专利名称：成型电极大气等离子体加工回转零件装置的制作方法
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：
近年来，对于高精度回转类零件，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，在航空航天、军事、能源、芯片制造领域需求越来越强烈，同时对加工表面的要求越来越苛刻。加工表面需要达到Ra Inm的表面粗糙度值，并严格限制由加工过程引起的材料表层及亚表层损伤。因为这类零件多为碳化硅、融石英等脆硬难加工材料，采用传统的超精密磨削以及后续的抛光过程，存在加工周期长、加工表面及亚表面存在损伤、工件合格率低等问题，远远不能满足实际需求。例如，现代惯性陀螺中的关键零件半球陀螺谐振子，其材料是石英玻璃，目前采用的磨削工艺存在效率低、废品率高、壁厚加工不均匀等问题。即使采用近些年来新提出的加工装置，如磁流变抛光、子口径等离子抛光，虽然可以达到表面质量，其加工效率还是十分低，远远满足不了实际要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种成型电极大气等离子体加工回转零件装置，为了解决高精度回转零件的加工效率和质量问题，从而大大缩短加工周期，有效降低加工成本，以满足航天航空、能源等领域的对该类零件需求的问题。所述的目的是通过以下方案实现的:所述的一种成型电极大气等离子体加工回转零件装置，它由旋转成形电极、升降装置、射频电源、混合等离子体气源组成；
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，旋转成形电极的中心开有出气孔；在加工内表面时，旋转成形电极的工作面直径尺寸需要比待加工零件的内表面直径尺寸小5mm-15mm ，在加工外表面时，旋转成形电极的工作面直径尺寸需要比待加工零件的外表面直径尺寸大5mm-15mm ;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；待加工零件装卡在载物台上，将载物台接地作为大气等离子体放电的阴极；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，放电距离范围为混合等离子体气源包含反应气体、等离子体气体和辅助气体，所述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。本发明专利的技术优势:
1、本发明专利采用成型电极大气等离子体加工，实现了全表面复映去除，同时解决了高精度回转零件的加工效率和质量问题，克服了传统加工周期长、表面存在变质层等缺
占.2、成型电极的制造简单、精度高，只需采用导电材料，可选择加工性能良好的金属材料制备电极，如铝、铜、铁等，避免了对硬脆难加工材料的直接加工，而且加工对电极损耗几乎为零；3、通过调整反应气体流量及射频功率，对于同一电极，可实现去除量可根据需要调整，即同一成型电极可以加工不同尺寸的工件，这是传统成型加工不具备的优点，能够减少成型电极的类型，有效降低了加工的成本；
4、应用本发明专利，可以大大简化加工设备的构成，只需要两个轴的运动便可实现高精度的加工，避免了复杂的运动控制，减少了加工周期，提高了加工的稳定性和确定性。
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3是旋转成形电极I为圆形内凹形的结构示意 图4是旋转成形电极I为圆管形的结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一:结合图1、图2所示，本实施方式由旋转成形电极1、升降装置2、射频电源3、混合等离子体气源5组成；
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的中心开有出气孔1-ι ;在加工内表面时，旋转成形电极I的工作面直径尺寸需要比待加工零件4的内表面直径尺寸小5mm-15mm，在加工外表面时，旋转成形电极I的工作面直径尺寸需要比待加工零件4的外表面直径尺寸大5mm-15mm ;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；待加工零件4装卡在载物台2-2上，将载物台2-2接地作为大气等离子体放电的阴极；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，放电距离范围为混合等离子体气源5包含反应气体、等离子体气体和辅助气体，所述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。所述转成形电极I的材质为铝、铜、铁。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
等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。
具体实施方式
二:结合图2所不,本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于所述转成形电极I为圆形外凸形。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三:结合图3所示，本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于所述转成形电极I为圆形内凹形。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四:结合图4所不,本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于所述转成形电极I为圆管形。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。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，零件工作台接地作为大气等离子体放电的地电极，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.成型电极大气等离子体加工回转零件装置，其特征在于它由旋转成形电极(I)、升降装置(2)、射频电源(3)、混合等离子体气源(5)组成； 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)的中心开有出气孔(ι-1);在加工内表面时，旋转成形电极(I)的工作面直径尺寸需要比待加工零件(4)的内表面直径尺寸小5mm-15mm，在加工外表面时，旋转成形电极(I)的工作面直径尺寸需要比待加工零件(4)的外表面直径尺寸大出气孔(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；待加工零件(4)装卡在载物台(2-2)上，将载物台(2-2)接地作为大气等离子体放电的阴极；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，放电距离范围为混合等离子体气源(5)包含反应气体、等离子体气体和辅助气体，所述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。
2.根据权利要求1所述的成型电极大气等离子体加工回转零件装置，其特征在于所述转成形电极(I)为圆形外凸形。
3.根据权利要求1所述的成型电极大气等离子体加工回转零件装置，其特征在于所述转成形电极(I)为圆形内凹形。
4.根据权利要求1所述的成型电极大气等离子体加工回转零件装置，其特征在于所述转成形电极(I)为圆管形。
5.根据权利要求1所述的成型电极大气等离子体加工回转零件装置，其特征在于所述旋转成形电极(I)的材质为铝、铜、铁。
6.根据权利要求1所述 的成型电极大气等离子体加工回转零件装置，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
成型电极大气等离子体加工回转零件装置，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。它是为了解决高精度回转零件的加工效率和质量问题。该装置旋转成形电极的上端面绝缘连接在转轴上，旋转成形电极的中心开有出气孔；在加工内表面时，旋转成形电极的工作面直径尺寸需要比待加工零件的内表面直径尺寸小5mm-15mm，在加工外表面时，旋转成形电极的工作面直径尺寸需要比待加工零件的外表面直径尺寸大5mm-15mm；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。本发明专利采用简单合理的结构，利用大气等离子体加工方法，实现了全表面复映去除，同时解决了高精度回转零件的加工效率和质量问题。
文档编号B23K10/00GK103236391SQ20131017703
公开日2013年8月7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