一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置.pdf

本发明公开了一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置，包括顶盖、密封垫、阴极、非金属柔性多孔介质、掩膜和工件阳极；阴极的正面平整，其背面含有均匀分布的凹槽和两相邻凹槽之间形成的凸台；凹槽包括位于阴极中心的圆形的汇液槽、位于除汇液槽外其他区域的呈风车状分布的弧状的引流槽以及安设于两相邻引流槽之间的出液槽；引流槽与出液槽不贯通；汇液槽和引流槽内开设有进液孔；出液槽内开设有出液孔；顶盖、密封垫、阴极、多孔介质和掩膜自上而下依次紧密贴合于工件阳极之上从而形成核心加工单元。本发明直接通过改造阴极的形状就能使电解产物排出更容易，工件阳极表面流场分布更均匀，进而提高电解加工质量。

权利要求书1.  一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置，包括设有进液口（7）的平板状的顶盖（1）、开有中心通孔（8）的片状的密封垫（2）、设有通孔的阴极（3）、非金属柔性多孔介质（4）、掩膜（5）和工件阳极（6），其特征在于：所述的阴极（3）的正面平整；所述的阴极（3）的背面含有均匀分布的凹槽和两相邻凹槽之间形成的凸台（3-6）；所述的凹槽包括位于阴极（3）中心的圆形的汇液槽（3-5）、位于除汇液槽（3-5）外其他区域的呈风车状均匀分布的弧状的引流槽（3-3）以及安设于两相邻引流槽之间的出液槽（3-1）；所述的引流槽（3-3）与出液槽（3-1）不贯通；所述的引流槽（3-3）一端与汇液槽（3-5）连通，另一端封闭且靠近阴极（3）外沿；所述的出液槽（3-1）一端设有位于阴极（3）最外沿的出口，另一端封闭且靠近汇液槽（3-5）；所述的阴极（3）上的通孔包括进液孔（3-4）和出液孔（3-2），进液孔（3-4）分布于汇液槽（3-5）和引流槽（3-3）内，出液孔（3-2）分布于出液槽（3-1）内；所述的顶盖（1）、密封垫（2）、阴极（3）、非金属柔性多孔介质（4）和掩膜（5）自上而下依次紧密贴合于工件阳极（6）之上；所述的阴极（3）的正面与非金属柔性多孔介质（4）贴合。2.  根据权利要求1所述的一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置，其特征在于：所述的阴极（3）的材质为金属，厚度为1.5～2.5mm。3.  根据权利要求1所述的一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置，其特征在于：所述的凸台（3-6）的高度相同。4.  根据权利要求1所述的一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置，其特征在于：所述的进液孔（3-4）和出液孔（3-2）的直径为0.2～0.5mm，相邻两孔的几何中心的间距为1.0～2.0mm。5.  根据权利要求1所述的一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置，其特征在于：所述的汇液槽（3-5）、引流槽（3-3）和出液槽（3-1）的深度相等，均为0.5～1mm，汇液槽（3-5）的直径为10～20mm,引流槽（3-3）和出液槽（3-1）的宽度为0.5～0.8mm。6.  根据权利要求1所述的一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置，其特征在于：所述的引流槽（3-3）的个数为18～24个，出液槽（3-1）的个数为18～24个。7.  