一种用于掩膜电解加工的自吸式冲液加工装置

1.本发明涉及掩膜电解加工技术领域，一种用于掩膜电解加工的自吸式冲液加工装置。


背景技术：

2.功能性表面是指具有特殊性能的材料表面，例如减摩表面、减阻表面、传热表面、亲疏水表面、医用表面等等，在航空航天领域、机械装备、船舶技术、高级汽车开发、医疗器械等行业中，应用极其广泛。制备功能性表面的方法有很多，其中通过在材料表面制备特殊微结构是实现特定功能性表面的重要手段。掩膜电解加工技术将具有特定图案的掩膜板覆盖在工件阳极上，利用电解加工原理在工件上加工出与掩膜类似的图案。掩膜电解加工过程无机械力作用，不产生大量热量，加工后工件不存在残余应力和热影响层，非常适合加工薄壁金属件。同时，通过掩膜结构，可实现密集阵列结构的一次成形，效率极高，被广泛应用于功能性表面的制备。
3.在掩膜电解加工过程中，电解液作为电化学反应介质，除了传导反应电流外，还起着传输电解产物和热量的作用。加工区域流场的改善将有利于提升电解液传质速率，进而改善掩膜电解加工的精度。在现有的掩膜电解加工技术中，提高电解液流场传质速率的常见方法是提高电解液流的流速和压力。然而，由于掩膜电解加工中，阴极和掩膜之间空间较大，而掩膜结构内的反应区较为狭小。最终结果是，电解液流在阴极与掩膜之间流速很高可达20-25m/s，而在掩膜结构内的反应区域流速仅有最高流速的5％左右。若要使反应区流速达到5m/s的流速，入口处压力将达到5mpa左右，对工装夹具的密封性要求极高，同时也造成了极大的能源浪费。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术下掩膜结构内的反应区域流速低的问题，提供一种用于掩膜电解加工的自吸式冲液加工装置。
5.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种用于掩膜电解加工的自吸式冲液加工装置，包括掩模板、夹具体、旋转轮以及孔板式阴极；所述夹具体设有进液口和出液口；所述的掩模板与夹具体形成相对密闭的电解液流道腔；所述电解液流道腔被孔板式阴极隔成排液腔和反应腔，所述排液腔包括一个以上的独立封闭的泵室，泵室内设有旋转轮，泵室设有出液口，所述出液口位于旋转轮背离孔板式阴极的一侧；所述进液口连通反应腔且只能够使电解液单向进入，所述旋转轮只能够使电解液单向流出出液口；所述旋转轮转动时，在排液腔内形成一组自吸泵，电解液由进液口流入反应腔，再通过孔板式阴极吸入排液腔，最后由出液口流出。
6.本发明中，所述泵室为两个以上，相互之间由隔板分隔，每个泵室设有独立的出液口。
7.本发明中，所述的旋转轮为齿轮或者叶轮。所述的齿轮可以为一对相互啮合的齿
轮，包括主动齿轮和从动齿轮。所述主动齿轮顺时针转动，从动齿轮逆时针转动；
8.本发明中，包括电机和机械传动装置，电机包括电机输出轴，机械传动装置包括传动装置输入轴和传动装置输出轴，旋转轮的一端与传动装置输出轴相连，传动装置输入轴与电机的电机输出轴相连。
9.本发明中，所述的孔板式阴极采用多孔金属板；
10.本发明中，包括供液管路和电解液槽，所述进液口通过供液管路连接电解液槽。
11.本发明中，包括回液管路，所述出液口通过回液管路连通电解液槽。
12.本发明中，所述电解液槽装有电解液，包括净液槽和回液槽，净液槽连通供液管路，回液槽连通回液管路，净液槽和回液槽之间设有过滤器。
13.本发明中，工件阳极通过正极线路与电源相连，孔板式阴极通过负极线路与电源相连。
