有源矩阵电解加工装置及方法

专利名称：有源矩阵电解加工装置及方法
技术领域：
本发明大致涉及用于电解加工(ECM)的装置及方法。更具体地，涉及从 一个静态的、 一般形状的阴极阵列形成一种多种多样的零件面的阵列化的多 电极ECM装置和方法。
背景技术：
在一个通常的电解加工(ECM)过程中，通过作为电解池中一个元件的阳 极部件(part)的电化学溶解来实现金属切削。 一个电极工具(阴极)(tool) 和该部件(阳极)均被置于电解液中，并提供电位电压。在该电解池的阳极 (正极)侧，金属原子被电离，并脱离零件面。这些金属原子与电解液中的 氢氧离子相互结合，形成金属氢氧化物。在该阴极(负极)表面，氢离子还 原为氢气。该包括金属氢氧化物和H2气体的反应产物通过电解液流体排放出 去。根据通常的技术，该工具的加工表面被勾画(contoured)或成形 (profiled)为与需要的设计和该部件相关的大致为阴极的形状。因此，该 阳极的腐蚀产生该工具中的加工或成形表面的轮廓或外形的复制图像(copy image)。电极工具和阳极部件典型地均为单块导体，通常由金属材料或合金制成。 但是，已知有电极工具带有多个或多段电极，每个或每段电极在不同位置具 有不同的电位，以用于支配表面能级或形状。这样的工具也需要该工具和阳 极部件中的一个或全部在加工操作中移动。这些多分段方法限制了有效性和 应用性，特别是在该电极各段的多个位置上，由电化学溶解沉积产生的废弃 反应产物使得该加工进程难以控制。如果废弃反应物的粒子在ECM过程中进 入电极段和阳极部件之间的缝隙，由于电流密度中的不稳定和不可预测的条 件，将会导致低劣的加工精确度。另外，现有的多段设计显著地具有在相邻 的电极之间隔开相对大的绝缘空间的做法。这是因为相邻电极电压充分释放时，如果电极电压处于浮动(float)状态，破坏性的交叉侵蚀(crossover erosion)现象会破坏电极表面。在使用多段设备的现有技术方法中，该固有 的局限阻碍了本应该达到的加强效果。例如，由于在该电解液流动通道中， 特别是在该通道的末端或间隔减小的区域，沉积的沉淀物或废弃产物，形成 一个阳极部件的后加工表面(post machining surface)会与使用该多段电 极系统所期望达到的控制形状产生偏差。但是，小的流动通道间隔对于高加 工准确率是非常需要的，尽管这加剧了废弃产物的问题。如果电极在该交叉 侵蚀现象中被破坏，相似的问题也会产生。己经设计了多种方法来克服与单电极和多电极ECM过程相关的局限性， 例如在ECM过程中提供该工具以保持对电极间隙和获得的ECM电压和/或电流 的更好的控制。这些传统的方法需要在该阳极部件表面闲置出一块(stock), 以通过电极进给达到该表面轮廓，从而增加了周期和成本。另一种方法是在 加工过程中旋转该电极工具和/或(阳极部件)，以避免在电极间隙中的阻碍 和/或沉积并控制该ECM电流和/或电压。但是，这样的方法并非必要，或者 甚至在所有的ECM应用中是不可行的。具体地，在由大致平坦的表面产生曲 面轮廓的过程中(例如，在金属性气缸盖垫圈领域，使用曲面化的挡圈以更 好地分配气缸盖螺栓的负重)，这些方法未能证明是可行的。因此，期望开发一种ECM操作的装置和方法，其利用在一个阵列中的多 分段的电极，特别是在该装置和方法中，其适合于有选择地和单个地控制每 个电极，并且还适合于当反应产物的废弃物在电极间隙区域的流动通道行进 时对它们进行控制。另外，期望开发出一种装置和方法，其不需要在ECM进 程中，于该电极工具和阳极部件之间产生转动或任何形式的相对运动，也不 需要朝向阳极部件进给一个或多个被分段的该电极工具的电极。还期望开发 一种ECM装置和方法，其利用带有一通用加工表面的多段的电极工具，该通 用加工表面适合于形成无限多种曲面轮廓。期望消除闲置块，以更少地消耗 能量/材料，并提供更高的准确性。另外，期望开发出这样一种系统，此系统 中该装置和方法适合于通过计算机(例如带有数字处理控制器的计算机)对 该阳极部件的表面轮廓的可编程控制。