根据权利要求1所述的一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置，其特征在于：所述的密封垫（2）的材质为硅橡胶、乙丙橡胶、聚四氟乙烯等电绝缘弹性非金属材料，厚度为1～1.5mm。8.  根据权利要求1所述的一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置，其特征在于：所述的密封垫（2）能完全覆盖引流槽（3-3）和出液槽（3-1）。9.  根据权利要求1所述的一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置，其特征在于：所述的密封垫（2）上的中心通孔（8）、汇液槽（3-5)、顶盖（1）上的进液口（7）三者的几何中心重合。10.  根据权利要求1所述的一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置，其特征在于：所述的顶盖（1）的材质为非金属固体材料。

说明书一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置
技术领域
本发明属于电解加工领域，尤其涉及一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置。
背景技术
合理的微坑阵列、微凹槽阵列等表面织构能有效地减小摩擦与磨损、改善器件表面散热和流体运动状态，应用广泛。目前加工微坑阵列的主要方法有激光加工、精密机械加工、电火花加工和电解加工。其中电解加工因为具有加工过程中工具与工件不直接接触、无工具电极损耗、加工效率高、工件表面不会产生加工应力、变形及热影响区等优点，是一种在金属表面获得微坑阵列的重要手段。一般的电解加工多是在工件表面涂覆一层光刻胶后，进行光刻、电解、去胶得到微坑阵列。该方法工艺复杂、效率低、成本高。虽然阴极制备掩模法和以干膜光刻胶代替液态光刻胶做掩膜等掩膜电解加工方法的出现，能在某种程度上解决上述问题。但掩膜与工件的紧密贴合是实现高精度微结构加工的前提，传统的掩膜贴敷方法多是通过加热加压的手段，需要专门的层压或贴膜设备，且在复杂形面上应用困难。
文献“Hao Q L, Ming P M. Fabrication of Micro-Dimple Arrays Using Modified Through-Mask Electrochemical Micromachining[C]//Applied Mechanics and Materials， 2015, 703: 146-149.”提出了一种极间间隙柔性多孔介质填充型掩膜电解加工微坑阵列的方法。该方法用柔性多孔介质填充极间间隙，当压紧阴阳极时，柔性多孔介质传递压紧力保证掩膜与工件紧密贴合的同时也能为电解加工提供必需的传质环境。加工时，一方面，电场能通过柔性多孔介质内的孔隙到达被加工区域，另一方面，外来的电解液也能通过柔性多孔介质内相互交错贯通的孔到达被加工区域，这样，被加工区域在上述机理的共同作用下被蚀除。加工后的电解产物则通过柔性多孔介质的孔隙排出被加工区域。因为所使用的柔性多孔介质比较柔软，所以它能够为活动掩膜电解加工的活动掩膜的良好帖敷提供一种简便、适用范围广的方法，且尤其适合于非平面的活动掩膜的贴敷。但由于柔性多孔介质内的孔隙比较小，电解液流通阻力大，当用于加工大面积的工件时，电解产物可能需要经过很长的排出路线，克服很大的排出阻力才能排出加工间隙，同时也可能造成极间间隙的流场分布不均，从而影响电解加工的效果和速度。因此有必要开发一种引液装置，在利用上述电解加工方法的优点的同时，还能使加工大面积的工件时有均匀的流场分布且电解产物排出更容易。
发明内容