14.本发明中，当旋转轮是一对啮合齿轮时，啮合齿轮与泵室形成齿轮泵。通过主动齿轮转动，与主动齿轮啮合的从动齿轮也联动地转动。若主动齿轮与从动齿轮旋转，且啮合部的齿部分离，则在泵室内啮合齿轮靠近孔板式阴极的一侧产生负压。在负压作用下，带有电解产物的电解液从反应区被吸入到泵室内。被吸入的电解液沿着泵室内啮合齿轮两侧的内壁面被传送到泵室靠近出液口的一侧。在泵室靠近出液口的一侧，在受到啮合齿轮的齿部啮合而产生的正压作用下，带有电解产物的电解液从出液口排出。
15.本发明中，当旋转轮是叶轮时，叶轮与泵室形成旋涡泵。当叶轮快速转动时，叶轮促使电解液产生旋涡运动的作用而吸入和排出电解液，实现电解液的更新和电解产物的排出。
16.有益效果
17.本发明在夹具体与孔板式阴极之间通过设置旋转轮和隔板，形成自吸泵组。在自吸泵组作用下，电解液吸入电解液流道腔，实现自吸式冲液掩膜电解加工，装置更加简单，可以极大简化电解加工外围辅助设备，降低生产成本；由于自吸泵组直接位于孔板式阴极上方，产生的吸引力直接作用于掩膜结构内的反应区，使反应区的电解液传质效率更高，有助于提高微结构的加工精度。
附图说明
18.下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和其他方面的优点将会变得更加清楚。
19.图1为掩膜电解加工的自吸式加工装置的主视示意图；
20.图2为掩膜电解加工的自吸式加工装置的俯视示意图；
21.图3为泵室截面的局部放大图。
22.图4为啮合齿轮的三维示意图；
23.图5为孔板类阴极的三维示意图；
24.图6为掩膜电解加工的自吸式加工装置的三维示意图；
具体实施方式
25.本发明附图标号如下：1、工件阳极，2、掩膜板，3、夹具体，4、进液口，5、出液口，6、
旋转轮，6a、主动齿轮，6b、从动齿轮，7、孔板类阴极，8、电机，8-1、电机输出轴，9、机械传动装置，9-1、传动装置输入轴，9-2、传动装置输出轴，10、电源，11、正极线路，12、负极线路，13、电解液槽，13a、净液槽，13b、回液槽，14、供液管路，15、回液管路，16、过滤器，17反应腔，18、排液腔、19、泵室。
26.实施例1：
27.如图1至图3所示，本实施例提供的是一种用于掩膜电解加工的自吸式冲液加工装置，包括掩模板2、夹具体3、旋转轮6以及孔板式阴极7；所述夹具体3设有进液口4和出液口5；所述的掩模板2与夹具体3形成相对密闭的电解液流道腔；所述电解液流道腔被孔板式阴极7隔成排液腔18和反应腔17，所述排液腔18包括一个以上的独立封闭的泵室19，泵室19内设有旋转轮6，所述出液口5位于旋转轮6背离孔板式阴极7的一侧；所述进液口4连通反应腔17且只能够使电解液单向进入，所述旋转轮6只能够使电解液单向流出出液口5；所述旋转轮6转动时，电解液从反应腔17透过孔板式阴极7吸入泵室19。
28.本实施例中，所述泵室19为两个以上，相互之间由隔板分隔，每个泵室设有独立的出液口。
29.本实施例中，所述的旋转轮6为一对啮合齿轮，三维结构如图4所示。所述的啮合齿轮包括主动齿轮6a和从动齿轮6b；所述主动齿轮6a顺时针转动，从动齿轮6b逆时针转动。两齿轮的齿相互分开时，形成低压，电解液和电解产物从加工区域吸入；两齿轮的齿相互合拢时，形成高压，电解液和电解产物排出。