发明内容本发明提供了一种利用一个静态、通用、多分段的电极阵列，通过电解 溶解反应，成形一个阳极化部件表面的方法。该方法包括以下步骤提供一 个具有多个电极的工具，该每个电极带有一个末端加工表面，支持该多个电 极为一个有序阵列，每个电极与其它电极之间电绝缘，与该所有的电极建立 一个电路，提供一个具有待加工的工作表面的部件，利用该部件的工作表面 支持该部件呈与该电极的加工表面相对间隔，通过该工作表面和该加工表面 之间的空间流动电解液，以及有选择地变化分配给特定电极的电性界面，以 在该工作表面产生三维构造。本发明还另外包括以下步骤在整个成形操作 中，支持该所有电极的该加工表面，使得所有电极间相互固定且所有电极与 该部件相互固定。根据本发明的另一个方面， 一种利用一个多分段的电极阵列，通过电解 溶解的反应，成形一个阳极化部件表面的方法。该方法包括以下步骤提供 一个具有多个电极的工具，该每个电极带有一个末端加工表面，在一个有序 阵列中支持该多个电极，每个电极与其它电极之间电绝缘，与该所有的电极 建立一个电路，提供一个具有待加工的工作表面的部件，用该部件的工作表 面支持该部件为与该电极的加工表面相对空间隔，在该工作表面和该加工表 面的空间流动电解液，以及有选择地变化分配给特定电极的电性界面，以在 该工作表面产生三维构造。根据本发明的这个方面，该方法还另外包括以下 步骤在该电极的加工表面降低交叉侵蚀。本发明的另外一个方面包括一种用于在电解溶解作用中成形一个阳极化 部件的表面的装置。该装置包括一个带有多个被支持为一个阵列的电极的工具，该每个电极具有一个末端加工表面。 一个隔离件(barrier)彼此电绝缘 各个电极。 一个供电电源提供电能。 一个具有待加工的工作表面的部件，与 该电极的该加工表面相对间隔设置。在该工作表面和该加工表面之间的空间 内界定一个电解液流动通道。 一个可控的接口可操作地连接该供电电源到该 多个电极上，独立地并有选择地完成连接到每个电极的电路。根据本发明的 这个方面，该每个电极包括一根柔性线，并且该隔离件包括环绕该线的柔性 绝缘套。
根据本发明的再一个方面，提供了一种用于在电解溶解反应中成形一个 阳极化部件的表面的装置。该装置包括一个带有多个被支持为一个阵列的电 极的工具，该每个电极具有一个末端加工表面。 一个隔离件彼此电绝缘各个 电极。 一个供电电源提供电能。 一个具有待加工的工作表面的部件与该电极 的该加工表面相对间隔设置。在该工作表面和该加工表面之间的空间内界定 一个电解液流动通道。 一个可控的接口可操作地连接该供电电源到该多个电 极上，独立地并有选择地完成连接到每个电极的电路。根据本发明的这个方 面，提供一种用于减少该电极的该加工表面的交叉侵蚀的结构。


