[发明专利]一种无锥度微小孔的电解钻削加工装置及方法

说明书

本发明公开一种无锥度微小孔的电解钻削加工装置及方法，装置包括微细电解加工机床、高频脉冲电源、可编程变频器、高速电主轴、螺旋电极、液面控制电路等。螺旋电极为阴极，工件为阳极，电极装在高速电主轴上，液面控制电路控制液面高于工件上表面一定高度，利用微细电解加工机床进行对刀，并回退一定初始加工间隙，利用可编程变频器控制高速电主轴转速。接通高频脉冲电源，以设定参数进行加工。加工中，螺旋电极高速旋转，对周围电解液产生离心力和轴向推力，在电解液和空气分界处形成绝缘气蕊；通过控制转速实现气蕊长度增长速度与电极进给速度相等，保证电极前端导电部分长度恒定，形成侧壁绝缘效果，避免已加工区的二次电解，得到无锥度的孔。

技术领域

本发明涉及一种无锥度微小孔的电解钻削加工装置及方法，属于微细电解加工技术领域。

背景技术

随着高新科学技术的发展，微米级产品和零部件被广泛应用于航空航天、生物、医疗以及MEMS等众多领域。因此，微米级尺寸零部件的加工工艺成为研究的热点，微小孔作为常见的零件结构，其加工工艺尤其受到重视。而微小孔的孔径、孔锥度以及孔壁的表面质量等，决定了零件的质量和性能，因此如何加工得到孔壁表面质量较好，近乎无孔锥度的微小孔，具有重要的意义。

传统的电解穿孔法能获得孔壁表面质量较好、高深径比的微小孔，但是由于已加工区的二次电解的存在，加工得到的微小孔无可避免的会存在一定的锥度。目前较好的解决办法是阴极侧壁绝缘法，利用复杂工艺方法在阴极上涂覆一层绝缘层，只留出尖部较小的区域进行电解加工，这种方法可以避免已加工区域的二次电解，最终加工得到无锥度的微小孔。但目前的侧壁绝缘方法，操作步骤比较繁琐，包括先对阴极的整体绝缘和之后的尖部去绝缘，且对微细工具电极的操作频繁。因此，操作的难度较大，对操作者要求较高；同时，频繁操作易对电极造成损坏，增加加工成本。

采用螺旋电极作为阴极的电解钻削方法为：加工过程中，利用螺旋电极旋转产生的离心作用以及螺旋沟槽对电解液的推动力作用，使阴极电极的周围的空气和电解液交界处的液面凹陷，形成对阴极电极侧壁有绝缘作用的空气蕊，，从而实现阴极电极的类似侧壁绝缘。但是，目前存在的采用螺旋旋转电极的方法，采用的是固定转速加工，形成的气蕊长度不变，导致气蕊的侧壁绝缘作用是有限的，即得到的微小孔还是存在一定的锥度。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种无锥度微小孔的电解钻削加工装置及方法。首先利用螺旋电极的高速旋转产生绝缘气蕊，再在加工过程中，利用可编程变频器对螺旋电极转速的控制，实现绝缘气蕊的长度增长速度和进给速度相等，保证了电极电解部分长度恒定，形成类似侧壁绝缘的效果，从而可避免已加工区域的二次电解，进而加工得到无锥度的微小孔。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无锥度微小孔的电解钻削加工装置，包括微细电解加工机床、高频脉冲电源、可编程变频器、高速电主轴、螺旋电极、液面控制电路、电解液槽和手动升降台。其中，高速电主轴固定安装在微细电解加工机床Z向上，可由机床带动在X、Y、Z轴方向上运动，电解液槽放置于手动升降台上，螺旋电极作为阴极刀具，固定安装在高速电主轴夹头上，阳极工件置于电解液槽中。

优选的，所述高频脉冲电源，最高频率达50MHz。

所述可编程变频器可通过编程，控制输出脉冲频率，进而控制高速电主轴转速，最高控制转速为60000r/min。

优选的，所述高速电主轴，最高可运行转速为60000r/min。

所述液面控制电路，由直流电源、LED灯、导电块串联组成，利用液面到达指定高度之后，LED灯亮来控制液面高度。

所述螺旋柱状电极，直径取值为50-500um。

所述工件为导电的金属板。

优选的，所述微细电解加工机床，最小控制精度为0.1um。