本发明的目的是提供一种能使极间多孔介质填充型掩膜电解加工方法的电解产物排出更容易、流场分布更均匀的引液装置。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置，包括设有进液口（7）的平板状的顶盖（1）、开有中心通孔（8）的片状的密封垫（2）、设有通孔的阴极（3）、非金属柔性多孔介质（4）、掩膜（5）和工件阳极（6）；所述的阴极（3）的正面平整；所述的阴极（3）的背面含有均匀分布的凹槽和两相邻凹槽之间形成的凸台（3-6）；所述的凹槽包括位于阴极（3）中心的圆形的汇液槽（3-5）、位于除汇液槽（3-5）外其他区域的呈风车状均匀分布的弧状的引流槽（3-3）以及安设于两相邻引流槽之间的出液槽（3-1）；所述的引流槽（3-3）与出液槽（3-1）不贯通；所述的引流槽（3-3）一端与汇液槽（3-5）连通，另一端封闭且靠近阴极（3）外沿；所述的出液槽（3-1）一端设有位于阴极（3）最外沿的出口，另一端封闭且靠近汇液槽（3-5）；所述的阴极（3）上的通孔包括进液孔（3-4）和出液孔（3-2），进液孔（3-4）分布于汇液槽（3-5）和引流槽（3-3）内，出液孔（3-2）分布于出液槽（3-1）内；所述的顶盖（1）、密封垫（2）、阴极（3）、非金属柔性多孔介质（4）和掩膜（5）自上而下依次紧密贴合于工件阳极（6）之上；所述的阴极（3）的正面与非金属柔性多孔介质（4）贴合。
所述的阴极（3）的材质为金属，厚度为1.5～2.5mm。
所述的凸台（3-6）的高度相同。
所述的进液孔（3-4）和出液孔（3-2）的直径为0.2～0.5mm，相邻两孔几何中心的间距为1.0～2.0mm。
所述的汇液槽（3-5）、引流槽（3-3）和出液槽（3-1）的深度相等，均为0.5～1mm，汇液槽（3-5）的直径为10～20mm,引流槽（3-3）和出液槽（3-1）的宽度为0.5～0.8mm。
所述的引流槽（3-3）的个数为18～24个，出液槽（3-1）的个数为18～24个。
所述的密封垫（2）的材质为硅橡胶、乙丙橡胶、聚四氟乙烯等电绝缘弹性非金属材料，厚度为1～1.5mm。
所述的密封垫（2）能完全覆盖引流槽（3-3）和出液槽（3-1）。
所述的密封垫（2）上的中心通孔（8）、汇液槽（3-5)、顶盖（1）上的进液口（7）三者的几何中心重合。
所述的顶盖（1）的材质为非金属固体材料。
本发明采用上述技术方案后将达到的技术效果是：本发明的一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置，首先将顶盖（1）、密封垫（2）、阴极（3）、非金属柔性多孔介质（4）和掩膜（5）自上而下依次紧密贴合于工件阳极（6）之上，从而形成核心加工单元。由于阴极（3）的正面的凸台（3-6）被密封垫（2）贴合，使得汇液槽（3-5）和引流槽（3-3）之间构成相互连通的封闭空间，且封闭空间与外界不连通；另一方面出液槽（3-1）也形成了各自独立的与外界连通的出液通道，且出液通道与上述封闭空间不连通。加工时，电解液通过顶盖（1）上的进液孔（7）和密封垫（2）上的中心通孔（8）到达汇液槽（3-5），并由汇液槽（3-5）分流进入引流槽（3-3），同时，电解液在压力作用下通过汇液槽（3-5）和引流槽（3-3）内的进液孔（3-4）进入非金属柔性多孔介质（4），进而达到被加工区域。电解产物则由就近的出液孔（3-2）进入出液槽（3-1），进而排出外界。这样，一方面电解液到达被加工区域以及电解产物的排出路线更短、阻力更小；另一方面，使用该引液装置不受被工件阳极面积大小的影响。
综上说述，本发明的优点是：本发明直接通过改造阴极的形状的就能使被加工工件表面流场分布更均匀，电解产物排出更容易，尤其适合于加工大面积的工件。且该引液装置安装简单、操作方便，可重复利用。
附图说明
图1为本发明的三维剖视图。
