一种淹没式均匀空化辅助电解表面加工装置及方法

本发明涉及机械制造、金属涂层、特种加工领域，特指一种空化辅助电解表面加工装置及方法。

背景技术：

1、随着现代工业的发展，金属涂层工艺在工业生产和日常生活中的应用越来越广泛，特别是在汽车制造、电子产品制造、机械制造与航空航天等领域。金属涂层技术可以提高材料的耐腐蚀性、耐磨性、导电性和导热性等性能，同时还可以美化材料表面以及延长使用寿命。目前，金属涂层工艺的主要方法包括电镀、喷涂、热喷涂和化学电镀等。其中，电镀是最常用的一种方法。因而，镍铁镀、铁锡镀、金银渡、铝银镀等镀种衍化出去。虽然这些涂层种类不同，但都存在涂层的结合性不足、容易脱落、厚度不足等问题。

2、目前，采用空化水射流表面加工工艺可以获得高精度表面加工，空化水射流表面加工工艺是一种利用空化气泡溃灭产生冲击波、微射流和局部高温对表面进行加工的方法，具有低成本、高效、环保、适用性强等特点。但是空化水射流在加工时会形成涡流导致加工不均匀且在加工时无法进行表面涂层。例如中国专利号为cn201710822849.0的文献中公开一种基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀装置及方法，该装置可以利用高压淹没空化水射流对微零件进行加工，但该方法存在加工不均匀、效率低且无法对工件进行涂层处理。例如中国专利号为cn201810562060.0的文献中公开一种尺寸处于微米级零件的人工淹没式空化射流微零件塑性成形的装置及方法，该方法利用磨粒与射流的相互作用，虽然加强了工件的抛光及强化作用，效率更高，但仍然无法对材料进行涂层处理。

技术实现思路

1、本发明的目的是为解决上述问题，提出一种淹没式均匀空化辅助电解表面加工装置及其加工方法，既能对表面均匀抛光也能均匀深度涂层，并提高金属涂层的强度以及空化水射流加工的均匀性。

2、为实现上述目的，本发明一种淹没式均匀空化辅助电解表面加工装置采用以下技术方案是：包括储有电解质溶液的蓄水池和注满水的加工槽，蓄水池经抽水泵连接封闭水槽中，离子膜将封闭水槽分隔成设有正电极和正极腔和设有负电极的负极腔，所述的正电极和所述的负电极之间经电线串联第一开关和第一电源；正极腔和加工槽之间、负极腔和加工槽之间各设置一个空化水射流发生系统，每个空化水射流发生系统均包括有用高压水管连接的高压柱塞泵和空化喷嘴，第一个高压水管的首端伸入所述的正极腔中，第二个高压水管的首端伸入所述的负极腔中，每个高压水管的末端各连接一个空化喷嘴，两个空化喷嘴结构相同且均完全淹没在加工槽的水中；加工槽底部固定连接平台固定座，平台固定座上表面用定位夹紧装置夹紧待加工工件，移动平台能移动带动待加工工件分别移动至两个空化喷嘴的正下方；平台固定座的内部密封设置有两个电磁感应线圈，一个电磁感应线圈的正上方是对应的一个所述的空化喷嘴，每个电磁感应线圈各通过一个开关和电压控制器连接第二电源。

3、进一步地，所述的抽水泵、高压柱塞泵、移动平台经各自的控制线连接控制系统。

4、进一步地，每个所述的空化喷嘴的顶端是与一个高压水管连接的喷嘴入口，每个所述的空化喷嘴的中间段从上至下是依次贯通的第一空腔、第二空腔、多个收缩孔腔和多个扩张空腔，每个收缩孔腔连通一个扩张空腔，第一空腔的内径大于第二空腔的内径，多个收缩孔腔的内径小于扩张空腔的内径，每个所述的空化喷嘴的下段是空化发生腔，空化发生腔与所有的扩张空腔贯通。

5、本发明淹没式均匀空化辅助电解表面加工装置的加工方法采用以下技术方案是包含有以下步骤：

6、抽水泵抽水，将电解质溶液泵入封闭水槽中，封闭水槽充满后抽水泵停止抽水；闭合第一开关，接通正负电极，正极腔中的电解质溶液呈酸性，负极腔中的电解质溶液呈碱性，采用ph值检测器分别检测正、负极腔中电解质溶液的ph值，直至ph值达到要求时关闭第一开关；

7、当待加工工件需抛光时，打开伸入在正极腔中的第二个空化水射流发生系统中的第二高压柱塞泵，同时打开与第二电磁感应线圈连接的一个第二开关，第二电磁感应线圈正上方是第二空化喷嘴，酸性的电解介质溶液由第二空化喷嘴喷出；

8、当待加工工件需涂层时，打开伸入在负极腔中的第一个空化水射流发生系统中的第一高压柱塞泵，同时打开与第一电磁感应线圈连接的一个第三开关，第一电磁感应线圈正上方是第一空化喷嘴，碱性的电解介质溶液由第一空化喷嘴喷出。

