柔性化在線制備微細(xì)群線電極的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柔性化在線制備微細(xì)群線電極的方法，屬于電化學(xué)微細(xì)制造領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]陣列微縫是許多高新科技產(chǎn)中經(jīng)常涉及到的結(jié)構(gòu)類型，例如:X射線光柵微分相位襯度成像光柵、深空探測(cè)特種光柵和集成電路引線框架沖壓硬質(zhì)合金級(jí)進(jìn)模等。這類結(jié)構(gòu)一般由縫寬為幾微米至數(shù)百微米的直縫按照一定規(guī)則排列而成。由于數(shù)量多，對(duì)加工的精度和表面質(zhì)量要求高，而且為了滿足使用要求，需要采用一些特殊的難加工材料，如高Z元素重金屬(Au，W，Ta等)、鈦合金和硬質(zhì)合金等，因此加工制造難度大，有時(shí)甚至成為高新技術(shù)產(chǎn)品研制的瓶頸。微細(xì)電解線切割加工技術(shù)是一種基于電化學(xué)陽極溶解原理的減材制造方法。它以直徑為數(shù)微米至數(shù)十微米的金屬絲作為工具電極，通過結(jié)合多軸數(shù)控運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)任意形狀的平面輪廓結(jié)構(gòu)的制備，特別適合于加工微縫、微槽和具有大深寬比的金屬微結(jié)構(gòu)。與其他微細(xì)加工方法相比，微細(xì)電解線切割加工技術(shù)具有可加工范圍廣(不受材料強(qiáng)度和硬度的限制)、效率高、表面無再鑄層和微裂紋，以及工具電極無損耗等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]為了進(jìn)一步提高微細(xì)電解線切割技術(shù)在制備群縫、群槽、群孔等陣列結(jié)構(gòu)時(shí)的加工效率，朱荻等研究人員提出了群線電極電解線切割方法(見專利:朱荻等.群線電極電解切割方法及裝置，201210250510.5)。對(duì)于微細(xì)電解線切割加工技術(shù)，切縫寬度直接由線電極的直徑大小所決定，保持其他工藝參數(shù)不變，其直徑越小得到的微縫越窄。然而，當(dāng)線電極的直徑減小到數(shù)微米甚至亞微米時(shí)，由于其抗拉強(qiáng)度大大降低，在裝夾過程中很容易斷裂，而且安裝定位精度也很難保證，這一問題在微細(xì)群線電極裝夾過程中顯得尤為突出。為此，曾永彬等研究人員提出了一種微細(xì)群線電極在線制備方法，即亞微米群線電極的制作和后續(xù)加工在同一工藝系統(tǒng)中連續(xù)完成(見專利:曾永彬等.微細(xì)群線電極在線制備方法:中國(guó)201310481025.3)。雖然該方法能夠很好的實(shí)現(xiàn)亞微米微細(xì)群線電極的制備，并消除了由于線電極裝夾所引起的加工誤差，但它仍存在一些局限性，例如:(1)當(dāng)群線電極的間距很小時(shí)，上述方法中所需的陰極工具制作困難，而且在裝夾過程中容易與群線電極發(fā)生觸碰，同時(shí)很難保證線電極的軸線與陰極孔的軸線重合；(2)當(dāng)線電極的數(shù)量和間距大小需要改變時(shí)，陰極工具則需要重新制作等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了一種柔性化在線制備微細(xì)群線電極的方法，其原理是使陰極工具的制備、亞微米群線電極的制備和后續(xù)加工連續(xù)在同一工藝系統(tǒng)中完成，以實(shí)現(xiàn)群線電極的柔性化制備，同時(shí)解決小間距尺寸陰極工具的制作困難和陰極工具安裝定位誤差難以保證等問題。
[0005]—種柔性化在線制備微細(xì)群線電極的方法，其特征在于包括以下過程:
