[发明专利]一种高精度微孔的加工方法和装置

说明书

本发明公开了一种高精度微孔的加工方法和装置，包括以下步骤：(1)调配打孔电解液，通过推挤泵将电解液通入针头内，定位打孔位置；(2)控制针头尖端的电解液形成微型液珠并与材料表面接触，通过调整针头尖端与加工材料表面的距离、微型液珠尺寸，控制接触面尺寸等于打孔尺寸；(3)在针头与加工材料两端负载恒流电压，微型液珠与加工材料接触部分发生电解腐蚀；(4)随着腐蚀深度加深，控制针头尖端与不同腐蚀层面的距离保持不变，并调节推挤泵对微型液珠进行反馈补偿，使微型液珠内部浓度趋于平衡，液珠尺寸保持稳定，进而完成整个微孔加工过程。本发明的打孔方式属于常温打孔，不会出现二次结晶、开裂等问题，而且打孔尺寸目前可以达到10μm。

技术领域

本发明属于微孔加工技术领域，涉及一种高精度微孔的加工方法，特别涉及一种基于电解原理的高精度微孔的加工方法和装置。

背景技术

随着我国航空航天事业的飞速发展，精密零件的加工需求越来越多，对孔的加工研究日趋广泛，这是因为微孔的加工精度及能力直接影响发动机喷嘴、雾化器、气膜孔等重要部件性能指标，同时微孔还应用于精密模具、医疗器械、电子零件等领域。按照国外标准划分，孔尺寸范围在0.01～0.1mm的微孔，范围在0.001～0.012mm的次微孔，小于0.001mm的超微孔。目前国内孔的加工主要分为传统加工及特种加工两大部分，传统加工方法以机械钻削为主，特种加工方法种类较多，有超声波、电子束、化学腐蚀等。钻床钻孔是传统加工方法中最常见的加工方法，现有最小钻头直径为0.5mm。除了钻头加工孔外，还可以选用微型铣刀来冲孔，该方法刀具结构简单，可加工孔径较小，但缺点是孔不能太深，孔的长径比较小，适用于加工硬度较高的锻件和铸件。特种加工中，超声波震动加工取得良好效果，目前该方法可加工最小直径是0.135mm，主要适用于硬质合金、非金属材料、玻璃、陶瓷等非导电体材料。

以上方法中都很难达到微孔标准，而对于微孔及微孔以上标准的加工工艺主要依靠电子束打孔、激光打孔以及电火花打孔。利用电子束所含有的电子动能而产生热及电离效应对材料进行去除，从而加工出孔，由于该方法直接熔化蒸发材料，故而孔内壁光滑细致，精度好，但由于电子束能量密度大需在孔底部加入辅助材料，适用于难熔金属及陶瓷等材料，适宜加工0.08～0.9mm，长径比在5～10之间的孔。激光打孔作为一种新型加工方法被广泛研究，激光加工微孔是通过能量堆积使工件受照射位置温度升高，从而引起材料熔化、气化及电离，从而形成孔，其具有无接触、加工灵活、成本低、无需真空室、加工速度快、可加工孔径小、无需接触等优点，加工范围为0.01～0.5mm。电火花加工是通过电极与工件(正负极)之间产生电场，两极中间介质被电离击穿而产生脉冲性火花放电，随即产生电子流，利用电腐蚀来去除多余材料，以达到对工件的打孔加工要求，电火花加工方法可加工各种导电材料，不受材料本身特性影响，加工圆度好，长径比较大，但加工速度较低，加工尺寸可到0.3mm左右。已有的微孔加工方法都会产生高温对加工材料会产生大量负面影响，例如在使用电火花工艺为单晶发动机叶片打孔时需要对加工温度精准控制，否则对单晶叶片造成多晶再结晶或缺陷等不良结果，使叶片寿命大大降低。因此现存的微孔加工技术存在对原材料损伤的不良因素，对原材料的性能保障埋下隐患，需要外部冷却系统来避免加工过程过热导致以上情况发生，这使得微孔加工工艺更加复杂化，也大大提高了加工成本，加工效率也有所下降。

电解是将电流通过电解质溶液或熔融态电解质，在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程，电化学电池在外加直流电压时可发生电解过程，电解在正极发生的氧化反应可以对正极材料产生离子转化的过程，即电解腐蚀。

已有的微孔加工方法都会产生高温对加工材料会产生大量负面影响，例如在使用电火花工艺为单晶发动机叶片打孔时需要对加工温度精准控制，否则对单晶叶片造成多晶再结晶或缺陷等不良结果，使叶片寿命大大降低。因此现存的微孔加工技术存在对原材料损伤的不良因素，对原材料的性能保障埋下隐患，并且加工成本也随之增高，加工效率也有所下降。因此，一种常温、无损伤高精度微孔加工技术是当下微孔加工迫切解决的问题之一。本发明的打孔方式属于常温打孔，不会出现二次结晶或者开裂，而且打孔尺寸目前可以达到10μm，因此在加工损伤和加工尺度两个方面综合考虑，本发明的微孔加工技术优于电火花和激光打孔。