度加工测量平台的基础上，采用高频窄脉宽脉冲电源和刃口电极进行微细电解磨削，刃口电极与待加工电极为点接触，电解加工区域为微小刃口，可以有效地克服传统电解加工杂散腐蚀定域性差的缺点。同时由于工具电极接脉冲电源的阴极，不会发生电化学腐蚀，理论上不会产生电极损耗，为微细电加工的微细电极提供了一种在线制造的方法。具体实施例方式本专利技术采用的微细电加工平台具用进给分辨率为0.1μm、重复定位误差不大于2μm，微细电极在线检测装置具有1.61μm的分辨率和113-729的放大率。刃口电极在机床数控系统的控制下，由执行机构带动进行逐层电解磨削去除柱状微细电极材料，最终得到需要的尺寸。在加工过程中，每磨削完一层，利用微细电极在线检测装置观察和测量微细电极，确定下一步磨削的电参数和进给量。实施例1被加工电极材料为银钨合金，刃口电极采用不锈钢刀片，电解液采用浓度为1-2％的硝酸钠溶液，加工电压为6V，脉宽和脉间都是30μs，进给速度是1μm/s。实施效果电流波形稳定，很少发生短路和火花发电现象，刃口电极没有损耗，可以稳定的加工出微细柱状电极，加工效率较高。实施例2被加工电极材料为银钨合金，刃口电极采用不锈钢刀片，电解液采用浓度为1-2％的硝酸钠溶液，加工电压为10V，脉宽和脉间都是50μs，进给速度是0.5μm/s。实施效果电流波形比较稳定，偶尔发生火花发电现象，刃口电极有少许损耗，可以加工出微细柱状电极，加工效率较高。实施例3被加工电极材料为银钨合金，刃口电极采用不锈钢刀片，电解液采用浓度为3-4％的氯酸钠溶液，加工电压为6V，脉宽和脉间都是30μs，进给速度是1μm/s。实施效果电流波形稳定，很少发生短路和火花发电现象，刃口电极没有损耗，可以稳定的加工出微细柱状电极，加工效率较高。权利要求1.一种，其特征在于，包括如下步骤(1)采用高精度的加工测量平台微细电加工平台进给分辨率为0.1μm、重复定位误差小于等于2μm，微细电极在线检测装置具有1.61μm的分辨率和113-729的放大率；(2)采用高频窄脉宽脉冲电源脉冲电源集脉冲信号发生、功率放大与加工电流和加工电压的检测于一体，能稳定输出最小脉宽为300ns、电压0-10V和电流0-2A可调的脉冲；(3)选择低浓度的电解液；(4)微细电解磨削加工刃口电极在机床数控系统的控制下，由执行机构带动进行逐层电解磨削去除柱状微细电极材料，最终得到需要的尺寸，在加工过程中，每磨削完一层，利用微细电极在线检测装置观察和测量微细电极，确定下一步磨削的电参数和进给量。2.根据权利要求1所述的，其特征是，所述的高频窄脉宽脉冲电源，脉宽和脉间均在300ns-50μs范围内连续可调。3.根据权利要求1所述的，其特征是，所述的低浓度电解液采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于刃口电极微细电解磨削的微细电极在线制造方法，其特征在于，包括如下步骤：（１）采用高精度的加工测量平台：微细电加工平台进给分辨率为０．１μｍ、重复定位误差小于等于２μｍ，微细电极在线检测装置具有１．６１μｍ的分辨率和１１３－７ ２９的放大率；（２）采用高频窄脉宽脉冲电源：脉冲电源集脉冲信号发生、功率放大与加工电流和加工电压的检测于一体，能稳定输出最小脉宽为３００ｎｓ、电压０－１０Ｖ和电流０－２Ａ可调的脉冲；（３）选择低浓度的电解液；（４）微 细电解磨削加工：刃口电极在机床数控系统的控制下，由执行机构带动进行逐层电解磨削去除柱状微细电极材料，最终得到需要的尺寸，在加工过程中，每磨削完一层，利用微细电极在线检测装置观察和测量微细电极，确定下一步磨削的电参数和进给量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵万生，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]