[发明专利]一种基于接触力反馈控制的电火花自动沉积装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于接触力反馈控制的电火花自动沉积装置及方法，属于材料表面工程领域。通过接触力反馈控制机构监测电极与工件表面的作用力，反馈调节电极位置调整电极与工件表面接触状态。接触力反馈控制机构由带有反馈输出信号功能压力控制器、压力传感器、Z₁运动轴、驱动器构成，压力传感器实时监测固定夹具与Z₁运动轴滑块之间的作用力，并与压力控制器相连，根据预先设置的作用力目标值和探测到实时作用力，示波器向Z₁运动轴的驱动器发出驱动信号，驱动Z₁运动轴产生补偿位移。本发明提出的装置和方法，可解决电火花沉积过程中的电极消耗自动补偿问题，接触力反馈控制机构装配在三维运动平台的Z轴上可实现涂层数控自动化连续沉积。

技术领域

本发明涉及一种基于接触力反馈控制的电火花自动沉积装置及方法，属于材料表面工程领域。

背景技术

电火花沉积是利用电容储存电能，在基体材料(阴极)和电极(阳极)之间形成高频脉冲微电弧放电(10^-6～10^-5s)，使基体和电极之间的气体电离而形成瞬间的通道，电极材料在电场的作用下迁移到基体表面，并通过电极移动形成连续涂层的过程。电火花沉积热输入小，对工件造成的热影响区和变形小；沉积涂层与基体为冶金熔合、结合强度高；电火花瞬时高温局部熔化的电极材料在工件表面迅速冷却，为非晶、纳米晶的形成创造了有利的条件。电火花沉积过程不会产生有毒的、污染环境的物质，有利于可持续发展，是一种具有广泛发展前景的表面工程改性技术。

长期以来，电火花沉积均通过手工作业，加工的质量、速度直接取决于操作者的水平、经验，涂层的均匀度、批量生产的一致性得不到保证。沉积效率低、操作具有随意性和不可再现性，涂层质量难以控制，采用自动化的电火花沉积系统是一个必然的发展方向。电火花沉积对于电极和基体材料的接触状态要求较高，由于电火花沉积时火花放电过程受到电极与基体之间的接触状态直接影响，在电火花沉积的过程中，电极材料不断损耗，会引起旋转电极与工件之间的间隙变化，当电极消耗达到一定程度，即电极与工件表面之间的距离大于放电间隙时，电极和工件表面之间就无法形成间隙放电，这样就无法继续进行电火花沉积工作，而当接触力较大时则会出现电极与基材直接导通而不产生火花放电。可见，要实现电火花自动沉积必须解决电极与基体之间接触力的控制问题。本发明提供基于接触力反馈控制的电火花自动沉积装置及方法，在进行电火花沉积的自动化操作时，电极可根据沉积工件表面进行自适应调节，从而实现连续自动化沉积。

发明内容

本发明的目的在于提供基于接触力反馈控制的电火花自动沉积装置及方法，通过测力传感监测电极与工件表面的作用力，反馈调节电极位置调整电极与工件表面接触状态，从而实现连续自动化沉积。

本发明的技术方案如下：

一种基于接触力反馈控制的电火花自动沉积装置，包括电火沉积电源、沉积枪、三维运动平台和接触力反馈控制机构，其特征在于：

所述的三维运动平台由X轴、Y轴和Z轴构成，在三维运动平台上设置有可夹持待沉积工件的沉积平台，沉积平台在平面中的运动由X轴和Y轴的运动驱动器予以控制；

所述的接触力反馈控制机构由带有反馈输出信号功能压力控制器、压力传感器、Z₁运动轴、驱动器构成；Z₁运动轴装配在三维运动平台的Z轴上；压力传感器置于固定夹具与Z₁运动轴滑块支座之间，并与压力控制器相连，实时监测固定夹具与Z₁运动轴滑块之间的作用力，根据预先设置的作用力目标值和探测到实时作用力，示波器向Z₁运动轴的驱动器发出驱动信号，驱动Z₁运动轴产生补偿位移；

所述的沉积枪通过固定夹具固定在Z₁运动轴的滑块支座上，沉积枪一端设有电极、另一端与电火沉积电源相连接。

一种采用如上所述装置的电火花自动沉积方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：