一种用于溶解去除金属毛细管电铸芯模的装置的制作方法

本实用新型涉及电化学加工技术领域，具体涉及一种用于溶解去除金属毛细管电铸芯模的装置。

背景技术：

内径为数百微米以下的金属毛细管在不少行业和领域中有着重要用途，如用作色谱分析管、自动化仪表信号管、电子测试用探针管、光纤联接管、注射用针头等。电铸是一种增材式精密制造技术。它是利用金属离子阴极电沉积原理，在芯模表面沉积一定厚度的金属、合金或金属基复合材料后，利用一定技术手段将其与芯模分离以获得制件的过程。电铸具有材料组织结构-性能-表面形貌能协同调控、精度高、内应力小、材质致密、实施工艺温度低、适用材料范围广等优点，特别适合低刚度、微细尺度的精密金属构件。

由于电铸主要是通过复制芯模的几何形状来实现电铸制件成形的过程，电铸过程结束后，电铸芯模的脱模步骤是电铸的关键和核心步骤。对于电铸金属毛细管而言，因为毛细管内径小，所以所用的电铸芯模往往是微细丝材，且电铸后微细丝材会被金属毛细管包裹在内。这导致金属毛细管电铸芯模的脱除极具挑战性。从原理上分析，主要有热胀冷缩法、机械变形法、溶解法等几种脱模方法。热胀冷缩法是利用不同金属的热膨胀系数不同，通过温度的改变，使金属的体积产生不同大小的膨胀或收缩从而破坏芯模和沉积层金属间的结合力，进而使两者之间产生间隙以达到脱模的目的。对于金属毛细管的电铸，热胀冷缩法不够理想，其原因是：（1）所用电铸芯模的金属丝材直径一般为数微米至数十位微米，而且芯模和沉积层金属之间的热膨胀系数相差不大，所以芯模和沉积层金属通过温度改变所导致体积变化产生的间隙不足以支持脱模操作；（2）毛细管的管壁金属一般较薄，骤热骤冷过程极易导致毛细管变形、甚至开裂，而且过高的温度可能会导致沉积层金属金相发生改变，影响其实际的使用性能。机械变形法是通过拉伸芯模使其产生弹性或塑性变形并不断裂，以减小芯模的横截面积，从而将芯模从毛细管中抽出。由于芯模比较纤细，而且金属毛细管和芯模之间的结合力与它们的长度成线性增大关系，所以，当电铸毛细管较长时，需要巨大的拉力，这非常容易将芯模拉断，进而导致部分芯模仍残留毛细管中无法取出，故采用此方法来对毛细管进行整体脱模的难度大、成功率低。溶解法是采用化学溶液对芯模进行去除但不伤害沉积层金属的一种方法。溶解法不受温度和外力的影响，且溶解溶液容易配制，是一种较为理想的去除芯模的方法，但是该方法用于电铸毛细管的脱模存在如下问题：毛细管内径微小，溶液在其内部受巨大的表面张力束缚，在此情况下，传质极缓慢，溶解产物难以排出，新溶解液难以进入，所以直接采用该方法实现毛细管的脱模有一定难度。专利号jp2006-213960a和jp2012-58644a的日本专利分别采用了高压液体和高压气体将芯模挤出以达到脱模的目的，但毛细管的内径较小，如采用类似方法，将高压液体和高压气体顺利的送入毛细管中需要专用的精密设备，而且毛细管多为薄壁，较高的压力会导致毛细管的内外径尺寸发生改变，甚至爆裂。因此，本实用新型提出了一种用于溶解去除金属毛细管电铸芯模的装置，以实现电铸毛细管的简单化、高效率、高成功率的脱模。

技术实现要素：

针对现有电铸毛细管脱模技术的不足，本实用新型提供一种用于溶解去除金属毛细管电铸芯模的装置，从而实现电铸毛细管的高成功率、高效率、大批次、低成本的脱模。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下。

一种用于溶解去除金属毛细管电铸芯模的装置，包括支架、驱动电机、制动器、调高柱，其特征在于：它还包括电磁铁、喷嘴、夹具、设有排液口的溶解槽、进液管和储液槽；所述的夹具包括压板、夹具体和永磁铁；所述的夹具体的两侧面对称设置有沿竖直方向等间隔均匀排列的v形凹槽ⅰ；所述的压板的一面设置有v形凹槽ⅱ；所述的夹具体的v形凹槽ⅰ和压板的v形凹槽ⅱ的个数、几何形状与尺寸大小、两相邻槽的间距均相同；所述的压板可拆卸地安设在夹具体的两侧，且夹具体的v形凹槽ⅰ和压板的v形凹槽ⅱ一一配对；所述的永磁铁可移动地固定于夹具体的上部；所述的溶解槽的相对的两槽壁分别安设有沿竖直方向均匀排列的2列喷嘴；所述的喷嘴的沿竖直方向的间距、个数均与v形凹槽ⅰ的沿竖直方向的间距、个数相同；所述的电磁铁可移动地固定于溶解槽的相对的两槽壁上且位于喷嘴的上方；所述的夹具体可转动地置于溶解槽的中部，且v形凹槽ⅰ的走向与喷嘴的出口方向平行；所述的夹具体在溶解槽内的方位可调；所述的夹具体与可拆卸地固定在制动器的下方；所述的制动器与驱动电机的输出轴相联接；所述的驱动电机固定在支架上且它的输出轴竖直向下安设。

所述的压板和夹具体的材料均为耐酸碱腐蚀的不导磁材料。耐酸碱腐蚀可以保证夹具在使用过程中不被溶解溶液所侵蚀，保证其使用寿命；不导磁可以防止在夹具中的金属毛细管被电磁铁和永磁铁磁化。

