[发明专利]基于PDMS掩模的海量阵列群小孔电解加工方法及装置

说明书

技术领域

    本发明涉及一种基于PDMS掩模的海量阵列群小孔电解加工方法及装置，属电解加工技术领域。

背景技术

TA3薄板上加工海量阵列群小孔是群小孔加工技术的一个技术难题，选择一种正确、合理的加工方法来实现往往能达到事半功倍的效果。机械加工技术、电火花加工技术、激光加工技术、电液束加工技术、管电极电解加工技术和掩模电解加工技术这6种方法在TA3薄板上加工海量阵列群小孔，均存在各自的一些难以克服的技术难点和缺陷。机械加工方法在TA3薄板上加工海量阵列群小孔，由于钻头和工件之间的作用力，会使薄壁工件产生累积变形，同时加工热会烧伤TA3材料，大规模孔的钻削会致使工件和钻头过热，导致TA3材料烧伤，钻头损耗，最终导致加工失败；电火花加工方法在TA3材料上加工海量群小孔，海量电极的制作就是一个技术难点，其工艺繁琐，加工成本高；电极在加工的过程中有损耗，无形中增加了工艺的成本，即使这个方法最终能在TA3材料上加工出海量群小孔，电火花加工的特点也就决定了孔的周边必然存在热影响区和微观裂纹；激光加工技术用于TA3材料上的海量群小孔加工，TA3材料本身的热性能就不好，激光加工去除材料的方式是气化冲击去除材料，那么加工出的海量阵列群小孔会有较大的锥度，加工后的板材变形扭曲，同时孔的周围存在热影响区和微观裂纹，不能满足设计要求；电液束加工技术用于在TA3材料上海量阵列群小孔的加工，加工出的海量群小孔周边的杂散腐蚀较为严重，不能满足使用要求；管电极电解加工方法加工TA3材料的海量阵列群小孔时，加工出的海量阵列群小孔在电解液入水口的一面存在有较大的锥度，要是以单电极加工，效率极低，要是以群电极加工，海量的电极制作很困难，可见该方法在TA3薄板上加工海量群小孔不可行；掩模电解加工可以在普通材料薄板上加工海量阵列群小孔，对于TA3板材，虽然光刻工艺能进行，但是光刻之后的电解加工过程中TA3材料很难电解蚀除，表面附着光刻胶的工件长时间浸泡在电解液中，光刻胶发生了脱落，最终导致加工失败。南京航空航天大学李寒松等人（参照：王钦，李寒松 等，机械制造与自动化 2012，41( 5) : 47 ～ 50）提出一种活动掩模电解加工阵列小孔方法，采用覆铜板作为活动模板进行双面电解加工，由于掩模板为刚性材料，为保证掩模板与基材紧密贴合，防止工作液流入掩模板与工件之间的缝隙，夹具设计时需要设计大量硬压紧点和弹性压紧点，夹具设计复杂，因此很有必要探索一种低成本、高效的海量阵列小孔电解方法。

发明内容

本发明提出了一种基于PDMS掩模的海量阵列微小孔电解加工方法及装置，解决现有模板电解加工中掩模板与阳极贴合不牢，杂散腐蚀比较大的缺陷，显著提高电解加工定域性和加工精度。

一种基于PDMS掩模的海量阵列微小孔电解加工方法特征在于包括以下几个步骤：

（a）    利用常压等离子表面处理机对上PDMS模板的下表面和下PDMS模板的上表面进行处理，提高其与金属的结合强度，上PDMS模板和下PDMS模板具有贯穿群孔，且结构一致；

（b）    将上PDMS模板的下表面与工件阳极（5）的上表面紧密贴合，下PDMS模板的上表面与工件阳极的下表面紧密贴合；

（c）    使上工具阴极位于上PDMS模板上方，使下工具阴极位于下PDMS模板下方，且上工具阴极到上PDMS模板的距离，等于下工具阴极到下PDMS模板的距离；

（d）    使工件阳极和上工具阴极，工件阳极和下工具阴极，分别与电源正负极相连；

（e）    在上工具阴极和上PDMS模板之间，下工具阴极和下PDMS模板之间通入电解液，电解液通过上PDMS模板和下PDMS模板中的贯穿群孔到达工件阳极上、下表面；

（f）    接通电源进行电解加工。

PDMS模板是一种柔性模板，表面进行常压等离子处理，等离子处理过程使空气离子化，产生火花或电晕放电，使已离子化的粒子在强电场作用下被加速，从而轰击处于电极之间的聚合物或其他被粘物表面，发生物理及化学变化。经电晕处理后形成树枝状，随温度升高、时间延长，表面粗糙程度增大;含氧气体使接触角显著降低，湿润性得以改善；表面氧化引入了极性基团(羟基、羰基、羧基等)，表面能提高，其结果是改善了表面性质，提高了粘接性能，从而保证模板与工件阳极有较高的结合强度。

使用本发明可以实现工件与模板的紧密贴合，简化夹具设计，并且由于PDMS模板与工件阳极紧密贴合，可以防止工作液流入模板与工件之间的缝隙，有效减弱加工区域周围的杂散腐蚀，提高电解加工的定域性。

附图说明