本发明的上述和其它优点将会根据下述更具体的说明和附图更容易地了 解，其中图1是本发明的一个工具/部件配置的示意图；图2是该部件的成形表面的示意图，其中Z轴比例被放大，以突出该工作表面上的三维形式；图3是一个简化的示意图，显示了本发明的一个实施方式，其中每个电极包括一根柔性线；图4是本发明的一种备选的多分段的电极阵列示意图；图5是本发明的另一种备选的多分段的电极阵列示意图；图6是本发明的再一种备选的多分段的电极阵列示意图；图7是本发明的再一种备选的多分段的电极阵列示意图；图8是本发明的电源分布实施方式的一个示意图；图9是本发明的第二个电源分布实施方式的一个示意图；图IO是本发明的第三个电源分布实施方式的一个示意图；图11A-C描绘了该电解加工方法中的一个进程，使其中单个的电极顺次通电，以控制该电解溶解的废弃反应产物的流动；图13为图12描绘的电流分布，但由下述情况导致，即一个电极被通电，而邻接的电极为断电或为浮动模式，从而该情况有利于产生交叉侵蚀；以及 图14是类似于图13的示意图，但显示了用于减少交叉侵蚀的一种备选 技术。
具体实施方式
参考附图，其中附图中，相同的标号表示相同或相应的部分，利用一个 静态、通用的多分段的工具(用22表示)，通过电化学溶解反应，用于形成阳极化部件(用20表示)的表面21的装置和方法，被描绘为多种配置和备 选的情况。图1中，该工具22显示为多个以一个环形阵列排布的多个不连续 的(例如，分段的)电极24。尽管在图l中是不可见的，每个电极24彼此 通过一种合适的绝缘材料(例如，塑料或其它材料)彼此绝缘。每个电极24 具有一个末端反应表面26 (图3以及11-14)。图1中，该反应表面26未显 示，但图中显示了朝向该部件20的环形表面。当配齐一个电路后(图8-10)， 建立起一个电解池，其中该部件20作为阳极，而每个电极24作为单个的阴 极。电解液(附图中用方向箭头30表示)，通过该工作表面21和该加工表面 26之间的空间流动，以利于作为废弃反应产物的粒子从该工作表面21传输(在图11A-C中最佳地显示)。该电解液可以是任何合适的类型，包括盐水和 硝酸钠。通过有选择地变化对特定电极24建立的电路(通过变化电压、电流、 顺序、定时和/或持续时间)，可在该工作表面21形成三维构造，如图2所示。 该工具22可以为许多不同的形状。图1中，该工具22的加工表面26 被配置为环形的几何状。图3中，该加工表面26被配置为平坦区域。图4 中(为了清楚，前缀"1"添加到在先建立的标号)，该加工表面126被配置 为内部柱形表面。图5中(为了清楚，前缀"2"添加到在先建立的标号)， 该加工表面226被配置为外部柱形表面。图6和图7 (分别采用前缀"3"和"4")也显示为内侧表面和外侧表面的柱形表面，但是，该单个的电极324、 424被配置为不连续柱形表面的轴堆(axial stack),而图4和5中该加工 表面124、 126包括放射状配置的弓形段。这些示例旨在说明该工具22可以 是除本发明此处所述的平面、柱状和管状阵列之外的任何合适、通用的几何 形状。另外，每个单个电极24可具有任何合适形状，例如多边形、圆盘形、 环形或其它。该电极24优选地由导电材料制成，例如金属。为便于切削加工和出于成 本考虑，他们典型地由铜、铝、钢或其它诸如此类的普通导电金属制成。图3中，描绘了一种备选的配置，其中每个电极24包括一根柔性被绝缘 的线，当这些线被组设在一起时，形成一个预先确定的阵列。每根被绝缘的线32具有导电的金属芯以用作线电极24。在图3中，单个的线34以平面或 矩阵阵列化的形式被显示。但是，利用该技术可形成任何形式的表面，包括 环形、柱形、球形或类似。该线电极32可具有任何合适的横截面形状，包括 一个圆形横截面的形状或其它任何适合线的熟知的横截面形状，包括扁圆或 椭圆形、正方形或长方形，或其它任何弓形或多边形的形状，或者是它们的 结合。该工具22中的多个线34的每一个可具有相同的横截面形状，也可以横截面形状彼此不同。它们可代表数种不同形状的重复形式。该线电极32 由导体制成，典型地为金属，例如铜或铝。每个线电极32的末端头包括该加 工表面26。