[发明专利]一种基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法及控制系统

说明书

本发明涉及的基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法，包括用以对设置在电解液中的工件交替切换地实行第一加工段和第二加工段，其中，第一加工段为电解工件，第二加工段为将工件作为阴极并实施阴极析氢。该方法有效利用了电化学反应过程中阴极析氢这一特点，无需借助其他技术手段，便可有效去除加工间隙中的阳极不溶性产物，特别是粘附于阳极加工表面的不溶性产物，以解决加工间隙内阳极产物排出、电解液更新困难的问题，从而提高微尺度加工间隙内的传质速度、微细电解加工效率、改善加工表面质量和稳定性，并可实现大深宽比微结构的加工。

技术领域

本发明涉及一种基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法及控制系统。

背景技术

精密化、微型化是现代工业产品的主流发展方向，而微细加工技术是实现产品微型化的支撑技术，也是衡量一个国家先进制造水平的重要评价指标之一。微细电解加工技术是一种基于电化学阳极溶解原理的微细制造方法，具有加工不受材料机械性能的限制、加工表面质量好、阴极无损耗、可重复使用等优点。鉴于以上这些优点，微细电解加工技术已成为微细制造领域最具发展前景的加工方法之一。然而，在微细电解加工过程中，阴阳两极之间的间隙(加工间隙)通常仅为数微米至数十微米，有时甚至处于亚微米量级，如此狭小的加工间隙使得加工过程中，间隙内电解产物排出十分困难，特别是阳极产生的絮状不溶性产物，极易粘附在阳极加工表面，造成加工间隙内的电解液更新困难，使得加工表面质量和稳定性降低，有时甚至会有火花和短路现象的发生，使得加工无法持续进行。因此，非常有必要强化电解加工微尺度加工间隙内传质速度的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质的方法，以解决加工间隙内阳极产物排出、电解液更新困难的问题，从而提高微细电解加工效率、改善加工表面的质量和稳定性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法，包括用以对设置在电解液中的工件交替切换地实行第一加工段和第二加工段，其中，所述第一加工段为电解所述工件，所述第二加工段为将所述工件作为阴极并实施阴极析氢。

进一步地，所述方法包括：提供插入至电解液中的微细电极和辅助电极；所述第一加工段具体为：将所述微细电极作为阴极，所述工件作为阳极，供电以使所述微细电极和所述工件之间形成回路；所述第二加工段具体为：将所述工件作为阴极，所述辅助电极作为阳极，供电以使所述工件和所述辅助电极之间形成回路。

进一步地，所述第二加工段还包括，将所述微细电极作为阴极，供电以使所述微细电极和所述辅助电极之间形成回路。

进一步地，在所述第一加工段中，采用超短脉冲电压；在所述第二加工段中，采用直流或高频窄脉冲电压。

进一步地，所述超短脉冲电压为5.0V，脉冲频率为1MHz，脉冲宽度为80ns；所述高频窄脉冲电压为2.0V，脉冲频率为50KHz，占空比为50％。

进一步地，所述微细电极为直径为50μm的钨棒，所述辅助电极为304不锈钢片且尺寸为30mm×30mm×1mm。

进一步地，所述微细电极的下端面与所述工件的上表面之间的间隙设置为5μm作为初始加工间隙，在所述第一加工段，所述微细电极以恒定的速度v＝1.0μm向所述工件进给，在所述第二加工段，所述微细电极相对所述工件保持不动。

本发明还提供一种实现所述的基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法的控制系统，用以对设置在电解液中的工件进行加工，所述控制系统包括用以插入在电解液中的微细电极和辅助电极以及分别与所述微细电极、所述辅助电极和所述工件电连接的供电装置，所述供电装置与所述微细电极、所述工件构成第一回路，所述供电装置与所述辅助电极、所述工件构成第二回路，所述控制系统还包括控制切换所述第一回路、所述第二回路中其中一个导通的切换开关，所述第一回路中，所述微细电极为阴极，所述工件为阳极；所述第二回路中，所述工件为阴极，所述辅助电极为阳极。