图2为本发明的三维拆解图。
图3为阴极的上表面示意图。
图4为阴极的下表面示意图。
图5为电解液的流动曲线图。
图中标号名称：1、顶盖；2、密封垫；3、阴极；4、非金属柔性多孔介质；5、掩膜；6、工件阳极；7、进液口；8、中心通孔；3-1、出液槽；3-2、出液孔；3-3、引流槽；3-4、进液孔；3-5、汇液槽；3-6、凸台。
具体实施方式
下面结合附图1至5对本发明的实施作进一步描述。
如图1至5所示，一种用于极间多孔介质填充型掩膜电解加工的引液装置，包括设有进液口7的平板状的顶盖1、开有中心通孔8的片状的密封垫2、设有通孔的阴极3、非金属柔性多孔介质4、掩膜5和工件阳极6；阴极3的正面平整；阴极3的背面含有均匀分布的凹槽和两相邻凹槽之间形成的凸台3-6；凹槽包括位于阴极3中心的圆形的汇液槽3-5、位于除汇液槽3-5外其他区域的呈风车状均匀分布的弧状的引流槽3-3以及安设于两相邻引流槽之间的出液槽3-1；引流槽3-3与出液槽3-1不贯通；引流槽3-3一端与汇液槽3-5连通，另一端封闭且靠近阴极3外沿；出液槽3-1一端设有位于阴极3最外沿的出口，另一端封闭且靠近汇液槽3-5；阴极3上的通孔包括进液孔3-4和出液孔3-2，进液孔3-4分布于汇液槽3-5和引流槽3-3内，出液孔3-2分布于出液槽3-1内；顶盖1、密封垫2、阴极3、非金属柔性多孔介质4和掩膜5自上而下依次紧密贴合于工件阳极6之上；阴极3的正面与非金属柔性多孔介质4贴合。
阴极3的材质为金属，厚度为2mm。
凸台3-6的高度相同。
进液孔3-4的直径为0.5mm，出液孔3-2的直径为0.2mm，相邻两孔的几何中心的间距为1.5mm。
汇液槽3-5、引流槽3-3和出液槽3-1的深度相等，均为0.5mm，汇液槽3-5的直径为15mm,引流槽3-3的宽度为0.5mm，出液槽3-1的宽度为0.8mm。
引流槽3-3的个数为24个，出液槽3-1的个数为24个。
密封垫2的材质为硅橡胶、乙丙橡胶、聚四氟乙烯等电绝缘弹性非金属材料，厚度为1mm。
密封垫2能完全覆盖引流槽3-3和出液槽3-1。
密封垫2上的中心通孔8、汇液槽3-5、顶盖1上的进液口7三者的几何中心重合。
顶盖1的材质为非金属固体材料。
如图1至2所示，使用此引液装置进行电解加工前，首先将顶盖1、密封垫2、阴极3、非金属柔性多孔介质4和掩膜5自上而下依次紧密贴合于工件阳极6之上，从而形成核心加工单元。由于阴极3的正面的凸台3-6被密封垫2贴合，使得汇液槽3-5和引流槽3-3之间构成相互连通的封闭空间，且封闭空间与外界不连通；另一方面出液槽3-1也形成了各自独立的与外界连通的出液通道，且出液通道与上述封闭空间不连通。加工时，电解液通过顶盖1上的进液孔7和密封垫2上的中心通孔8到达汇液槽3-5，并由汇液槽3-5分流进入引流槽3-3。又如图5中虚线所示，电解液的流动曲线，在压力作用下电解液经汇液槽3-5和引流槽3-3内的进液孔3-4进入非金属柔性多孔介质4内。由于非金属柔性多孔介质4内的网孔互相交错贯通，所以电解液能在非金属柔性多孔介质4内流通。由于阴极3上的进液孔3-4总面积大于出液孔3-2总面积，所以电解液一方面经由阴极3上与进液孔3-4邻近的出液孔3-2及非金属柔性多孔介质4的侧面直接排出，另一方面通过掩膜5上的掩膜微孔到达工件阳极6。由于进液孔3-4在阴极上分布比较均匀，因此到达工件阳极6表面的流场分布更均匀。而电解产物则从工件阳极6的微坑内排入非金属柔性多孔介质4。随后，靠近阴极3外沿的电解产物由非金属柔性多孔介质4的侧面排出被加工区域，远离阴极3外沿的电解产物直接由阴极3上临近的出液孔3-2排出被加工区域。此种电解液的流通方式利于电解液的流通和电解产物的排出，从而提高被加工表面流场分布的均匀性，进而提高电解加工的效果和速度，尤其适用于加工大面积的工件。