微V型槽電解加工研究

陳青山 夏圣博 周順程

摘? ?要：文章詳細闡述了利用電解加工陰極不損耗的特點，提出一種利用微細電極電解加工微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型槽加工制造技術水平。

關鍵詞：微細電極電解加工;精度控制;變曲率V型槽

1? ? 微V型槽加工簡介

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，嚴重影響微流控芯片的制造及其進一步應用。

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

利用微細電極進行分層電解加工實驗，并測量V型槽的形狀和尺寸，以檢驗微細電極加工微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，通過電場仿真分析圓錐電極對電場分布的影響及電化學腐蝕仿真分析獲取電極錐角、圓角對圓錐孔形狀尺寸的影響規(guī)律，并通過圓錐孔、V型槽加工實驗驗證。利用V型槽電解加工實驗研究電參數(shù)、進給參數(shù)、電極旋轉(zhuǎn)對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;進一步優(yōu)化參數(shù)，提高V型槽加工效率。另外建立微細圓錐電極電解加工圓錐孔、V型槽流場模型，通過流場仿真分析電極形狀對電解液更新的影響規(guī)律，研究高速外沖速度、角度對電解液更新的影響規(guī)律，并通過圓錐孔、V型槽加工實驗驗證。

2.2? 變曲率微V型槽加工

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

3? ? 項目的實際應用價值和現(xiàn)實意義

微V型槽的加工被應用于高端先進醫(yī)療器械微流控芯片注塑模具制造，推進了醫(yī)學診療技術的進步，提升我國醫(yī)療設備自主保障水平，加快推進我國醫(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）微機械加工硬脆材料刀具磨損嚴重;需要反復修整刀具以保證加工精度，機械力會導致加工表面質(zhì)量較差，成型刀具在主運動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）銑削微銑刀或微細電極一般是圓柱形，分層掃描去除材料時，會在V型槽側(cè)壁上形成明顯的臺階，造成較大形狀誤差。（3）利用三角形凸起加工V型槽時，整體電極放電不均勻，容易導致長度方向深度差異很大等問題。

[參考文獻]

[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型槽的制備技術研究[J].天津大學學報，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].光學精密工程，2015（8）：2243-2249.