一种用于加工硬脆绝缘材料的方法及装置

本公开涉及硬脆绝缘材料的加工，具体涉及一种用于加工硬脆绝缘材料的方法及装置。

背景技术：

1、硬脆绝缘材料如玻璃、石英、工程陶瓷具有优良的综合性能，具有超硬、耐磨、电阻率和熔点高以及导热性好等诸多优异的力学、化学和物理性能，在汽车、飞机、汽轮机、发动机、能源、机械电子、航空、航天、化工、生物工程等多个领域有广阔的应用前景。虽然这些硬脆绝缘材料具有优异的性能和十分重要的应用价值，但是其较高的硬度、脆性和电绝缘性，给加工带来了很大的困难。

2、目前硬脆绝缘材料的加工主要采用线锯切割、金刚石砂轮磨削、磨料水射流切割、激光切割和电解电火花线切割。线锯切割的线锯受力产生明显的弯曲变形，导致二维切割加工精度较差，金刚石砂轮磨削微小结构时砂轮细小，不但易变形甚至易断裂，同时这两种加工方法的工具损耗大，特别是加工表面/亚表面容易产生微裂纹、断面损伤等缺陷，这些缺陷在航空航天领域严苛的工况条件下是致命的。磨料水射流加工的切割面存在斜度影响加工精度。激光切割受限于聚焦问题，仅适用于小厚度零件加工。电解电火花线切割工件时存在放电稳定性差、加工效率低、加工精度差的问题。因此，现有的硬脆绝缘材料加工方法不能满足工件的综合加工要求。

技术实现思路

1、为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供一种用于加工硬脆绝缘材料的方法及装置。

2、第一方面，本公开实施例中提供了一种用于加工硬脆绝缘材料的方法，所述方法包括：

3、将硬脆绝缘材料制成的工件、工具电极和辅助电极置于树脂离子溶液中，在所述工具电极和辅助电极之间施加电压形成导电电路，在电场作用下所述工具电极的表面形成树脂绝缘膜；

4、提高所述电压使所述工具电极和树脂离子溶液之间的电压超过所述树脂绝缘膜的击穿电压以产生击穿放电，对所述工件的硬脆绝缘材料进行去除。

5、根据本公开的实施例，所述击穿电压的大小根据所述树脂绝缘膜的厚度确定；所述树脂包括以下中的任意一种或多种：环氧树脂、丙烯酸树脂和聚酯树脂。

6、根据本公开的实施例，所述方法还包括，在提高电压之前对所述导电电路中的电流进行检测，以确定所述树脂绝缘膜的绝缘性能是否合格。

7、根据本公开的实施例，所述方法还包括：

8、在所述击穿放电过程结束后，降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜；

9、循环提高所述电压以产生击穿放电和降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜的过程，配合所述工具电极与所述工件的相对运动，对工件进行加工。

10、根据本公开的实施例，所述在所述工具电极和辅助电极之间施加电压形成导电电路，包括在所述工具电极和辅助电极之间施加80-120v电压形成导电电路；

11、所述提高所述电压使所述工具电极和树脂离子溶液之间的电压超过所述树脂绝缘膜的击穿电压，包括将所述电压提高至200-400v并持续10-100μs；

12、所述降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜，包括将所述电压降低至80-120v以修复所述树脂绝缘膜。

13、第二方面，本公开实施例中提供了一种用于加工硬脆绝缘材料的装置，所述装置包括：用于盛装树脂离子溶液的容器；可调电源；分别连接在所述可调电源两极的工具电极和辅助电极；其中，工件、工具电极和辅助电极置于盛装含有树脂离子溶液的容器中，所述可调电源向所述工具电极和辅助电极施加电压形成导电电路，在电场作用下所述工具电极的表面形成树脂绝缘膜；当提高所述电压使所述工具电极和树脂离子溶液之间的电压超过所述树脂绝缘膜的击穿电压时产生击穿放电以对所述工件的硬脆绝缘材料进行去除。

14、根据本公开的实施例，所述装置还包括连接在所述可调电源与所述工具电极或辅助电极之间的电流检测模块，用于在提高电压之前对所述导电电路中的电流进行检测，以确定所述树脂绝缘膜的绝缘性能是否合格。

15、根据本公开的实施例，所述装置还包括分别与所述可调电源和电流检测模块连接的控制模块，所述控制模块用于根据所述电流检测模块的检测结果控制所述可调电源的输出参数。

16、根据本公开的实施例，所述输出参数包括电压的大小和输出时间。

17、根据本公开的实施例，所述控制模块在所述击穿放电过程结束后，控制所述可调电源降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜，并循环提高所述电压以产生击穿放电和降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜的过程。

18、根据本公开实施例提供的技术方案，通过在置于树脂离子溶液中的工具电极和辅助电极之间施加电压，在电场作用下使工具电极表面形成厚度均匀、形态稳定、可自修复的树脂绝缘膜，通过提高电压击穿树脂绝缘膜产生放电以达到硬脆绝缘材料的去除，并通过循环提高电压去除材料和降低电压修复树脂绝缘膜的过程实现工件的加工；本公开的树脂绝缘膜的成膜过程不易受扰动，具有膜层形态均匀、厚度一致性、可自修复等优点，克服了现有加工技术工具损耗大、加工精度低以及工件表面微损伤的问题，能够使工件获得较高的表面质量、加工效率和加工精度，实现了提高工件综合加工质量的技术效果。

19、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

技术特征：

1.一种用于加工硬脆绝缘材料的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，在提高电压之前对所述导电电路中的电流进行检测，以确定所述树脂绝缘膜的绝缘性能是否合格。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

6.一种用于加工硬脆绝缘材料的装置，其特征在于，所述装置包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括连接在所述可调电源与所述工具电极或辅助电极之间的电流检测模块，用于在提高电压之前对所述导电电路中的电流进行检测，以确定所述树脂绝缘膜的绝缘性能是否合格。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括分别与所述可调电源和电流检测模块连接的控制模块，所述控制模块用于根据所述电流检测模块的检测结果控制所述可调电源的输出参数。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述输出参数包括电压的大小和输出时间。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制模块在所述击穿放电过程结束后，控制所述可调电源降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜，并循环提高所述电压以产生击穿放电和降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜的过程。

技术总结
本公开涉及硬脆绝缘材料的加工技术领域，具体涉及一种用于加工硬脆绝缘材料的方法及装置。所述用于加工硬脆绝缘材料的方法包括：将硬脆绝缘材料制成的工件、工具电极和辅助电极置于树脂离子溶液中，在所述工具电极和辅助电极之间施加电压形成导电电路，在电场作用下所述工具电极的表面形成树脂绝缘膜；提高所述电压使所述工具电极和树脂离子溶液之间的电压超过所述树脂绝缘膜的击穿电压以产生击穿放电，对所述工件的硬脆绝缘材料进行去除。本公开能够使工件获得较高的表面质量、加工效率和加工精度，提高了工件的综合加工质量。

技术研发人员：王津,贾志新,陈学兵
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21