专利名称：一种液束射流电解加工微坑的方法
技术领域：
本发明涉及一种电解加工微坑的方法，尤其涉及一种液束射流电解加工微坑的方法。
背景技术：
在许多制动摩擦副中，工作表面处于相对运动和相互作用的状态中，因此，必然存在着摩擦与磨损现象，它们是工作机械能量损失、效率降低、摩擦副失效、寿命缩短的重要因素之一。研究表明，具有微坑阵列的表面结构能够有效地减小摩擦磨损。而微坑的大小和形状直接影响其储存润滑油的形式，进而影响摩擦副的润滑效果和使用性能。微坑的表面特性和几何特征与加工方法密切相关。常见的微坑阵列加工方法有:自激振动加工方法、电火花加工法、数控激光珩磨法、微细超声加工法、电解加工法等。其中，电解加工因为具有加工过程中工具与工件不直接接触、无工具电极损耗、加工效率高、工件表面不会产生加工应力、变形及热影响区等优点，是加工微坑、微孔等微细阵列结构的重要技术手段之一，很有发展前景。目前基于电解加工原理的微坑阵列方法主要有以下几种:
1.掩膜电解加工，通过对图形化掩模所定义的区域进行电化学腐蚀后，在工件待加工表面得到所需的微孔结构阵列。由于此方法每次加工必需掩模，操作繁琐，加工效率低，工艺成本高。2.群电极式加工，采用微细电极阵列进行分块加工，以获得微坑阵列。由于此方法需要高质量的大长径比的导电微细电极阵列，电极制造难度极大，周期长，成本高；且此方法加工精度及其一致性不易控制，不适用于在曲面上进行微坑加工。
发明内容
本发明的目的是提供一种液束射流电解加工微坑的方法，能够克服现有微坑阵列加工方法中加工环节复杂、工艺成本高、加工精度偏低等缺点，具有操作简单、适用范围更广、加工精度和加工效率高、工艺成本低的优点。本发明采用下述技术方案:
一种液束射流电解加工微坑的方法，包括以下步骤
A:将工件置于电解液中，使工件待加工面最高点突出于电解液层，然后加入轻质液态电绝缘介质，使工件待加工表面完全浸没于轻质液态电绝缘介质中；
B:调节喷射电极的喷嘴与工件待加工表面的相对距离；
C:通过喷射电极的喷嘴以电解液液束形式间歇地向工件待加工表面喷射电解液；
D:接通连接于喷射电极负极与工件待加工表面阳极间的电解加工电源，进行电解加
工；
E:达到加工要求后，关断电解加工电源，关停喷射电解液液束，取出工件。所述的轻质液态电绝缘介质为不溶于水的、密度比水小的电绝缘介质。
所述的喷射电极的喷嘴与工件待加工表面的最小距离不小于0.1mm。所述的喷射电极的喷嘴与工件待加工表面的距离为0.lmnTlOmm。所述的喷射电极由耐酸、碱腐蚀的金属材质制成。所述的喷射电极上设置有一个或多个喷嘴。所述的轻质液态电绝缘介质为煤油、硅油或石蜡油。本发明通过调节所喷射电解液的液束直径大小和喷射时间来控制微坑的大小，通过喷嘴个数来控制微坑数量，通过控制喷射电极和待加工表面的距离来控制加工速度，操作简单，加工精度和加工效率高，适用范围广，加工表面的形状不受限制，加工环节少，工艺成本低。同时，本发明采用轻质液态电绝缘介质作为屏蔽掩膜，适应性好，与被加工面贴合紧密，能始终保护待加工面的非加工部分，易于复原和修正，有效地减弱了加工区域周围的杂散腐蚀效应，提高了微坑加工的定域性和微细尺寸加工能力，加工精度高。
图1为本发明所述液束射流电解加工微坑方法使用装置的结构示意 图2为电解液冲击开轻质液态电绝缘介质形成液流通道的示意图。
具体实施例方式本发明所述的液束射流电解加工微坑的方法包括以下步骤:
