专利名称：水电极大气等离子体加工回转零件方法
技术领域：
本发明属于等离子体加工碳化硅或融石英等硅基材料回转类零件的技术领域。
背景技术：
目前，硅基材料，如碳化硅、融石英等，由于其硬度高、脆性大、化学性质稳定等优点，在航空航天、军事、能源、芯片制造的高精度零件广泛应用。而在硅基材料零件中回转类零件占有极大的比例，如半球陀螺谐振子、大曲率非球面光学透镜、聚光非球面透镜等。但是由于硅基材料的难加工性，传统的依靠机械应力去除材料的方法，如超精密磨削、小工具研抛，存在加工周期长、加工表面及亚表面存在损伤等问题，无法满足零件需具有超光滑表面的要求。近年来，新提出的大气等离子体加工方式，由于属于非接触式化学加工，可在很大程度解决上述问题。但是目前的大气等离子体加工，多采用固定形状尺寸的固体电极，难以保证与工件外表面紧密的 贴合，这就会导致不同区域上间隙不同，引起放电不稳定，从而影响加工质量；另外，由于大气等离子体加工属于化学反应，在加工时会释放大量的热，弓丨起工件的热变形，这些问题都一定程度上限制了大气等离子体加工的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种水电极大气等离子体加工回转零件方法，为了解决当前加工效率低、放电不均匀、工件热变形等问题。所述的目的是通过以下方案实现的:所述的一种水电极大气等离子体加工回转零件方法，它的步骤方法是:
步骤一:将旋转成形电极的上端面绝缘连接在升降装置的竖直运动工作转轴上；旋转成形电极为圆形外凸形，旋转成形电极的工作面直径尺寸比待加工零件的内表面直径尺寸小5_-15_ ;旋转成形电极的中心开有出气孔，出气孔通过气管与混合等离子体气源导气连通；使旋转成形电极与射频电源的输出端连接作为大气等离子体放电的阳极；
步骤二:将待加工零件装卡在水槽中，并将待加工零件的外表面浸入水槽中的电解质水溶液内，电解质水溶液通过水槽接地作为大气等离子体放电的阴极；
步骤三:使旋转成形电极靠近待加工零件的待加工表面，并使它们之间保持一定的放电间隙，放电距离范围为5mm-15mm ；
步骤四:预热射频电源和混合等离子体气源，预热时间为5-10分钟；然后打开混合等离子体气源，使等离子体气体的流量为I升/分钟 40升/分钟，反应气体与等离子体气体的流量比为1:l(Tl:50 ;辅助气体与反应气体的流量比为1:l(Tl:1 ；
步骤五:当旋转成形电极和待加工零件的待加工表面之间的区域内充满等离子体气体、反应气体与辅助气体的混合气体后，启动升降装置的转轴转动，使旋转成形电极做回转运动，启动射频电源，逐步增加射频电源的功率，使功率达到100W-400W，同时控制射频电源的反射功率为零，在射频电源工作的过程中持续稳定的通入混合气体，使旋转成形电极和待加工零件的待加工表面之间的放电区域产生稳定的等离子体放电；步骤六:根据去除量的要求，控制旋转成形电极的运动轨迹和在零件表面的驻留时间，用上述产生的大气等离子体对零件表面进行加工；
步骤七:待加工完成后，关闭射频电源的电源，关闭混合等离子体气源，取出待加工零件，对加工去除深度进行测量，以判断是否达到加工要求。本发明专利的技术优势:
1、水电极的应用，使得电极可以与工件表面贴合，使得放电均匀，从而提高了加工效率，保证了加工精度，水电极，采用可导电的电解质水溶液，由于水溶液的可流动性，其可自发的贴合在任意形状的固体表面，形成与工件表面面形完全相同的电极，因此保证了放电距离的均匀性，进而保证了加工的均匀性；
2、由于水良好的导热性，有效控制了大气等离子体加工过程中的反应热效应，大大降低了工件的热变形；
3、本发明专利的加工方法本质上属于非接触式加工，没有机械加工接触应力，不会对工件表面及亚表面造成损伤，可满足零件设计要求。
图1是本发明的整体结构示意 图2是图1中旋转成形电极I与待加工零件4之间的位置关系结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一:结合图1、图2所示，它的步骤方法是:
步骤一:将旋转成形电极I的上端面绝缘连接在升降装置2的竖直运动工作转轴2-1上；旋转成形电极I为圆形外凸形，旋转成形电极I的工作面直径尺寸比待加工零件4的内表面直径尺寸小5mm-15mm ;旋转成形电极I的中心开有出气孔1_1，出气孔1_1通过气管5-1与混合等离子体气源5导气连通；使旋转成形电极I与射频电源3的输出端连接作为大气等离子体放电的阳极；
步骤二:将待加工零件4装卡在水槽2-2中，并将待加工零件4的外表面浸入水槽2-2中的电解质水溶液内，电解质水溶液通过水槽2-2接地作为大气等离子体放电的阴极；步骤三:使旋转成形电极I靠近待加工零件4的待加工表面，并使它们之间保持一定的放电间隙，放电距离范围为5mm-15mm ；
步骤四:预热射频电源3和混合等离子体气源5，预热时间为5-10分钟；然后打开混合等离子体气源5，使等离子体气体的流量为I升/分钟 40升/分钟，反应气体与等离子体气体的流量比为1:l(Tl:50 ;辅助气体与反应气体的流量比为1:l(Tl:1 ；