30.本实施例中，电机8包括了电机输出轴8-1，机械传动装置9包括传动装置输入轴9-1和传动装置输出轴9-2，主动齿轮6a的一端与传动装置输出轴9-2相连，传动装置输入轴9-1与电机8的电机输出轴8-1相连。在电机8及机械传动装置9的作用下，啮合齿轮可以高速自转，形成齿轮泵，电解产物经孔板类阴极7被吸入排出并由出液口5流出，实现了加工区电解液的更新和电解产物的及时排出，显著提高了反应区的电解液传质速率。高电解液传质速率将会显著改善阳极表面的加工质量，提高加工的稳定性。
31.如图5所示，本实施例中，所述的孔板式阴极7采用多孔金属板。该金属板上的微孔结构便于电解液通过，带走电解产物，从而更新加工区的电解液，提高加工质量。
32.图6给出了掩膜电解加工的自吸式加工装置的三维示意图。如图6所示，本实施例包括供液管路14和电解液槽13，所述进液口4通过供液管路14连接电解液槽13。
33.本实施例包括回液管路15，所述出液口5通过回液管路15连通电解液槽13。
34.本实施例中，所述电解液槽13装有电解液，包括净液槽13a和回液槽13b，净液槽13a连通供液管路14，回液槽13b连通回液管路15，净液槽13a和回液槽13b之间设有过滤器16。
35.本实施例中，当工件阳极1通过正极线路11与电源10相连，孔板式阴极7通过负极线路12与电源10相连，在工件阳极1表面掩膜板2的限定区域将发生电解加工，形成电解产物。
36.具体实施步骤：
37.1、将多对啮合的齿轮安装夹具体3内部由隔板隔开的预留的泵室19内。
38.2、将孔板式阴极7安装在夹具体3中齿轮下方的空腔内，并通过负极线路12与电源10的相连，成为电解加工的阴极。
39.3、将具有特定图案的掩膜板2覆盖于工件1之上，以限定工件1在电解时的溶解区域；将工件阳极1通过正极线路11与电源10相连，成为电解加工的阳极。
40.4、将装有多对啮合齿轮和孔板式电极7的夹具体3放置于掩膜板2之上并夹紧，夹具体3、掩膜板2以及工件阳极1之间形成了相对密闭的电解液流道。
41.5、将主动齿轮6a的一端与传动装置输出轴9-2相连，传动装置输入轴9-1与电机8的电机输出轴8-1相连。从而将电机8的动力通过机械传动装置9传递至多对啮合齿轮。
42.6、打开电机8，电机输出轴8-1将高速转动，经传动装置输入轴9-1将运动传入机械传动装置9内，将通过机械传动装置9内的齿轮机构，最终使传动装置输出轴9-2实现同步顺时针旋转。由于机械传动装置9的各输出轴9-2与啮合齿轮的主动齿轮6a相连，因而各主动齿轮6a可以同步实现高速顺时针转动。
43.7、打开电解加工电源10，设定所需的加工电参数。在工件阳极1表面掩膜板2的限定区域将发生电解加工，工件阳极1的材料发生电化学氧化反应，形成电解产物。
44.8、高速转动的成对啮合齿轮在相对密闭的泵室19中形成齿轮泵，将反应腔17内的电解产物吸出，并最终使带有电解产物的电解液流由出液口5进入回液管路15流回电解液槽13。
45.9、经过加工，加工的工件阳极1表面加工出所需的结构时，先关闭电解加工电源10，再关闭驱动啮合齿轮的电机8，最后将夹具体3开启，取出工件阳极1并进行清理。
46.在本实施例实施过程中，可以根据需要打开过滤器16，过滤器16可以采用basb300un-1板框式压滤机，通过过滤器16可以将电解液中的电解产物过滤去除，从而保证电解液的清洁。
47.实施例2
48.本实施例中，所述旋转轮采用叶轮，在排液腔形成多组旋涡泵，其余部分与实施例1的内容相同。
49.本发明提供了一种用于掩膜电解加工的装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求书界定者为准。