锲形表面工具阴极悬浮电解加工表面织构方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电解加工技术领域，属于特种加工，更具体的说，涉及锲形表面工具阴极悬浮电解加工表面织构方法及装置。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展以及对产品性能要求的不断提高，微细加工技术在工业生产中发挥着越来越重要的作用。微细加工技术具有以微小单位对材料进行去除的特点，可进行零件表面微细结构的加工，金属表面微织构即为其中一种。现代摩擦学、和仿生学证实，在金属表面加工出一定尺寸结构的非光滑形态表面微结构可大幅提高产品性能，如减小摩擦磨损(汽缸壁、活塞等)、减小阻力(飞机螺旋桨)、提高承载力(滑动轴承)、避免表面粘附和咬死(切削刀具)、增加传热效果(微电子芯片)等，这类结构从数微米至数百微米，属典型的微细加工范围。国内外科研机构针对微结构制造进行了大量的研究，可从事微织构加工方法有激光加工法、磨料气射流加工、微细铣削加工、压印技术、电子束/粒子束刻蚀、LIGA技术+光刻技术、微细电火花加工、自激振动加工、掩膜/转印微细电解加工等和电沉积方法等，每一种方法各具所长，又都有各自的适用范围。激光加工、电子束/离子束刻蚀和微细电火花加工属于热去除方式，加工后工件表面存在热影响区和变质层，易变形；磨料气射流、压印技术、自激振动加工、微细切削技术等依靠力的作用去除材料，存在工件加工后易变形、刀具发热等问题，且不适合加工薄壁件；LIGA技术+光刻技术不仅设备昂贵，而且通常加工材料局限于镍、铜；基于掩膜的微细电解加工方法，依靠掩膜厚度确定阴阳极间距，且不存在工具电极损耗，可一次性加工较多数量的微细凹槽、凹坑、凸台等结构，是一种有效的微织构制造方法。然而，掩膜微细电解加工存在间隙内电解液流动状态较难控制、不同区域内电解液流速不一致、加工后微织构形貌尺寸不一致等问题。
[0003]本发明锲形表面工具阴极悬浮电解加工表面织构方法及装置，在工具阴极表面加工出若干锲形槽，带有锲形槽的工具阴极与工件表面掩膜板平行并作旋转运动，间隙电解液在锲形槽作用下，压力升高并发生扰动，可促进加工间隙内电解液的更新，可有效防止电解液产物堆积而造成的短路，提高加工稳定性、改善间隙电解液流动的一致性、促进间隙内产物的排出、提高加工效率，获得高质量的表面微织构形貌；锲形阴极在工件表面作旋转运动，从而可以使得不同加工位置加工时的电解液流动状态的一致性，提高加工后微织构成形的一致性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种锲形表面工具阴极悬浮电解加工表面织构方法及装置，提出了一种金属表面微织构电解加工方法，该方法可以提高加工过程稳定性、微织构成形一致性，提高加工的效率，可以补充目前掩膜微细电解加工微织构的不足，该方法操作方便、行之有效。
[0005]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:锲形表面工具阴极悬浮电解加工表面织构装置，包括阴极定位座、安装在阴极定位座上的端面具有锲形槽结构的锲形阴极、与阴极定位座平行放置的工件阳极和固定在工件阳极表面的掩膜板；所述阴极定位座的中心设有通孔，电解液通过通孔流入加工区，并从掩膜板与锲形阴极的间隙流出加工区，所述锲形阴极的锲形槽设在锲形阴极的底部，且锲形阴极的锲形槽设在加工区的上方。
[0006]进一步的，所述阴极定位座上端固接旋转主轴，所述旋转主轴的上端连接机床的XYZ三维工作台。
[0007]进一步的，所述阴极定位座和锲形阴极上加工有相配合的齿轮槽，可实现锲形阴极在平面内做自转运动，并在旋转主轴的带动下做公转运动。
[0008]进一步的，所述锲形阴极设有至少四个，所述锲形阴极均匀分布在阴极定位座上且沿旋转主轴对称分布。
[0009]进一步的，锲形阴极上的锲形槽设有阵列分布的多个。
[0010]锲形表面工具阴极悬浮电解加工表面织构方法，包括如下步骤:
[0011]I)制备阴极定位座和锲形阴极，锲形阴极具有锲形槽结构，且锲形阴极对称分布在阴极定位座的四周，锲形阴极的锲形槽正对下方的工件；阴极定位座的上端连接旋转主轴并将旋转主轴连接到机床的XYZ三维工作台上，且阴极定位座下端设有与锲形阴极上端配合的齿轮槽，阴极定位座中心设有用于电解液流动的通孔；
[0012]2)将工件安装在电解液槽内，工件阳极设在阴极定位座的正下方，工件阳极的上方固定一层掩膜板；调整工件与掩膜板保持一定的加工间隙；
[0013]3)开启机床的控制系统，通过控制XYZ三维工作台对阴极定位座进行三自由度移动，并通过旋转主轴带动阴极定位座的转动；此时开启电解液栗，将电解液从阴极定位座的通孔处流入加工区，在经过锲形阴极和工件之间的加工间隙流出；
[0014]4)将工件连接电源正极，锲形阴极连接电源负极，开启电源开关，锲形阴极在旋转过程中对加工间隙的电解液形成动压，对电解液起到扰动作用；观察与电源连接的电流表的读数，若电流表有电流显示，则表示工件表面的材料开始溶解；
[0015]5)持续加工直到加工完成为止，切断电源，并通过机床的XYZ三维工作台控制阴极定位座离开掩膜板表面。
[0016]进一步的，所述机床的XYZ三维工作台控制阴极定位座的运动轨迹可通过机床自带的编程系统进行编程控制。
[0017]进一步的，锲形阴极与工件间隙间的电解液流动状态通过机床的运动速度、加工间隙大小和锲形槽的尺寸进行控制和改变。
[0018]本发明的有益效果在于:本发明锲形表面工具阴极悬浮电解加工表面织构方法及装置，在工具阴极表面加工出若干锲形槽，带有锲形槽的工具阴极与工件表面掩膜板平行并作旋转运动，间隙电解液在锲形槽作用下，压力升高并发生扰动，可促进加工间隙内电解液的更新，可有效防止电解液产物堆积而造成的短路，提高加工稳定性、改善间隙电解液流动的一致性、促进间隙内产物的排出、提高加工效率，获得高质量的表面微织构形貌；锲形阴极在工件表面作旋转运动，从而可以使得不同加工位置加工时的电解液流动状态的一致性，提高加工后微织构成形的一致性，且操作方便，切实可行。
【附图说明】
[0019]图1是本发明所述锲形表面工具阴极悬浮电解加工表面织构装置的结构示意图。
[0020]图2是本发明锲形阴极和阴极定位座相对于工件的位置图。
[0021]图3是本发明锲形阴极在阴极定位座内的安装及电解液供给示意图。
[0022]图4是锲形阴极的结构示意图。
[0023]图中，1-X轴控制电机、2-X轴、3-Z轴、4_Z轴控制电机、5-旋转主轴、6-阴极定位座、7-压力表、8-过滤器、9-电解液栗、10-储液槽、Il-Y轴控制电机、12-工件、13-电解液槽、14-掩膜板、15-工件阴极托盘、16-锲形阴极、17-齿轮槽、18-电解液入口、19-锲形槽。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0025]如图1所示，锲形表面工具阴极悬浮电解加