[发明专利]双极性电解放电加工工件的方法及实施装置

说明书

本发明公开了一种双极性电解放电加工工件的方法及实施装置，该双极性电解放电加工工件的方法包括以下步骤：提供电源，所述电源的正极连接导电工件，所述电源的负极连接导电电极；将所述导电工件和所述导电电极浸泡于电解液中；接通所述电源加工所述导电工件，所述电源输出双极性脉冲电压，所述双极性脉冲电压包括正极性电压和负极性电压，所述负极性电压的电压值大于25V。利用正极性电压对导电工件进行氧化腐蚀，利用负极性电压产生火花，提高了正极性电压脉冲周期中电极的电解加工效率，能够实现厘米级的加工间隙下仍然具有较高的加工效率。

技术领域

本发明涉及电极加工技术领域，尤其是涉及一种双极性电解放电加工工件的方法及实施装置。

背景技术

目前在微机电系统、生物医疗、精密模具及高端钟表表盘上应用了大量微孔、微槽结构，其中孔径或槽宽尺寸一般在10～100μm之间。这类表面微结构具有结构尺寸小、阵列数目多、加工精度要求高、表面质量要求高等特点，使得其加工问题成为制约产品使用性能及大规模应用的关键因素。在表面微结构加工方法中，传统的钻削、铣削加工尺寸一般在100μm以上，面对更小尺寸加工时由于刀具本身制造困难，同时加工过程中存在机械力，使得加工过程极易出现断刀情况，因此很难实现低成本、高效率加工100μm以下的微结构。非传统加工方法中的电解、电火花加工具有加工过程无机械力，能加工高硬度薄壁材料的特点，是实现100μm以下微结构加工的主要技术，但是要实现这类非传统加工方法的前提是制备精密微电极，因此微电极的加工技术研究十分关键。

目前微电极的加工方法主要有精密磨削、精密金刚石车削、丝线电火花磨削和微细电解加工等。精密磨削是用微小的多刃刀具进行材料微量去除的一种加工方法，一般是通过氧化铝和碳化硅砂轮来实现，能实现1μm以下的加工精度。但是由于这种方法加工过程中砂轮和工件接触，相互之间存在一定机械作用力，容易导致工件挤压变形，并且尺寸越小时变形越严重，因此加工尺寸受限，一般加工直径在50μm以上；精密金刚石车削是工件旋转，利用金刚石车刀具在平面内作直线或曲线移动的切削加工技术，精密金刚石车削可以达到纳米级的加工精度，是加工微电极的主要方法。但是精密金刚石车削与精密磨削相同，刀具与工件之间存在一定机械作用力，加工细长轴时容易变形，并且精密金刚石车床设备昂贵，金刚石刀具成本高，因此使用过程中存在一定局限性；丝线电火花磨削(wireelectrical discharge grinding，WEDG)是一种基于电火花加工原理，利用金属丝线当做工具电极，利用工具电极的径向或轴向运动以及工件本身的旋转运动不断热蚀工件材料，最终将工件磨削成微棒状的加工方法，是目前制备微细电极的常用的加工技术，电极加工直径能达到20μm以下。但是这种加工方法需要设置细小的外部电极，安装便捷性差，同时这种加工方法对平台要求极高，定位精度一般要求在1μm以下，并且由于细线电极一般进给较慢(1μm/s以下)，因此加工效率较低，导致这种技术在大规模应用上有一定局限性。微细电解加工是一种基于电解加工原理，利用块状或者细线工具电极，通过调控电源电压、频率、占空比等参数减低加工区电流密度，进而实现工件材料微量去除，理论上能实现光滑表面加工。加工过程中工具电极轴向或径向进给，同时工件自身转动，最终将工件材料加工成微棒状。但是这种加工方法与细线电火花磨削加工方法类似，都需要精密设备，因此设备投入成本高，并且由于进给速度低，导致加工效率同样较低。

总的来说基于非传统制造技术的电火花加工技术及电解加工技术，由于工具电极与工件电极无接触，不存在相互机械力作用，加工过程中工件不容易变形，因此更加适用于微电极加工。其中电火花加工相比电解加工，由于工件是依靠瞬间高温的方式(微观爆炸)进行材料热去除，因此在工件表面存在一定亚表面损伤(凹坑或微裂纹)，同时存在一定的热应力，使微电极产生一定热变形。而基于电化学原理的电解加工技术，由于工件材料发生氧化还原反应，工件材料的原子反应成离子，即利用逐渐溶解的方式将工件加工成棒状电极，一般加工表面完整性好，粗糙度低，不存在微裂纹，是100μm以下精密电极加工的理想方法。电解加工微电极的方法中工具电极和工件之间存在一定间隙，加工间隙越小加工精度越高，一般加工间隙在微米级，但是电解加工间隙越小则加工能量越低，又会导致加工效率低，即表现出电解加工效率低的结果。