金属薄板微小群孔掩膜电解加工技术研究

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1、设计·研究<电加工与模具)2008年第3期金属薄板微小群孔掩膜电解加工技术研究．刘建，朱荻，曲宁松，李寒松(南京航空航天大学机电工程学院，江苏南京210016)摘要：介绍了掩膜电解加工微小群孔的技术，深入研究了掩膜厚度、加工电压、电解液种类等参数对微小群孔加工效果的影响。通过对这些参数的优化，提高了微小群孔结构的均匀性和微孔的加工精度。关键词：微小群孔；掩膜；电解加工中图分类号：TG662MicroMultipleHolesProducedbyThrough—maskElectrochemicalMachiningInMeta

2、lSh&tsLiuJian，ZhuDi，QuNingsong，LiHansong(NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Naniing210016，China)Abstract：Themetalsheetswithmicromultipleholesarewidelyusedinvariousfields．Atp卜esent，themachiningmethodsofmicromultipleholesfirepaidmoreandmoreattention．OfaUthema

3、—chiningmethods，electrochemicalmachining(ECM)appearstobeverypromising．Inthispaper，Through—maskElectrochemicalMachininghasbeenintroduced．Duringtheprocessofexperiments，theinfluenceofmaskthickness，voltageandelectrolyteonmachiningqualityhasbeenstudied．Final—ly。micromult

4、ipleholeswithhighmachiningqualityhavebeenachievedbyoptimizingtheseparame—ters．Keywords：micromultipleholes；mask；ECM随着工业产品的精密化和微细化，在产品零件中出现了大量形状各异的微细结构，其中金属薄板微小群孔结构占很大比例，在工业领域有着广泛的应用⋯。目前群孔结构的加工方法主要有机械加工、电火花加工、激光加工、电解加工、超声加工、电子束加工等。各种加工方法都有各自的特点和适用性，加工方法的选择，要根据加工材料、加工形

5、状、尺寸精度、生产批量等因素综合考虑[2】。电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的原理将零件加工成形的，它具有生产效率高，可加工材料的范围广泛，加工质量好，工具阴极无损耗等优点。电解加工可分为有掩膜和无掩膜加工，本文收稿日期：2007—12—17基金项目：国家863高技术研究发展计划资助项目(2006AA042321)；江苏省自然科学基金资助项目(BK2007530)第一作者简介：刘建，男，1983年生，硕士研究生。主要研究掩膜电解加工微小群孔结构的方法。1实验原理针对金属薄板群孔结构，本实验采用了掩膜电解加工的方法。掩膜

6、微细电解加工技术结合了掩膜光刻技术的高分辨率和电解加工高效率两者的优点。其方法是在工件的表面(单面或双面)涂敷一层光刻胶，经光刻显影后，工件上形成具有一定图案的裸露表面，然后再进行电解加工，利用掩膜使电流集中在待加工区域进行微细加工，非加工区域由于掩膜的遮蔽并不发生电化学反应。而未受掩膜保护的部分参与反应被蚀除得到所需形状。电化学加工是一种基于在溶液中通电，阳极表面的金属原子不断失去电子成为离子而从阳极上溶解的过程，在理论上电化学加工具有离子尺度的加工精度。对于掩膜电解加工，只要精确控制电流密度和电化学反应发一37—<电加工与

7、模具)2008年第3期设计·研究生区域，就能实现较高的加工精度。如图1所示，当接通电源以后，阳极表面裸露的部分将参与电化学反应，高速流动的电解液及时带走电解产物和电解产生的热量。随着电解加工的进行，加工间隙也随之增大，导致电流减小，加工速度变慢。由于金属溶解具有各向同性，金属在被向下溶解的同时横向也被溶解，因此研究如何控制溶解形状、尽量减少横向溶解对保证掩膜电解的加工精度非常重要【3】。就现有水平而言，掩膜电解只适合于加工薄板群孔结构。●——一．I——一．．——一高速a拗．．——一榴葵．_——一．．——一的I乜解液图1掩膜电解

8、加工实验原理图2实验过程选用SU-8光刻胶作为掩膜材料，SU一8光刻胶具有优异的机械性能、热稳定性和耐化学腐蚀性，同时还具有自整平、对紫外光敏感且吸收极小等优点。实验流程如图2所示，先通过光刻工艺在工件表面形成掩膜，然后进行电解加工，最后去除掩膜。图2掩膜电解加工流程图清洗：