9、进一步地，移动平台根据抛光或涂层的需要带动待加工工件来回移动到第二空化喷嘴或第一空化喷嘴的正下方。

10、本发明采用上述技术方案的有益效果是：

11、(1)本发明将电解介质与空化射流相结合并提出磁场与电场共同引导空化水射流均匀加工，使空化泡外壁附有电解介质，利用空泡溃灭产生的冲击波与局部高温，将电解介质深层镀入加工工件，克服了传统涂层工艺结合性不足，容易脱落、厚度不足的问题。且将抛光与涂层工艺一体化。

12、(2)本发明通过较长的空化发生腔，能使空化水射流在发生腔内部经历初生和发展的阶段，避免空化射流形成的涡流过大而导致强度损失，且可以使空化水射流均匀加工指定工件位置。

13、(3)本发明利用电磁铁装置与带电介质相结合，通过电磁铁装置变压所产生的磁场与电场对带电介质的影响，可有效将不规则运动的空泡引导到知道位置并对工件进行均匀加工。

14、(4)本发明不同于常规的淹没式空化水射流加工方法，利用溶液电解后的酸碱溶液特性不同对工件进行一体化加工，既能对工件表面均匀抛光也能均匀深度涂层，并通过特制喷嘴和磁感应线圈产生磁场对空化泡进行引导实现均匀加工。

技术特征：

1.一种淹没式均匀空化辅助电解表面加工装置，包括储有电解质溶液的蓄水池(1)和注满水的加工槽(43)，其特征是：蓄水池(1)经抽水泵(44)连接封闭水槽(1)中，离子膜(10)将封闭水槽(11)分隔成设有正电极和正极腔和设有负电极的负极腔，所述的正电极和所述的负电极之间经电线串联第一开关(7)熔断器(8)和第一电源(9)；

2.根据权利要求1所述的一种淹没式均匀空化辅助电解表面加工装置，其特征是：所述的抽水泵(44)、高压柱塞泵、移动平台(31)经各自的控制线连接控制系统(6)。

3.根据权利要求1所述的一种淹没式均匀空化辅助电解表面加工装置，其特征是：每个所述的空化喷嘴的顶端是与一个高压水管连接的喷嘴入口(2801)，每个所述的空化喷嘴的中间段从上至下是依次贯通的第一空腔(2802)、第二空腔(2803)、多个收缩孔腔(2804)和多个扩张空腔(2805)，每个收缩孔腔(2804)连通一个扩张空腔(2805)，第一空腔(2802)的内径大于第二空腔(2803)的内径，多个收缩孔腔(2804)的内径小于扩张空腔(2805)的内径，每个所述的空化喷嘴的下段是空化发生腔(37)，空化发生腔(37)与所有的扩张空腔(2805)贯通。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种淹没式均匀空化辅助电解表面加工装置，其特征是：蓄水池(1)底部侧壁处装有第一排水阀(2)，顶部设有进水口(3)，蓄水池(1)内底部固定设有搅拌器(5)，封闭水槽(11)的顶部设置排气阀(16)，通过排气阀(16)与废气处理装置(17)连接。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种淹没式均匀空化辅助电解表面加工装置，其特征是：每个空化水射流发生系统中的每个高压水管依次连接的是过滤器、高压柱塞泵、单向阀、调节阀、流量计、压力表以及空化喷嘴。

6.根据权利要求1、2或3所述的一种淹没式均匀空化辅助电解表面加工装置，其特征是：加工槽(43)底部设置第二排水阀(32)，第二排水阀(32)经水管连接污水处理器(36)，污水处理器(36)底部经水管以及吸水泵(33)连接蓄水池(1)。

7.根据权利要求1、2或3所述的一种淹没式均匀空化辅助电解表面加工装置，其特征是：平台固定座(34)上表面设置导轨(3403)，导轨(3403)的布置方向是沿着第一空化喷嘴(28)和第二空化喷嘴(29)之间的方向，导轨(3403)与移动平台(31)相配合在移动平台(31)的两侧各设有限位装置和碰撞传感器。

8.一种如权利要求1所述的淹没式均匀空化辅助电解表面加工装置的加工方法，其特征是包含有以下步骤：

9.根据权利要求8所述的加工方法，其特征是：移动平台(31)根据抛光或涂层的需要带动待加工工件来回移动到第二空化喷嘴(29)或第一空化喷嘴(28)的正下方。

10.根据权利要求8所述的加工方法，其特征是：通过电压控制器改变电压，改变两个电磁感应线圈的磁场大小。

技术总结
本发明公开一种淹没式均匀空化辅助电解表面加工装置及方法，正电极和负电极之间经电线串联第一开关和第一电源；正极腔和加工槽之间、负极腔和加工槽之间各设置一个空化水射流发生系统，每个空化水射流发生系统均包括有用高压水管连接的高压柱塞泵和空化喷嘴，第一个高压水管的首端伸入正极腔中，第二个高压水管的首端伸入负极腔中，两个空化喷嘴均完全淹没在加工槽的水中，移动平台带动待加工工件分别移动至两个空化喷嘴的正下方；平台固定座的内部密封设置两个电磁感应线圈，一个电磁感应线圈的正上方是对应的一个空化喷嘴；本发明既能对工件表面均匀抛光也能均匀深度涂层，通过特制喷嘴和磁感应线圈产生磁场对空化泡进行引导实现均匀加工。

技术研发人员：郭玉琴,胡龙飞,李富柱,胡鑫龙,孟威,许江琦,李道爽
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8