[发明专利]金属表面微织构群电极直写微细电解加工方法及专用设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属表面微织构群电极直写微细电解加工方法及专用设备。

背景技术

金属表面微细结构形貌(如微凹坑、微沟槽等)，以其优异的降低摩擦、减小磨损和提高承载能力等特性，己经被证明是改善摩擦副表面摩擦学性能的一种有效手段。随着微织构应用需求的提高，微造型技术日益发展起来。到目前为止，在金属表面加工出微织构的方法包括微细切削、超声加工、微细电火花加工、微细电解加工、LIGA技术、光刻技术、电子束刻蚀、反应离子刻蚀、表面喷丸、激光表面微造型等。

微细切削加工、超声加工等存在刀具磨损，且沟槽周围存在材料隆起，需二次加工。微细电火花加工、电子束刻蚀、反应离子刻蚀、激光加工等材料表面存在热影响区，易变形，且离子束、电子束加工设备投资较高。表面喷丸技术加工过程中有力的作用，沟槽周围存在应力，造成材料变形。LIGA技术、光刻技术等加工工艺复杂，需要制作专门的掩模板，工件加工周期长，设备投资高。微细电解加工由于其以离子形式对材料进行去除的特点，且加工中无力的作用，加工后材料表面光滑、无热影响区等，可以在微细沟槽加工中得到应用。

发明内容

本发明针对目前微织构加工方法存在的投资高、工艺方法复杂、加工周期长、存在刀具磨损的问题，提出了一种可以采用同一工具电极加工出不同结构形状的微织构，工艺简单，生产周期短，可控性好的金属表面微织构群电极直写微细电解加工方法及专用设备。

金属表面微织构群电极直写微细电解加工方法，包括如下步骤：

1）、采用排状群电极加工待加工工件的金属表面微织构；

2）、群电极在机床数控系统控制下，与待加工工件做相对运动，在电解液流通及加工电源接通情况下，在待加工工件表面加工出微织构。

按照本发明所述的加工方法的专用设备，其特征在于：包括机床、电解液循环装置、排状群电极、计算机和配有正极和负极的电源，所述的机床、所述的电解液循环装置以及所述的排状群电极均与所述的计算机电连接，并同时受控于所述的计算机中配置的机床数控系统；所述的排状群电极根据待加工工件的形状选择性的安装在所述的机床的主轴或者电解液循环装置上，且所述的排状群电极与电源的负极电连接，所述的待加工工件相应的安装在所述的电解液循环装置上或者机床的主轴上、并与电源的正极电连接；

所述的电解液循环装置包括储液槽、电解槽、压力泵、加热器和温度计，所述的压力泵的进液口与所述的储液槽管道连接、出液口通过管道与所述的电解槽连接；所述的电解槽中溢流出来的电解液重新通过管道流回所述的储液槽中，并且所述的电解槽放置在所述的机床的XY工作台上；所述的加热器和所述的温度计固定在所述的储液槽内。

进一步，所述的待加工工件为平面结构时，所述的排状群电极安装在所述的机床的主轴，所述的待加工工件安装在所述的电解槽中。

或者，所述的待加工工件为圆柱状结构时，所述的排状群电极安装在所述的电解槽中，所述的待加工工件安装在所述的机床的主轴上。

进一步，所述的压力泵出液口处的管道上设有过滤器。

进一步，所述的压力泵与所述的电解槽之间的管道上设有流量计和压力表。

进一步，所述的排状群电极采用机械方法、电化学加工方法或电火花加工法制备。

使用时，先根据待加工工件的外形选择排状群电极的安装位置，当待加工工件为平面结构时，排状群电极安装在机床的主轴上，待加工工件安装在电解槽中；当待加工工件为圆柱状结构时，排状群电极安装在所述的电解槽中，待加工工件安装在机床的主轴上，然后开启计算机，并相应开启计算机中配置的数控机控系统，设定好相应的参数后，将排状群电极与电源的负极相连，将待加工工件与电源正极相连，加工开始，通过调整机床数控系统控制调节排状群电极与待加工工件之间的加工间隙，并且在电源接通状态下，电解反应开始进行，同时在待加工工件表面加工出微织构。

本发明的有益效果是：实现简单形状电极加工复杂结构的微织构，不必制作掩模板，使加工周期大为缩短，提高了加工效率；采用电解加工方法，可避免加工后工件表面存在的变形及“二次加工”，工件加工质量较好，并避免目前加工方法所存在的刀具磨损、设备投资高、工艺复杂等不足。

附图说明

图1是本发明的装置图（待加工工件为平面结构）。

图2是本发明的装置图（待加工工件为圆柱状结构，箭头代表主轴的旋转方向和运动方向）。

图3是本发明可加工的平面微织构结构图。

图4是本发明可加工的曲面微织构结构图。

具体实施方式