[发明专利]柔性化在线制备微细群线电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性化在线制备微细群线电极的方法，属于电化学微细制造领域。

技术背景

阵列微缝是许多高新科技产中经常涉及到的结构类型，例如：X射线光栅微分相位衬度成像光栅、深空探测特种光栅和集成电路引线框架冲压硬质合金级进模等。这类结构一般由缝宽为几微米至数百微米的直缝按照一定规则排列而成。由于数量多，对加工的精度和表面质量要求高，而且为了满足使用要求，需要采用一些特殊的难加工材料，如高Z元素重金属(Au，W，Ta等)、钛合金和硬质合金等，因此加工制造难度大，有时甚至成为高新技术产品研制的瓶颈。微细电解线切割加工技术是一种基于电化学阳极溶解原理的减材制造方法。它以直径为数微米至数十微米的金属丝作为工具电极，通过结合多轴数控运动，可实现任意形状的平面轮廓结构的制备，特别适合于加工微缝、微槽和具有大深宽比的金属微结构。与其他微细加工方法相比，微细电解线切割加工技术具有可加工范围广(不受材料强度和硬度的限制)、效率高、表面无再铸层和微裂纹，以及工具电极无损耗等优点。

为了进一步提高微细电解线切割技术在制备群缝、群槽、群孔等阵列结构时的加工效率，朱荻等研究人员提出了群线电极电解线切割方法(见专利：朱荻等. 群线电极电解切割方法及装置, 201210250510.5)。对于微细电解线切割加工技术，切缝宽度直接由线电极的直径大小所决定，保持其他工艺参数不变，其直径越小得到的微缝越窄。然而，当线电极的直径减小到数微米甚至亚微米时，由于其抗拉强度大大降低，在装夹过程中很容易断裂，而且安装定位精度也很难保证，这一问题在微细群线电极装夹过程中显得尤为突出。为此，曾永彬等研究人员提出了一种微细群线电极在线制备方法，即亚微米群线电极的制作和后续加工在同一工艺系统中连续完成(见专利：曾永彬等. 微细群线电极在线制备方法: 中国201310481025.3)。虽然该方法能够很好的实现亚微米微细群线电极的制备，并消除了由于线电极装夹所引起的加工误差，但它仍存在一些局限性，例如：(1)当群线电极的间距很小时，上述方法中所需的阴极工具制作困难，而且在装夹过程中容易与群线电极发生触碰，同时很难保证线电极的轴线与阴极孔的轴线重合；(2)当线电极的数量和间距大小需要改变时，阴极工具则需要重新制作等。

发明内容

本发明提出了一种柔性化在线制备微细群线电极的方法，其原理是使阴极工具的制备、亚微米群线电极的制备和后续加工连续在同一工艺系统中完成，以实现群线电极的柔性化制备，同时解决小间距尺寸阴极工具的制作困难和阴极工具安装定位误差难以保证等问题。

一种柔性化在线制备微细群线电极的方法，其特征在于包括以下过程：

步骤1、准备工作：

将金属片固定在金属片夹具上，金属片夹具安装在电解液槽中，将电解液充满电解液槽并浸没金属片；电解液槽通过压电陶瓷安装于机床本体上；使金属片与水平面平行；

将群线电极固定于群线电极夹具上，群线电极夹具安装于X-Y-Z三轴精密移动平台上；X-Y-Z三轴精密移动平台安装于机床本体上；使群线电极轴线方向与水平面垂直；

机床本体安装于气浮平台上；

步骤2、利用群线电极作为电解加工阴极在金属片上加工出群孔，具体过程如下：

将金属片与超短脉冲电源正极相连，群线电极与超短脉冲电源负极相连，利用群线电极作为电解加工阴极对金属片进行加工；加工同时利用压电陶瓷使金属片产生振动；

加工过程中，群线电极的线电极先在金属片加工出直线微缝；接着加工出与直线微缝相连的圆孔；再使线电极进给至圆孔的圆心处；

步骤3、利用金属片作为电解加工阴极对群线电极进行微细加工，具体过程如下：

保持群线电极位置不变，将群线电极与超短脉冲电源正极相连，金属片与超短脉冲电源负极相连，利用金属片作为电解加工阴极对群线电极进行进一步加工；加工同时利用X-Y-Z三轴精密移动平台Z轴使群线电极产生Z向往复运动；加工完成后线电极通过金属片上的直线微缝退出金属片。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提出了一种柔性化在线制备微细群线电极的方法。该方法使阴极工具的制备、亚微米线电极的制备和后续加工连续在同一工艺系统中完成，避免了拆装式阴极工具制作困难，以及群线电极与阴极工具安装定位精度差的问题。

2、一开始使用微米级群线电极对金属片进行加工，之后利用金属片对群线电极进行加工，能够实现亚微米群线电极的柔性化制备，即对群线电极数量和间距的调整不受阴极夹具的限制，最小间距可达100μm。