步骤五:当旋转成形电极I和待加工零件4的待加工表面之间的区域内充满等离子体气体、反应气体与辅助气体的混合气体后，启动升降装置2的转轴2-1转动，使旋转成形电极I做回转运动，启动射频电源3，逐步增加射频电源3的功率，使功率达到100W-400W，同时控制射频电源3的反射功率为零，在射频电源3工作的过程中持续稳定的通入混合气体，使旋转成形电极I和待加工零件4的待加工表面之间的放电区域产生稳定的等离子体放电；
步骤六:根据去除量的要求，控制旋转成形电极I的运动轨迹和在零件表面的驻留时间，用上述产生的大气等离子体对零件表面进行加工；
步骤七:待加工完成后，关闭射频电源3的电源，关闭混合等离子体气源5，取出待加工零件4，对加工去除深度进行测量，以判断是否达到加工要求。所述转成形电极I的材质为铝、铜、铁。所述水槽2-2中的电解质水溶液2-3可通过外部液体循环装置进行降温冷却。所述射频电源3的频率为13.56MHz，最大功率为2KW。所述混合等离子体气源3为三元气体混合系统，供气流量为20-100L/min。所述混合等离子体气源5中的大气等离子体激发气体可以为氦气、氩气等惰性气体；反应气体可以为六氟化硫、四氟化碳、三氟化氮等；辅助气体可以为氧气、氢气、氮气
坐寸ο所述待加工零件4的材质为碳化硅或融石英等硅基材料。工作原理:由射频电源3输出端连接转成形电极I作为大气等离子体放电的阳极，电解质水溶液2-3通过水槽2-2接地作为大气等离子体放电的阴极，待加工零件4外表面与电解质水溶液2-3电极充分接触，由混合等离子体气源5提供激发产生等离子体的气体充满等离子体成形电极和零件之间的间隙，由射频电源3提供输出电能，在转成形电极I和待加工零件4的放电间隙产生等离子体，同时反应气体被激发，产生具有反应活性的原子与待加工零件4的表面发生化学反应，并生成挥发性的反应产物被旋转的等离子体电极带离零件表面，由此实现 对待加工零件的无损伤快速加工。
权利要求
1.水电极大气等离子体加工回转零件方法，其特征在于它的步骤方法是: 步骤一:将旋转成形电极(I)的上端面绝缘连接在升降装置(2)的竖直运动工作转轴(2-1)上；旋转成形电极(I)为圆形外凸形，旋转成形电极(I)的工作面直径尺寸比待加工零件(4)的内表面直径尺寸小5mm-15mm ;旋转成形电极(I)的中心开有出气孔(1_1 )，出气孔(1-1)通过气管(5-1)与混合等离子体气源(5)导气连通；使旋转成形电极(I)与射频电源(3)的输出端连接作为大气等离子体放电的阳极； 步骤二:将待加工零件(4)装卡在水槽(2-2)中，并将待加工零件(4)的外表面浸入水槽(2-2)中的电解质水溶液内，电解质水溶液通过水槽(2-2)接地作为大气等离子体放电的阴极； 步骤三:使旋转成形电极(I)靠近待加工零件(4)的待加工表面，并使它们之间保持一定的放电间隙，放电距离范围为5mm-15mm ； 步骤四:预热射频电源(3)和混合等离子体气源(5)，预热时间为5-10分钟；然后打开混合等离子体气源(5)，使等离子体气体的流量为I升/分钟 40升/分钟，反应气体与等离子体气体的流量比为1:l(Tl:50 ;辅助气体与反应气体的流量比为1:l(Tl:1 ； 步骤五:当旋转成形电极(I)和待加工零件(4)的待加工表面之间的区域内充满等离子体气体、反应气体与辅助气体的混合气体后，启动升降装置(2)的转轴(2-1)转动，使旋转成形电极(I)做回转运动，启动射频电源(3)，逐步增加射频电源(3)的功率，使功率达到100W-400W,同时控制射频电源(3)的反射功率为零，在射频电源(3)工作的过程中持续稳定的通入混合气体，使旋转成形电极(I)和待加工零件(4)的待加工表面之间的放电区域产生稳定的等离子体放电； 步骤六:根据去除量的要求，控制旋转成形电极(I)的运动轨迹和在零件表面的驻留时间，用上述产生的大气等离子体对零件表面进行加工； 步骤七:待加工完成后，关闭射频电源(3)的电源，关闭混合等离子体气源(5)，取出待加工零件(4)，对加工去除深度进行测量，以判断是否达到加工要求。
2.根据权利要求1所述的水电极大气等离子体加工回转零件方法，其特征在于所述旋转成形电极(I)的材质为铝、铜、铁。
3.根据权利要求1所述的水电极大气等离子体加工回转零件方法，其特征在于所述混合等离子体气源(5)中的大气等离子体激发气体可以为氦气、氩气等惰性气体；反应气体可以为六氟化硫、四氟化碳、三氟化氮等；辅助气体可以为氧气。
全文摘要
水电极大气等离子体加工回转零件方法，它属于等离子体加工碳化硅或融石英等硅基材料回转类零件的技术领域。它是为了解决放电不均匀、工件热变形等问题。它的步骤一旋转成形电极的上端面连接转轴上；旋转成形电极为圆形外凸形；步骤二待加工零件的外表面浸入水槽中的电解质水溶液内；步骤三旋转成形电极靠近待加工零件的待加工表面；步骤四预热射频电源和混合等离子体气源；步骤五使旋转成形电极做回转运动，启动射频电源；步骤六控制旋转成形电极的运动轨迹和在零件表面的驻留时间；步骤七取出待加工零件。本发明的水电极的应用，使得电极与工件表面无间隙贴合，放电均匀，保证了加工精度，提高了加工稳定性。
文档编号B23H3/00GK103212755SQ20131017703
公开日2013年7月24日 申请日期2013年5月14日 优先权日2013年5月14日
发明者王波, 李铎, 姚英学, 金会良, 李娜, 辛强, 金江 申请人:哈尔滨工业大学