涂敷于每根线32上的绝缘体可从任何已知的绝缘材料中选取，包括熟知 的由有机或无机绝缘材料制成的用于电导线的涂敷物。在该实施方式中，因 为每个单个的线电极可以被各自控制，因此可在表面加工/纹理化(texturing)过程中达到非常精细的分辨率。如果为一个给定的应用的理想 的分辨率小于系统的接受能力(例如，更粗糙)，那么该线电极24可以作为 同时点火(fired)和断电(de-energized)的组或项(section)来对待。在线电极24的连续表面配置中， 一个刚性矩阵34牢固地固定每个线电 极24。该刚性矩阵34可以由任何合适的材料形成，包括金属、塑料、陶瓷 或其它财料。该矩阵材料优选地被选择以用于形成该工具22形状，并可根据 使用的电极进行选择。作为另一个例子，该矩阵34可以由传统的灌封材料(potting material)组成，例如用于固定线的位置和相对电解液密封这些 线的已知类型。该灌封材料典型地为介电材料(dialectric material),以 使在成形操作中，在加工表面26该封灌材料不影响与电极24相关联的电场。 合适的介电材料的例子包括多种工程热塑性和热固性材料，包括多种不导电 的环氧树脂物。现参考图8，描绘了用于本发明的一个示例性的电路。图中，示意性显 示了部件20，工具22由虚线框表示显示了三个代表性的电极24，容易理 解，在该优选的实施方式中，相当大数量的电极会被结合在该工具22中。显示的供电电源28是一个单个的单元，但在备选的应用中，可使用多个供电电 源28以用于不同的设计效率。该供电电源28优选地为DC电源，它适合于为 该工具22中的每一个单个的电极24提供电压和电流。在该实时方式中，该 供电电源28是脉冲电源类型，适合于通过电源总线36提供电压脉冲。在以 下将更进一步描述的数字处理控制的相关使用中，脉冲电源类型的电源是期 望的。该脉冲参数可包括脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲数、脉冲幅度或电压幅 度。该脉冲宽度和间隔优选地在约卜500微秒的范围内。该脉冲电压优选地 在约5-35V的范围内。开关38可在断开和闭合情形之间变换，并与每个电极24相关联。这些 开关38是控制器40的部件，该控制器40可以是数字处理控制器，其用于为 每个电极24提供可编程控制。该控制器40根据预先确定的程序，独立和优 选择地激活该单个的开关38，从而来自于供电电源28的电能以合适的顺序 并持续一段预定的时间分配给每个电极24。也就是说，该控制器40有选择 地改变分配到特定电极的电性界面(electrical profile),以在工作表面 21形成三维构造。通电时，每个电极24通过电解液开始电解过程，其中来 自于该部件(阳极)的原子在电流密度的影响下移动，并欲形成金属氧化物 (并产生作为副产物的氢气)。但是，电解液30的流动在下游方向上优选的 冲走了伴随氢气气泡的金属氢氧化物，即该废弃反应产物。因此，多个开关 38断开或闭合，根据预定的计算机开关控制程序或在控制器40中或通过该 控制器(例如数字处理控制器)执行的算法，为它们对应的电极24提供电压 脉冲。由此，特定的开关38断开，以阻止电压脉冲供应给其它电极。该用于 应用电压脉冲的开关顺序和持续时间取决于该部件中的设计轮廓(图2)、该 部件20的材料、该电极30以及它的密度和温度、电解液的流动率、废气物 管理对象以及其它与电解加工过程相关的因素。该脉冲电源28决定了电压电平设置、脉冲宽度、脉冲间隔和总脉冲数。 完全地，腔制器40影响(或者不影响)向每个电极24提供的来自于该电源 供应28的电源脉冲的控制，从而改进在待加工的表面21上的电解加工。由 此，对于给定的时间间隔，该电压和脉冲设置固定于根据预定时间被单个通