A:将工件5的待加工表面置于电解液8中，使工件5的待加工面最高点突出电解液8层，然后加入轻质液态电绝缘介质4,使工件5待加工表面完全浸没于轻质液态电绝缘介质4中。轻质液态电绝缘介质4为不溶于水的、密度比水小的电绝缘介质。一方面，轻质电绝缘介质4能始终漂浮在电解液8上，不受电解液8循环过程的影响，并能持续包裹住工件5待加工表面；另一方面，轻质电绝缘介质4可作为柔性屏蔽膜，可对工件5非加工区域进行电场屏蔽，且轻质电绝缘介质4能适应任何形状的待加工表面；轻质电绝缘介质4可采用煤油、硅油或石蜡油。B:调节喷射电极I的喷嘴2与工件5待加工表面的相对距离。喷射电极I的喷嘴2与工件5待加工表面的距离过大，则电解液液束3易分散，聚集度降低，束径可控性差，且所需加工电压大，成本高，加工定域性低。此外，由于工件5待加工表面必需一定厚度的电绝缘层保护，且加工产物需从两电极的间隙中排出，因此，两电极间的距离又不能太小，即喷嘴2与工件5待加工表面的距离不得过小。因此，限定喷射电极I的喷嘴2与工件5待加工表面的距离为0.lmnTlOmm，既能够使电解加工过程满足工艺要求，又能具备良好的可调性。喷射电极I由耐酸、碱腐蚀的金属材质制成，以防止电极被电解液8腐蚀，影响使用寿命；喷射电极I上可根据加工需求，设置有一个或多个喷嘴2，提高工作效率。C:通过喷射电极I的喷嘴2以电解液液束3的形式间歇地向工件5待加工表面喷射电解液8。当电解液液束3穿透覆盖在工件5待加工表面上的电绝缘介质时，就会在喷嘴2与其电解液液束3对应的加工区域间形成可以传导电流的液流通道，而其它区域因为电绝缘介质的电屏蔽作用而无法导电。D:接通连接于喷射电极I负极与工件5待加工表面阳极间的电解加工电源6，进行电解加工。开启电解加工电源6后，在电场的作用下，工件5待加工表面上各电解液液束3所对应的区域就会被电化学腐蚀，形成凹坑；而其它区域因为电绝缘介质的屏蔽和阻挡作用，无法接收到电解液8或接收到的电解液8被包裹在绝缘介质中，无法有效地传递电流，使得电化学加工难以进行，从而有效地减弱了加工区域周围的杂散腐蚀作用，提高了微坑加工的定域性和微细尺寸加工能力。反应后的电解液8由于不与轻质液态电绝缘介质4相溶解，且存在密度差，会在重力作用下从轻质液态电绝缘介质4中分离出来脱离被加工区域，不至于对电解加工过程造成影响。持续喷射一定时间后，如数秒到数分钟后，停止喷射。此时，液流通道就会被轻质液态电绝缘介质4填充而失去导电性能，电解加工过程自动停止。在此段时间内，轻质液态电绝缘介质4屏蔽层的完整性及绝缘特性得以复原，以保持良好的工作效果。当电绝缘层完成复原后，再喷射加工一段时间，再停歇……如此反复，直到到达加工要求，停止加工。实际加工时，需根据轻质液态电绝缘介质4层的厚度、电解液液束3直径、喷射电解液液束3的流速、喷嘴2与加工区域间的距离等因素来确定各喷嘴2的喷射时间和停歇时间。E:达到加工要求后，关断电解加工电源6，关停喷射电解液液束3，取出工件。本发明所使用的装置结构示意图如图1所示，包括喷射电极1、喷嘴2、轻质液态电绝缘介质4、工件5、电解加工电源6、循环泵7、电解液8。在循环泵7的作用下，喷嘴2可喷出电解液液束3。在使用本发明所述液束射流电解加工微坑的方法时:
第一步:将圆柱体形工件5的待加工表面水平置于20%的NaNO3电解液8中，使工件5的待加工面最高点突出电解液8层5mm左右，然后加入轻质液态电绝缘介质4，本实施例中，轻质液态电绝缘介质4采用煤油，使圆柱体形工件5的待加工表面完全浸没在煤油中，且煤油层高于工件5待加工表面最高点2mm ；
