微V型槽電解加工研究

陳青山 夏圣博 周順程

摘? ?要：文章詳細(xì)闡述了利用電解加工陰極不損耗的特點(diǎn)，提出一種利用微細(xì)電極電解加工微V型槽的加工工藝，可解決微V型槽加工精度控制、變曲率微V型槽加工問題，并以此提高微V型槽加工制造技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：微細(xì)電極電解加工;精度控制;變曲率V型槽

1? ? 微V型槽加工簡(jiǎn)介

微V型槽加工是微流控芯片的制造核心，一般工藝不能滿足微V型槽加工精度控制、變曲率微V型槽加工的加工要求，嚴(yán)重影響微流控芯片的制造及其進(jìn)一步應(yīng)用。

目前，微V型槽的加工方法一般是刻蝕加工和微機(jī)械加工。刻蝕加工可以批量生產(chǎn)，但刻蝕角度固定、刻蝕工藝復(fù)雜;微機(jī)械加工利用刀具微量切削去除材料，機(jī)械力會(huì)導(dǎo)致加工精度和表面加工質(zhì)量達(dá)不到生產(chǎn)使用要求。

利用電解精密加工不同于刻蝕加工和微機(jī)械加工的無直接接觸力和電極無損耗加工特性，可利用微細(xì)電極電解加工微V型槽，解決微V型槽加工精度控制、變曲率微V型槽加工問題。

2? ? 電解加工微V型槽的研究思路和方法

2.1? 微V型槽高精度電解加工

利用微細(xì)電極進(jìn)行分層電解加工實(shí)驗(yàn)，并測(cè)量V型槽的形狀和尺寸，以檢驗(yàn)微細(xì)電極加工微V型槽的可行性;建立圓錐電極電解加工圓錐孔模型，利用仿真軟件，通過電場(chǎng)仿真分析圓錐電極對(duì)電場(chǎng)分布的影響及電化學(xué)腐蝕仿真分析獲取電極錐角、圓角對(duì)圓錐孔形狀尺寸的影響規(guī)律，并通過圓錐孔、V型槽加工實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用V型槽電解加工實(shí)驗(yàn)研究電參數(shù)、進(jìn)給參數(shù)、電極旋轉(zhuǎn)對(duì)V型槽尺寸、角度誤差和槽底圓角的影響規(guī)律;優(yōu)選粗加工參數(shù)與精加工參數(shù)，通過粗精結(jié)合工藝提高形狀精度的可行性;進(jìn)一步優(yōu)化參數(shù)，提高V型槽加工效率。另外建立微細(xì)圓錐電極電解加工圓錐孔、V型槽流場(chǎng)模型，通過流場(chǎng)仿真分析電極形狀對(duì)電解液更新的影響規(guī)律，研究高速外沖速度、角度對(duì)電解液更新的影響規(guī)律，并通過圓錐孔、V型槽加工實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2.2? 變曲率微V型槽加工

通過流場(chǎng)模型仿真分析V型槽曲率變化對(duì)電解液更新的影響規(guī)律;建立流場(chǎng)模型來仿真分析噴頭數(shù)量、方向?qū)﹄娊庖焊碌挠绊懸?guī)律，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證多噴頭跟隨曲率方向的效果及對(duì)加工曲率的影響;通過理論分析研究曲率變化對(duì)V型槽內(nèi)外輪廓形狀誤差的影響規(guī)律，計(jì)算得到加工精度要求范圍內(nèi)的最小曲線半徑，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;通過加工實(shí)驗(yàn)研究電解液成分對(duì)電極附著物生成的影響規(guī)律以及電極附著物對(duì)成型精度的影響規(guī)律;通過酸清洗液浸泡電極實(shí)驗(yàn)，研究清洗液成分、溫度、時(shí)間對(duì)電極附著物去除的影響規(guī)律，選定化學(xué)成分和參數(shù)、編制電極運(yùn)動(dòng)程序，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證間隔自動(dòng)酸洗清除電極附著物工藝的可行性。

3? ? 項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

微V型槽的加工被應(yīng)用于高端先進(jìn)醫(yī)療器械微流控芯片注塑模具制造，推進(jìn)了醫(yī)學(xué)診療技術(shù)的進(jìn)步，提升我國醫(yī)療設(shè)備自主保障水平，加快推進(jìn)我國醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

微V型槽電解加工研究能夠解決的現(xiàn)有問題如下：（1）微機(jī)械加工硬脆材料刀具磨損嚴(yán)重;需要反復(fù)修整刀具以保證加工精度，機(jī)械力會(huì)導(dǎo)致加工表面質(zhì)量較差，成型刀具在主運(yùn)動(dòng)方向具有一定厚度等形狀限制不適用于曲線V型槽加工。（2）銑削微銑刀或微細(xì)電極一般是圓柱形，分層掃描去除材料時(shí)，會(huì)在V型槽側(cè)壁上形成明顯的臺(tái)階，造成較大形狀誤差。（3）利用三角形凸起加工V型槽時(shí)，整體電極放電不均勻，容易導(dǎo)致長(zhǎng)度方向深度差異很大等問題。

[參考文獻(xiàn)]

[1]SAWADA K，KAWAI T，TAKEUCHI Y.Development of ultraprecision micro grooving：manufacture of V-shaped groove[J].JSME International Journal Series C Mechanical Systems：Machine Elements and Manufacturing，2000（1）：170-176.

[2]劉洋，陳才和，丁桂蘭.高精度Si-V型槽的制備技術(shù)研究[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（4）：409-413.

[3]LEE J H，PARK S R，YANG S H.Fabrication of a V-groove on the optical fiber connector using a miniaturized machine tool[J].Journal of materials processing technology，2004（155）：1716-1722.

[4]WANG S，TO S，CHEN X.A study of the fabrication of v-groove structure in ultra-precision milling[J].International Journal of Computer Integrated Manufacturing，2014（11）：986-996.

[5]謝晉，馮彥科，程劍.光纖石英玻璃基板微V槽陣列的精密磨削[J].光學(xué)精密工程，2015（8）：2243-2249.