电的电极的阴极侧。该开关断开的电极24不能获取电源，因此很少或没有电解反应发生在相对于这些电极24的加工表面26。该控制器40用作调整供电 电源28和开关38的操作，以影响相应的电极24的电源控制。图9显示了本发明的另外一个实施方式，它使用了产生独立脉冲的控制 方案。如图9所示，该供电电源28'包括一个通用的固定DC供电电源和作 为脉冲发生器的许多独立的开关单元42。该开关单元42适于提供一预定电 压作为多个控制电压脉冲，与根据图8中的实施方式中所描述的形式类似。 由开关单元42获得的脉冲特性可以是固定的，也可以是变化的，这取决于选 择的开关单元42的类型。提供给电极的脉冲由控制器40'控制。该开关单 元42优选为相同的，但也可以不同，并适合于提供具有不同性质的电压脉冲， 开关单元42与它们各自对应的电极24相连。该开关单元42适合于直接根据 该控制器40'的脉冲设定来接收数据，并根据由该控制器40'内执行的控制 算法，可产生带有不同频率的不同电压脉冲。 一个单个的开关单元42优选地 包括可编程震荡器和电源放大器或者其他重要部件的放大器。图9中示意性 描绘的独立脉冲产生方案是有利的，因为它为每个单个的电极24提供更灵活 的电压脉冲特性的控制以及脉冲设定的单个的控制。图IO显示了另一个实施方式，它使用了多个电压单元的控制方案。如图 10所示，该供电电源应28"优选地为如上述实施方式所述的通用的固定电压 的DC供电电源。 一个可编程的稳压器44与对应的每一个电极24电连接。该 实施方式中的控制器40"包括多个接口，用于根据熟知的开环方案或闭环反 馈方案来控制该可编程稳压器44。在该实施方式中，提供给单个的电极24 的电压电平和脉冲特性可直接由该控制器40"控制。配置有多个电压单元的 ECM方法和装置是有利的，因为它允许对电极24的电源分配的最灵活的控制。具有与众不同的空间可控性的阴极阵列ECM方法提供了用于提升效果和 功能的许多机会。首先，该方法利用一个配置为通用(常用)几何形的静态 工具(例如，固定的或不可移的)，确保了受控的各种阳极溶解。单个电极 24的控制序列通过计算机数控方法，可容易地产生无限多种几何表面21。其 次，对电极24通电的次序以及它们通电持续时间的空间可控性，可以用来管 理在电解液流动通道中的废弃反应产物的分布。具体地，结合参考图11A_C，
该金属氢氧化物和氢气泡的废弃反应产物表示为粒子团46。当该第一电极24
(1)通电而相邻的电极24 (2和3)断电时，该废弃团46形成。优选地， 该电极24以时间序列的形式通电，以避免其它电极的废弃团46的影响。如 果没有适当地处理，电解液流动通道的窄的或压縮的部分，会不被期望地设 置于下游电极24上。如果该废弃团46在其它的电极24通电时在这些电极 24的表面26下通过，将会改变该电解液的导电率，并由此负面影响期望的 与该电极相关联的材料切除，并负面影响在该工作表面21形成的曲面轮廓的 准确性。因此，如没有通过管理多个电极沿阵列通电的次序、定时和持续时 间来进行适当的空间补偿通，由于表面散射的预测率值的固有的不准确性以 及在受污染的电解液中的对流，在工作表面21的ECM表面轮廓可导致不期望
的工艺误差。