所述的喷嘴的直径为10μm~500μm。

所述的溶解槽由无色透明的有机玻璃制成。有机玻璃具有较好化学稳定性，无色透明能够实现溶解过程的实时观察。

本实用新型与现有技术相比，主要优点是：

（1）芯模溶解速度快，脱模效率高。本实用新型解决了溶液进入和排出毛细管难的问题，提高了溶解过程中的传质速度，采用双喷头射流溶解芯模，可在短时间内完成芯模的去除。

（2）装置结构易实现，操作简单。本实用新型装置不需要特殊的结构和复杂的系统，实际操作中，仅需依靠喷头和夹具的配合即可完成毛细管的脱模，降低了操作难度，减小了工作量。

（3）装置适用范围广。本实用新型中的夹具可对一定范围内不同外径的毛细管进行可靠且不变形地夹持，且不受电铸毛细管长度和锥度的影响，可支持较小直径芯模的溶解。

（4）装夹毛细管方便，可实现大批量脱模。本实用新型中的夹具使用简单，仅需将毛细管放到双v形槽腔中固定即可完成装夹，一个夹具可同时装夹多根不同规格毛细管，可用于大批量的毛细管的脱模。

（5）脱模成功率高、效果好。本实用新型装置不存在机械外力的作用，克服了液体表面张力的影响，脱模无残留，不会对毛细管的尺寸精度和表面质量产生影响。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是夹具结构示意图。

图3是装置未工作状态示意图。

图4是装置工作状态示意图。

图中标号及名称：1、支架；2、驱动电机；3、制动器；4、电磁铁；5、永磁铁；6、喷嘴；7、夹具；7-1、压板；7-2、v形凹槽ⅰ；7-3、夹具体；7-4、v形凹槽ⅱ；8、溶解槽；9、排液口；10、进液管；11、储液槽；12、调高柱；13、溶液；14、螺栓；15、弹簧；16、毛细管；17、芯模；18、双v形槽腔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施作进一步说明。

如图1和图2所示，一种用于溶解去除金属毛细管电铸芯模的装置，包括支架1、驱动电机2、制动器3和调高柱12，其特征在于：它还包括电磁铁4、喷嘴6、夹具7、设有排液口9的溶解槽8、进液管10和储液槽11；夹具7包括压板7-1、夹具体7-3和永磁铁5；压板7-1和夹具体7-3均为聚丙烯材质；夹具体7-3的两侧面对称设置有沿竖直方向等间隔均匀排列的v形凹槽ⅰ7-2，每侧的凹槽数目为10个，两相邻槽的中心间距为10mm；压板7-1的一面设置有v形凹槽ⅱ7-4，v形凹槽ⅱ7-4的数目为10个，两相邻槽的中心间距为10mm；v形凹槽ⅰ7-2和v形凹槽ⅱ7-4的几何形状与尺寸大小相同；2个压板7-1分别可拆卸地安设在夹具体7-3的两侧，且v形凹槽ⅰ7-2和v形凹槽ⅱ7-4一一配对；永磁铁5可移动地固定于夹具体7-3的上部；溶解槽8的相对的两槽壁分别安设有沿竖直方向均匀排列的2列喷嘴6，喷嘴6的直径为100μm；喷嘴6的沿竖直方向的间距、个数均与v形凹槽ⅰ7-2的沿竖直方向的间距、个数相同；电磁铁4可移动地固定于溶解槽8的相对的两槽壁上且位于喷嘴6的上方；夹具体7-3可转动地置于溶解槽8的中部，且v形凹槽7-5的走向与喷嘴6的出口方向平行；夹具体7-3在溶解槽8内的方位可调；夹具体7-3与可拆卸地固定在制动器3的下方；制动器3与驱动电机2的输出轴相联接；驱动电机2固定在支架1上且它的输出轴竖直向下安设。

本实用新型的工作原理如下：

s1：取20根以铝合金为电铸芯模17的电铸毛细管16，毛细管外径为500μm，长度为35mm，芯模17的直径为150μm，长度为40mm，溶液13为80℃、280g/l的氢氧化钠溶液，盛放于储液槽11中；

s2：将带有电铸芯模17的电铸金属毛细管16放入到压板7-1与夹具体7-3共同形成的双v形槽腔18中，精细调整压板7-1与夹具体7-3间的间距，以使电铸金属毛细管16不变形地固定于夹具体7-3上；

s3：电磁铁4通电，调整夹具体7-3在溶解槽8中的方位，并配合电磁铁4和永磁铁5的方位调整，使电铸芯模17的轴心与喷嘴6的中心一一重合；

s4：开启循环喷液系统（图中未示出），使溶液13通过喷嘴6以约1m/s的速度喷向芯模17，并维持15s，此时，芯模17材料在溶液13的化学作用下被溶解去除；

s5：电磁铁4断电，关闭循环喷液系统，启动驱动电机2，驱动夹具7以500r/min的速度旋转，此时，电铸金属毛细管16的内部的溶液13和化学反应产物在离心力的作用下被甩出，旋转时间为10s；

s6：关闭驱动电机2，启动制动器3，电磁铁4通电，此时，夹具7在制动器3和磁场的共同作用下快速停止旋转，然后关闭制动器3；

s7：重复步骤s4~s6，直到芯模17全部被溶解去除；

s8：关闭驱动电机2、循环喷液系统和制动器3，电磁铁4断电，卸下夹具7，取出金属毛细管16，清洗、干燥。