第二步:将水平设置有10个喷嘴2、且喷口直径为0.0lmm的喷射电极I置于工件5待加工表面的正上方，使喷嘴2的排列方向与工件5待加工表面的轴线方向平行，调节喷射电极I上的喷嘴2端部和工件5待加工表面最高点的距离至3mm ；
第三步:将电解加工电源6的正负极分别与工件5待加工表面阳极和喷射电极I阴极相连接；
第四步:启动循环泵7，通过喷射电极I的喷嘴2向工件5待加工表面喷射电解液液束3，当电解液液束3穿透煤油并形成稳定的液流通道后，开启电解加工电源6 ;
第五步:电解液液束3喷射5秒后停歇5秒，然后再喷射5秒停歇5秒……如此反复，直到工件5待加工表面的微坑阵列达到加工要求；如需加工其它部位，移动喷嘴2或转动工件5到相应位置，再进行电解加工；当整个工件5加工完毕后，关断电解加工电源6，关停喷射电解液液束3，取出工件5。本实例描述的只是利用煤油作轻质电绝缘介质在圆柱体形工件5表面上加工微坑的工艺过程，在实际运用中还可以利用其它轻质电绝缘介质4如硅油、石蜡油在平面或其他曲面上进行微坑的电解加工，电解液液束3 的喷射方向也需作相应的调整。
权利要求
1.一种液束射流电解加工微坑的方法，其特征在于:包括以下步骤 A:将工件置于电解液中，使工件待加工面最高点突出于电解液层，然后加入轻质液态电绝缘介质，使工件待加工表面完全浸没于轻质液态电绝缘介质中； B:调节喷射电极的喷嘴与工件待加工表面的相对距离； C:通过喷射电极的喷嘴以电解液液束形式间歇地向工件待加工表面喷射电解液； D:接通连接于喷射电极负极与工件待加工表面阳极间的电解加工电源，进行电解加工； E:达到加工要求后，关断电解加工电源，关停喷射电解液液束，取出工件。
2.根据权利要求1所述的液束射流电解加工微坑的方法，其特征在于:所述的轻质液态电绝缘介质为不溶于水的、密度比水小的电绝缘介质。
3.根据权利要求1或2所述的液束射流电解加工微坑的方法，其特征在于:所述的喷射电极的喷嘴与工件待加工表面的最小距离不小于0.1mm。
4.根据权利要求3所述的液束射流电解加工微坑的方法，其特征在于:所述的喷射电极的喷嘴与工件待加工表面的距离为0.lmnTlOmm。
5.根据权利要求4所述的液束射流电解加工微坑的方法，其特征在于:所述的喷射电极由耐酸、碱腐蚀的金属材质制成。
6.根据权利要求5所述的液束射流电解加工微坑的方法，其特征在于:所述的喷射电极上设置有一个或多个喷嘴。
7.根据权利要求6所述的液束射流电解加工微坑的方法，其特征在于:所述的轻质液态电绝缘介质为煤油、硅油或石蜡油。
全文摘要
本发明公开了一种液束射流电解加工微坑的方法。本发明通过调节所喷射电解液的液束直径大小和喷射时间来控制微坑的大小，通过喷嘴个数来控制微坑数量，通过控制喷射电极和待加工表面的距离来控制加工速度，操作简单，加工精度和加工效率高，适用范围广，加工表面的形状不受限制，加工环节少，工艺成本低。同时，本发明采用轻质液态电绝缘介质作为屏蔽掩膜，适应性好，与被加工面贴合紧密，能始终保护待加工面的非加工部分，易于复原和修正，有效地减弱了加工区域周围的杂散腐蚀效应，提高了微坑加工的定域性和微细尺寸加工能力，加工精度高。
文档编号B23H9/00GK103084682SQ201310015000
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月16日 优先权日2013年1月16日
发明者明平美, 郝巧玲, 张新民, 刘建慧, 王俊涛, 包晓慧, 苏阳阳, 毕向阳, 聂子超, 张延辉, 王贝, 李二静 申请人:河南理工大学