因此，图IIA—C描绘了对顺序和定时的管理策略，在该顺序和定时中， 工具22中的多个电极24被点火。该控制策略可被单独地或与电极24成组地 实施，其可以有效地避免一个电极(或电极组)24的反应产物46对发生在 另一个电极(或电极组)24的反应的干扰。这可大致地描述为对该预定顺序、 定时和持续时间的可编程控制，此控制下电极24通电，从而降低了当任何一 个或多个电极24被点火时，来自于废弃团46的反应产物通过该空间间隙的 可能性。该沉积物管理策略可通过许多方法实施。 一个控制策略的示例具有 一个电极24,它大致位于该电解液流动通道的下游区域附近，并在大致位于 该电解液流动通道的上游区域的电极之前通电。这种"反转" (back-st印ping)顺序和定时可达到降低上游反应产物对期望的下游反应的 损害的效果。当然，在给定电解液流动率和电极定时、顺序和持续时间的情 况下，也可采用其它的管理策略。
为更充分地描述该第一个示例的控制策略，具体结合图IIA—C，该开关 操作序列是从最靠近该电解液出口的电极24 (1)开始至最靠近入口的电极 24 (n)。通过该方法，当该第一电极24 (1)被开关操作为"接通"时(如 图11A所示)，该废弃反应产物，包括金属氢氧化物和氢气泡形式的沉积物， 随即在电解液流体30中作为一个团46存在。接下来，该第一电极24 (1) 由开关操作该电压"关断"而断电，而下一个电极24 (2)通过开关操作电 压"接通"而通电。该来自于下一个电极24 (2)的废弃团46，通过电解液 流体30存在，如图11B所示。此时该第一电极24 (1)断电，因此不受该废 弃团46'影响。在预定的持续时间内，该第二电极24 (2)或电极组通电， 当该持续时间完成后断电，然后下一个电极24 (3)或电极组通电，如图11C 所示。由此，废弃团46可沿该电解液流体30运动，通过该第一和第二电极 24，由于它们均被"关断"，所以不会受该废弃反应产物影响。该序列的进程 优选地以相似的形式继续，直至所有的电极通电。此时，可以重复上述步骤 任意数量的周期直至获得期望的轮廓。根据所需要的轮廓和其它因素，该方 法可包括上述的单个顺序，或者多个重复的该顺序。该预定顺序提供了电解 反应总是在未受污染的电解液30中产生，因为废弃团46、 46，、 46"从不在 通电电极24的反应区内。有问题的沉积物(金属氢氧化物)和析出气泡总是 在当前反应区域的下游，根据可编程的开关定序，该反应区域紧接上游区域 向下游跳变。
图12显示了在ECM间隙中的电流分布，其在相邻的电极24间带有狭窄 的间隔。应用有限元(finite element method)方法以向量方式模拟该电流 分布，该向量从该部件20的工作表面21朝向该电极24的加工表面26前进。 一个电绝缘48设置于相邻的电极24之间，以建立电绝缘。如上所述，该单 个的电极24选择性地单个通电，以实现预期的表面成形技术。当相邻的电极 24均通电时，在该间隙区域内建立的电场实质上是均衡的，因此对该阴极材 料产生很少或不产生侵蚀影响。但是，因为有必要当一个电极24的相邻电极 24保持通电或采用浮动电势时，对该电极24断电，所以交叉侵蚀的问题可 能会在断电的电极24中绝缘体48的附近区域50产生。因此，如图13所示， 该"关断"的电极24采用浮动电势，故一些电流从该交叉侵蚀区域50的绝 缘体48附近的加工表面26流走。因此该浮动电极24变为一个部分阳极，因 而局部的电解溶解可发生。已在现有技术的系统中发现，当相邻的电极24 间的间隔相对较大时，交叉侵蚀的问题一般而言是可以忽略不计的。但是， 本发明选择空间紧密的电极24，其中的绝缘体相对较小。如果不处理该问题， 交叉侵蚀可侵蚀单个的电极24的加工表面26，从而在相对该部件20的工作 表面21处产生隆起。
