[发明专利]柔性金属薄板微群槽连续电解加工系统及方法

说明书

本发明涉及一种柔性金属薄板微群槽连续电解加工系统及方法，属于电解加工技术领域。包括柔性金属薄板工件输运系统、电解加工工具电极系统、加工电源、电解液循环系统、电解加工机床。加工时，首先完成柔性金属薄板的装夹，柔性金属薄板从若干支撑辊轮及弧形掩膜板之间穿过，内、外表面贴紧相应的支撑辊轮与弧形掩膜板；根据微群槽的结构及尺寸选择工具电极，并完成装夹；电解液进行冲液，工具电极沿支撑辊轮径向进给，在柔性金属薄板表面加工出沟槽结构；加工至指定深度后，主动轮连续转动，带动柔性金属薄板沿辊轮切线方向缓慢滑动，完成柔性金属薄板表面微群槽的连续加工。工具电极同步进行辅助运动，促进电解液的更新及电解产物的排出。

技术领域

本发明的柔性金属薄板微群槽连续电解加工系统及方法，属于电解加工技术领域。

背景技术

微尺度槽结构广泛存在于航空航天、仪器仪表等领域的重要零件中，并且多以群槽结构出现。为了满足使用需求，一般采用钛合金、高温合金、不锈钢等难加工材料。此类难加工材料微群槽结构的制造对现有加工技术提出了极大挑战，已成为研究热点和难点。

国内外研究人员提出了多种工艺方法来提高微群槽结构的加工质量、加工效率。塑性成形是微群槽结构的常用加工方法，已实现常规材料微细结构的生产应用，但由于难加工材料屈服应力较高，塑性成形工艺存在着成形力大、模具磨损大、工件残余应力大、金属薄板材易变形等问题。微细铣削是微群槽结构的又一种加工方法，但对于难加工材料薄壁微群槽结构，微细铣削仍存在板材易变形、加工应力、刀具磨损、加工毛刺不可避免、加工效率低等问题。研究人员还采用微细电火花加工、激光加工、化学刻蚀等工艺加工微群槽结构。电火花加工、激光加工利用热能蚀除工件，薄壁零件受热易变形；电火花加工速度慢，工具电极损耗严重；激光加工存在残留熔融物遇冷凝固形成的“翻边”，通常需要采用二次光整加工工艺去除。激光加工、化学刻蚀加工对于微槽的精度控制能力差。

近年来，国内外研究人员特别关注微细电解加工技术，期望利用其独特的加工原理和特性解决难加工材料薄壁微槽结构的制造难题。日本东京大学Kunieda等采用射流电化学加工技术在复杂曲面表面加工出微沟槽；德国Hackert等采用电液束技术扫描加工出带有微群槽结构的微反应器。台湾元智大学Lee等采用块状成形电极电解加工微流道，模拟了该加工方式下微流道的成型过程，加工出表面宽450微米、底面宽340微米、深65微米的微群槽流道。英国纽卡斯尔大学Roy等采用电解转印工艺加工出微流道。南通大学钱双庆等开展了蛇形微槽的电化学掩膜刻蚀电场的有限元分析，研究了加工参数对槽宽度与深度的影响等。

电解加工技术是基于电化学阳极溶解原理实现材料去除的加工技术，因此其不受材料力学性能的限制。在加工过程中工具阴极与工件阳极始终处于不接触状态，因此不存在机械力，工件表面质量较好、无毛刺，工具电极无损耗可以长期重复使用。

利用微米尺度的金属丝作为工具电极的线电极电解切割技术，可以实现准半圆截面微槽结构的加工，工艺准备时间短。利用多根以并联形式与脉冲电源连接的固定间距的阵列金属丝作为工具电极可以实现微群槽加工，有效提高电解线切割加工的加工效率，特别适合准半圆截面微群槽结构的加工成型。

利用成形工具电极可以实现多种截面形状微槽结构的电解加工。预先制备出与待加工微群槽截面形状和尺寸相对应的成形梳齿状薄片电极及阵列滚齿状电极，利用高频脉冲电源进行电解加工可以实现微群槽结构的加工需求。在加工过程中辅助以梳齿状薄片电极的微幅往复运动，或者滚齿状电极的高速转动，可以促进加工区电解液的更新及电解产物的有效排出，有助于提高微群槽结构的加工效率和加工精度。

综上可见，电解加工十分适合难加工材料微群槽结构的加工，采用不同形式的工具电极可加工多种截面形状、不同需求微群槽结构。

发明内容

本发明旨在解决柔性金属薄板微群槽结构的加工难题，提出一种工艺简单，实用性强的柔性金属薄板微群槽连续电解加工系统及方法。