一种柔性介质的超声振动自适应精密电解加工装置及方法 |
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| 申请号 | CN202311847005.3 | 申请日 | 2023-12-29 | 公开(公告)号 | CN117548756A | 公开(公告)日 | 2024-02-13 |
| 申请人 | 扬州大学; | 发明人 | 葛正辉; 胡启凡; 陈茂龙; 朱永伟; | ||||
| 摘要 | 本 发明 专利 公开了一种柔性介质的超声振动自适应精密 电解 加工装置及方法，具体涉及 电化学加工 领域。包括超 声换能器 ，所述超声换能器上设有 主轴 ，所述主轴的另一端装配有 阴极 工具，所述主轴驱动阴极工具使所述柔性介质产生所需压缩 变形 ，所述阴极工具为可以导电的凸面工具，所述阴极工具固定连接有引电 块 ，所述阴极工具上设有柔性介质，所述柔性介质被阴极工具所压缩部分的电导率增大，所述柔性介质的另一侧设有 阳极 工件 。采用本发明技术方案解决了现有的电解加工方法实际操作过程繁琐的问题，简化了工作难度，提高了加工的 精度 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种柔性介质的超声振动自适应精密电解加工装置，其特征在于：包括超声换能器(1)，所述超声换能器上设有主轴(2)，所述主轴(2)的另一端装配有阴极工具(3)，所述主轴(2)驱动阴极工具(3)使所述柔性介质(5)产生所需压缩变形，所述阴极工具(3)为可以导电的凸面工具，所述阴极工具(3)固定连接有引电块(4)，所述阴极工具(3)上设有柔性介质(5)，所述柔性介质(5)被阴极工具(3)所压缩部分的电导率增大，所述柔性介质(5)的另一侧设有阳极工件(6)。 |
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| 说明书全文 | 一种柔性介质的超声振动自适应精密电解加工装置及方法技术领域背景技术[0002] 据统计，各种形式的摩擦磨损所导致的能源消耗约占世界总能源消耗的30％～50％，所造成的经济损失可达数千亿元。由于磨损会损耗大量的能源、经济，以及降低机械设备的使用寿命，因此对摩擦学进行深入的研究具有重要的意义。早期的摩擦学理论认为粗糙度是产生摩擦的主要原因，但是经过超精加工获得的表面摩擦因素不降反升，所以当表面粗糙度达到一定水平时，再提高加工的精度水平时意义不大。 [0003] 随着制造技术向高精度、高效率、高柔性化等方向发展以及各种摩擦副零件的性能指标不断的提高，对摩擦副表面强化技术提出了更高的要求，织构化金属表面可以更好的满足上述要求。织构化摩擦副表面具有更好的润滑性与耐磨性，从而得到了国内外学者的广泛关注。 [0004] 在以往微织构电解加工的研究中杂散腐蚀对加工精度有很大的影响。杂散腐蚀一般发生在加工区域相邻的表面，该表面暴露于电解质流动和电场中，导致不良的溶解和较差的精度控制。固定的辅助电极可以显著降低杂散腐蚀的大小，但是固定的辅助电极与加工区域往往存在一定距离，从而需要通过增加工艺流程来消除杂散电流，使得实际操作过程繁琐。而本发明专利则能很好的解决以上问题，从而简化实际加工过程。 发明内容[0005] 本发明意在提供一种柔性介质的超声振动自适应精密电解加工装置及方法，解决了现有的电解加工方法实际操作过程繁琐的问题。 [0006] 为了达到上述目的，本发明的一种技术方案如下：一种柔性介质的超声振动自适应精密电解加工装置，包括超声换能器，所述超声换能器上设有主轴，所述主轴的另一端装配有阴极工具，所述主轴驱动阴极工具使所述柔性介质产生所需压缩变形，所述阴极工具为可以导电的凸面工具，所述阴极工具固定连接有引电块，所述阴极工具上设有柔性介质，所述柔性介质被阴极工具所压缩部分的电导率增大，所述柔性介质的另一侧设有阳极工件。 [0007] 技术方案的原理及效果：当本装置开始工作前，柔性介质的初始电导率极小，近似可以认为其不导电，但随着主轴驱动阴极工具使柔性介质产生所需压缩变形，柔性介质的电导率随着压力的升高而增大。因柔性介质被阴极工具所压缩部分的电导率增大，而其余部分的电导率则很小，从而在加工区与非加工区形成差压，实现抑制非加工区域杂散腐蚀与提高加工区域成型精度的加工效果。此时，超声换能器将超声振动通过主轴传递到阴极工具上，从而去除阳极工件被加工表面因电解加工而形成的钝化膜；从而精确复制阴极表面形状，实现织构的均匀化加工。 [0008] 进一步的，所述阴极工具上加工有圆形、矩形、椭圆形。 [0010] 进一步的，所述阴极工具与阳极工件间的差压为U；所述柔性介质压缩至最大深度时所分得的电压为U1max；U‑U1max＝U2，U2为阳极工件表面与阴极所形成的差压，且U2大于阳极加工表面所形成钝化膜的最小击穿电压。 [0011] 本发明提供的另一种技术方案：一种柔性介质的超声振动自适应精密电解加工装置的加工方法：包括如下步骤： [0012] S1：将超声换能器与主轴上端进行装配，使得超声换能器能够将超声振动通过主轴传递到阴极工具上，从而去除阳极工件被加工表面因电解加工而形成的钝化膜； [0013] S2：将与需要加工的微织构形状一致的阴极工具与主轴下端进行装配，保持阴极工具下端面平贴在柔性介质的上表面，从而使加工区域的加工效果保持一致； [0014] S3：将阳极工件放入超声清洗机中清洗三遍，清洗溶液分别为水、酒精、水； [0015] S4：将柔性介质放在阳极工件上端表面，并浸入10％硝酸钠溶液中； [0016] S5：连接电源，将阴极工具与电源负极相连，阳极工件与电源正极相连，两者之间保持一个电压差U； [0017] S6：将柔性介质5压缩至最大深度时所分得的电压为U1max；U‑U1max＝U2，U2为阳极工件表面与阴极所形成的差压，且U2大于阳极加工表面所形成钝化膜的最小击穿电压； [0018] S7：接通电源，在电场和流场的综合作用下，在阳极工件加工表面形成电化学反应进行腐蚀加工，当阳极工件加工表面达到加工要求后，断开电解加工电源，将阳极工件取出，放入超声清洗机清洗，完成加工。 [0019] 与现有技术相比，本方案的有益效果： [0020] 1、本发明通过柔性介质可以通过压缩量的大小使得加工区与非加工区形成差压，减小甚至消除杂散腐蚀可以对非加工区起到很好的保护作用。 [0022] 图1是本发明一种柔性介质的超声振动自适应精密电解加工装置的示意图。 具体实施方式[0023] 下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明： [0025] 实施例 [0026] 如图1所示，一种柔性介质的超声振动自适应精密电解加工装置，包括超声换能器1，超声换能器1上设有主轴2，超声换能器1螺栓连接在主轴2的上端，超声换能器1在主轴2电机的驱动下可沿Z轴做进给运动，主轴2的下端螺栓连接有阴极工具3，主轴2驱动阴极工具3使柔性介质5产生所需压缩变形。阴极工具3的侧壁上固定连接有引电块4，借助引电块便于为阴极工具接电。阴极工具3的底部抵触有柔性介质5，阴极工具3为可以导电的凸面工具，阴极工具3的底部采用凸面或是凸面均可，阴极工具3的底部加工有圆形、矩形、椭圆形等各种形状。柔性介质5没有压缩的初始状态的电导率极小，近乎绝缘。但柔性介质5的电导率随着压力的升高而增大。因此，柔性介质5被阴极工具3所压缩部分的电导率增大，而其余部分的电导率则很小，从而在加工区与非加工区形成差压，实现抑制非加工区域杂散腐蚀与提高加工区域成型精度的加工效果；柔性介质5的底部抵触有阳极工件6，工作时阳极工件6浸入到电解液中。在本实施例中，超声换能器1将超声振动通过主轴2传递到阴极工具3上，从而去除阳极工件6被加工表面因电解加工而形成的钝化膜；从而精确复制阴极表面形状，实现织构的均匀化加工。 [0027] 使用过程中，超声换能器1驱动主轴2做轴向高频振动，对柔性介质5做周期性压缩振动；并通过超声振动去除阳极工件6因电解加工所形成的钝化膜。本实施例中，可装配加工有不同形状通孔的阴极工具3，柔性介质5压缩深度的不同导致其所分得的电压不同；柔性介质5的压缩量Δh与其分得电压U1之间的关系可近似认为U1＝λΔh，λ为电压与压缩量的比例系数。柔性介质5通过施加压力的不同从而使得阳极工件6加工与非加工表面形成一定的电压差。阴极工具3与阳极工件6间的差压为U；柔性介质5压缩至最大深度时所分得的电压为U1max；U‑U1max＝U2，U2为阳极工件6表面与阴极所形成的差压，且U2大于阳极加工表面所形成钝化膜的最小击穿电压。 [0028] 本实施例加工方法如下： [0029] S1：将超声换能器1与主轴2上端进行装配，使得超声换能器1能够将超声振动通过主轴2传递到阴极工具3上，从而去除阳极工件6被加工表面因电解加工而形成的钝化膜。 [0030] S2：将与需要加工的微织构形状一致的阴极工具3与主轴2下端进行装配，保持阴极工具3下端面平贴在柔性介质5的上表面，从而使加工区域的加工效果保持一致。 [0031] S3：将阳极工件6放入超声清洗机中清洗三遍，清洗溶液分别为水、酒精、水。 [0032] S4：将柔性介质5放在阳极工件6上端表面，并浸入10％硝酸钠溶液中。 [0033] S5：连接电源，将阴极工具3与电源负极相连，阳极工件6与电源正极相连，两者之间保持一个电压差U。 [0034] S6：将柔性介质5压缩至最大深度时所分得的电压为U1max；U‑U1max＝U2，U2为阳极工件6表面与阴极所形成的差压，且U2大于阳极加工表面所形成钝化膜的最小击穿电压。 [0035] S7：接通电源，在电场和流场的综合作用下，在阳极工件6加工表面形成电化学反应进行腐蚀加工，当阳极工件6加工表面达到加工要求后，断开电解加工电源，将阳极工件6取出，放入超声清洗机清洗，完成加工。 |
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