为处理该问题，本发明由一种材料组合物形成该加工表面26，该材料组 合物能够产生氧化物层。通过使用具有不同性质的特殊的阴极材料，该交叉 侵蚀问题可以减少或消除。合适的材料在含盐电解液中当被施加阳极电位时， 可产生一层坚固但导电的氧化物薄层。该氧化物层使该表面上的金属原子从 该双层分离开。该氧化物薄层保证了产生氧气或其它气体的电解反应，但禁 止或阻碍该阴极金属本身的氧化。当该浮动电位变为负电位或零电位，该电 极表面有利于所有的必要的电解反应，并且还有利于还原该氧化物层。产生 氧化物层的材料种类包括钛、钽、钨以及包括这些元素的合金。
另外的合适的材料种类传导电，但当该表面被施加阳极电位时，具有比 需要的用于金属侵蚀的电位高得多的电位。该阴极处于浮动状态，并且这些 材料的原子或分子不能越过氧化阻止层进而被离子化。他们有利于通过将多 余的电子从该表面传导出去而产生氧气。电解反应过程中该电路保持闭路状 态，但很少材料从该浮动阴极被溶解。该具有高氧化电位的第二种类型的材 料包括石墨和导电陶瓷，例如高密度石墨和室温下导电性能强的陶瓷(例如，
SiC)。
为达到这些抗交叉侵蚀的优点，该电极24可完全由上述材料组成，或者 可包括由钢、不锈钢、铜、铝或类似的材料组成，以容易地加工和成形，但 它们的表面涂覆有上述的材料组合物。可以采用化学气相沉积、等离子活化 气相方法或类似的涂覆技术。
另外一种克服交叉侵蚀的方法如图14所示。此处，该绝缘体48'延伸 入间隙空间，从而一个突出的末端49'突出于该加工表面26。此种情况下， "关断"的电极24的边缘区域中的电流密度因该突出端49'的干扰而减弱。 这些和其他方法旨在用于降低或消除交叉侵蚀问题。
显而易见地，根据上述技术，本发明的许多修改和变化是可能的。因此 容易理解，在后附的权利要求的范围内，本发明可通过不同于上述具体描述 的方式实施。
权利要求
1、一种利用一个静态、通用、多分段的电极阵列，通过电解溶解反应，成形一个阳极化部件表面的方法，所述方法包括以下步骤提供一个具有多个电极的工具，该每个电极带有一个末端加工表面；在一个有序阵列中支持该多个电极；每个电极与其它电极之间电绝缘；所有的电极建立一个电路；提供一个带有待加工的工作表面的部件；利用该部件的工作表面支持该部件为与该电极的加工表面相对间隔；在该工作表面和该加工表面之间的空间流动电解液；有选择地变化分配给特定电极的电性界面，以在该工作表面产生三维构造；以及在整个成形操作中，支持该所有电极的该加工表面。使得所有电极间相互固定且所有电极与该部件相互固定。
2、 如权利要求1所述的方法，其中所述用选择地变化电性界面的步骤包 括通过操纵定时、持续时间和顺序电流，有意地控制电解溶解的废弃反应产 物的流动。
3、 如权利要求2所述的方法，其中所述流动该电解液的步骤包括将该电 解液安排成从上游方向朝向下游方向，并进一步包括在对位于上游方向上的 电极建立电路之前，优先地为位于下游方向上的电极建立电路。
4、 如权利要求1所述的方法，其中该电路具有一个断开状态和一个闭合 状态，进一步包括以下步骤当反应产物的废弃团位于该工作表面和该电极 的加工表面之间的空间时，阻止对一个电极建立闭合的电路。
5、 如权利要求1所述的方法，其中所述有选择地变化该电性界面的步骤 包括干扰供应给一个电极的电压和电流中的至少一个。
6、 如权利要求1所述的方法，其中所述有选择地变化该电性界面的步骤 包括变换供应给一个电极的电压和电流中的至少一个的数值。
7、 如权利要求1所述的方法，其中所述建立一个电性界面的步骤包括对一个电极周期性地输送电压脉冲。