步驟1、準(zhǔn)備工作: 將金屬片固定在金屬片夾具上，金屬片夾具安裝在電解液槽中，將電解液充滿電解液槽并浸沒金屬薄片；電解液槽通過壓電陶瓷安裝于機(jī)床本體上；使金屬片與水平面平行；將群線電極固定于群線電極夾具上，群線電極夾具安裝于X-Y-Z三軸精密移動(dòng)平臺(tái)上；X-Y-Z三軸精密移動(dòng)平臺(tái)安裝于機(jī)床本體上；使群線電極軸線方向與水平面垂直；機(jī)床本體安裝于氣浮平臺(tái)上；
步驟2、利用群線電極作為電解加工陰極在金屬片上加工出群孔，具體過程如下:將金屬片與超短脈沖電源正極相連，群線電極與超短脈沖電源負(fù)極相連，利用群線電極作為電解加工陰極對(duì)金屬片進(jìn)行加工；加工同時(shí)利用壓電陶瓷使金屬片產(chǎn)生振動(dòng)；
加工過程中，群線電極的線電極先在金屬片加工出直線微縫；接著加工出與直線微縫相連的圓孔；再使線電極進(jìn)給至圓孔的圓心處；
步驟3、利用金屬片作為電解加工陰極對(duì)群線電極進(jìn)行微細(xì)加工，具體過程如下:
保持群線電極位置不變，將群線電極與超短脈沖電源正極相連，金屬片與超短脈沖電源負(fù)極相連，利用金屬片作為電解加工陰極對(duì)群線電極進(jìn)行進(jìn)一步加工；加工同時(shí)利用X-Y-Z三軸精密移動(dòng)平臺(tái)Z軸使群線電極產(chǎn)生Z向往復(fù)運(yùn)動(dòng)；加工完成后線電極通過金屬片上的直線微縫退出金屬片。
[0006]本發(fā)明的有益效果在于:
1、本發(fā)明提出了一種柔性化在線制備微細(xì)群線電極的方法。該方法使陰極工具的制備、亞微米線電極的制備和后續(xù)加工連續(xù)在同一工藝系統(tǒng)中完成，避免了拆裝式陰極工具制作困難，以及群線電極與陰極工具安裝定位精度差的問題。
[0007]2、一開始使用微米級(jí)群線電極對(duì)金屬片進(jìn)行加工，之后利用金屬片對(duì)群線電極進(jìn)行加工，能夠?qū)崿F(xiàn)亞微米群線電極的柔性化制備，即對(duì)群線電極數(shù)量和間距的調(diào)整不受陰極夾具的限制，最小間距可達(dá)100 μm。
[0008]3、該方法是基于電化學(xué)溶解的方法制備微細(xì)群線電極，根據(jù)所制備陰極孔的大小、微細(xì)電解加工的工藝參數(shù)以及Z軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率和幅值，能夠計(jì)算出群線電極的腐蝕速度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)線電極直徑的精確控制。
[0009]前述金屬薄板的厚度為20-100 μ m0前述群線電極的直徑為10-100 μ m，前述群線電極間距尺寸為0.1-5 _。
[0010]
【附圖說明】
[0011]圖1為柔性化在線制備微細(xì)群線電極裝置的整體示意圖；
圖2為陰極工具加工軌跡；
圖3為所制備的陰極工具；
圖4為電場(chǎng)分布圖；
圖中標(biāo)號(hào)名稱:1、氣浮平臺(tái)；2、機(jī)床本體；3、壓電陶瓷；4、電解液槽；5、金屬片夾具；6、超短脈沖電源；7、金屬片；8、群線電極；9、群線電極夾具；10、電流傳感器；11、數(shù)據(jù)采集卡；12、工控機(jī)；13、PCI運(yùn)動(dòng)控制卡；14、X-Y-Z三軸精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；15、CXD攝像頭；16、微縫；17、圓孔。
【具體實(shí)施方式】
[0012]根據(jù)附圖1所示，柔性化在線制備微細(xì)群線電極裝置的整體示意圖由以下幾部分組成:氣浮平臺(tái)1、機(jī)床本體2，以及位于在機(jī)床本體2上的壓電陶瓷3 ;還包括