8、 一种利用一个静态的阴极阵列，通过电解溶解反应，成形一个阳极化部件表面的方法，所述方法包括以下步骤提供多个阴极电极，该每个阴极电极带有一个末端加工表面； 在一个有序阵列中支持该多个电极；每个电极与其它电极之间电绝缘；对该所有的电极分配电能；提供一个具有待加工的工作表面的部件；用该部件的工作表面支持该部件为与该电极的加工表面相对间隔； 在该工作表面和该加工表面之间的空间流动电解液；有选择地变化分配给特定电极的电性界面，以在该工作表面产生三维构造；以及在该电极的加工表面减少交叉侵蚀。
9、 如权利要求8所述的方法，其中所述降低交叉侵蚀的步骤包括在每个 电极上形成一层导电氧化物层。
10、 一种用于通过电解溶解作用成形一个阳极化部件的表面的装置，该 装置包括一个带有多个被支持为一个阵列的电极的工具，该每个电极具有一个末 端加工表面；一个隔离件彼此电绝缘各个电极； 一个供电电源，用于提供电能；一个具有待加工的工作表面的部件，与该电极的该加工表面相对间隔设 置，其中在该工作表面和该加工表面之间的空间内界定一个电解液流动通道；一个可控的接口可操作地连接该供电电源到该多个电极上，独立地并有 选择地完成连接到每个电极的电路；以及其中所述每个电极包括一根柔性线，并且该隔离件包括环绕该线的 柔性绝缘套。
11、 如权利要求IO所述的装置，包括一个以一个连续表面配置的形式定 位所述电极的矩阵。
12、 如权利要求11所述的装置，其中所述控制器包括计算机控制的开关。
13、 如权利要求ll所述的装置，其中所述控制器包括一个稳压器。
14、 如权利要求ll所述的装置，其中所述控制器包括一个脉冲发生器。
15、 如权利要求11所述的装置，其中所述电解流动通道具有一个上游区域以及一个下游区域，所述控制器包括一个编程电路，用于有选择地操纵对 所述电极配齐的电路的顺序，以有利于电解加工不受上游废弃反应产物的干 扰。
16、 一种用于通过电解溶解作用成形一个阳极化部件的表面的装置，该装置包括一个带有多个被支持为一个阵列的电极的工具，该每个电极具有一个末端加工表面；一个隔离件彼此电绝缘各个电极； 一个供电电源，用于提供电能；一个具有待加工的工作表面的部件，与该电极的该加工表面相对间隔设 置，其中在该工作表面和该加工表面之间的空间内界定一个电解液流动通道；一个可控的接口可操作地连接该供电电源到该多个电极上，独立地并有 选择地完成连接到每个电极的电路；以及用于减少在所述电极的所述加工表面上交叉侵蚀的结构。
17、 郊权利要求16所述的装置，其中所述用于减少交叉侵蚀的结构包括 在所述加工表面上的组合物质，可产生一层氧化物层。
18、 如权利要求17所述的装置，其中所述在加工表面上的组合物质从由 钛、钽、钨以及钛、钽、钨的合金所组成的群中选取。
19、 如权利要求16所述的装置，其中所述在加工表面上的组合物质从由 石墨、陶瓷以及石墨、陶瓷的合成物所组成的群中选取。
20、 如权利要求16所述的装置，其中用于减少交叉侵蚀的结构包括一个 所述隔离件的突出的末端，该末端突出于所述电极的加工表面。
全文摘要
一种利用计算机控制的电绝缘阴极项的静态阵列的电解加工装置和方法，以有选择和单独地为成形一个部件的表面的目的而使该电极通电。该紧密成簇的电极阵列可由例如单个的线形成。可以管理该废弃反应产物，以提高加工准确性。该电极可以由能够产生氧化物层或抗电解溶解的物质组成，从而克服在紧密空间情况下的交叉侵蚀问题。一个克服交叉侵蚀的备选方法是将绝缘延伸入工具和部件之间的间隙空间中。
文档编号B23H3/00GK101166600SQ200580041232
公开日2008年4月23日 申请日期2005年10月3日 优先权日2004年10月1日
发明者佑丰·罗, 威廉·J·兹德布利克 申请人:费德罗-莫格尔公司