一种内喷液旋转阴极掩膜电解加工方法及实现装置与流程

1.本发明涉及一种内喷液旋转阴极掩膜电解加工方法及实现装置，属于电解加工技术领域。


背景技术：

2.以微凹坑、微沟槽和微流道为构型的表面微结构能够有效改善机械零件表面的摩擦磨损性能、延长使用寿命，在航空航天、显示设备、光学系统等领域具有广泛应用。掩膜电解加工通常采用阳极掩膜方式进行，在阳极表面覆盖带有镂空结构的非金属掩膜板，在导通电流和电解液流动的耦合作用下工件表面非遮蔽区域发生局部溶解，从而逐步形成微凹坑、微沟槽、微流道等表面微结构。掩膜电解加工方法能够实现大面积表面微结构的高效率加工，但受到电解液非规则流动、电场边缘效应影响，微结构加工定域性和加工一致性不高。此外，常用非金属掩膜板材料具有较强的疏水性，在电解液冲刷作用下掩膜板难以与工件表面紧密贴合，容易产生翘曲变形，影响加工过程稳定性。
3.为了提高掩膜电解加工定域性和加工一致性，研究人员提出采用厚掩膜板、泡沫阴极和辅助阳极等方法。采用厚掩膜板能够阻碍微结构表面氧气泡的排出，降低加工区域电解液电导率，抑制加工过切，但厚掩膜板增大了加工间隙、加快了工件表面电场能量衰减，使得微结构的加工深度受到极大限制，而采用高电压加工又会产生过多电场能量消耗。泡沫阴极与掩膜板能够紧密贴合，抑制电解液非规则流动对加工过程的不利影响、减小电解液侧向流动对掩膜板的冲刷作用，但加工精度和加工一致性仍受到泡沫阴极材料和孔隙率的制约。辅助阳极方法能够改善掩膜电解加工的电场边缘效应，减小工件边缘微结构的尺寸误差，但难以满足大面积表面微结构的高一致性加工需求。


技术实现要素：

4.1、本发明针对目前表面微结构掩膜电解加工工艺技术的不足，提出一种内喷液旋转阴极掩膜电解加工方法及实现装置，满足难加工材料回转工件表面大面积微结构的高定域性和高一致性加工需求。
5.2、为了实现上述的发明目的，本发明的技术方案是：一种内喷液旋转阴极掩膜电解加工方法，采用带有叶序分布通液孔的内喷液阴极对覆盖掩膜板的回转工件进行电解加工，回转工件和内喷液阴极分别与电源正极、负极相连接，内喷液阴极和回转工件绕自身轴线作旋转同时内喷液阴极沿回转工件的径向作往复线性运动，内喷液阴极和回转工件的转速为60～600rpm、内喷液阴极往复运动速度为0.1～10mm/min，进口压力为0.01～0.1mpa的电解液经内喷液阴极的通液孔持续流入加工区域，与掩膜板镂空区域对应的回转工件表面发生断续性溶解，并逐渐形成大面积微结构。
6.本发明的另一技术目的是提供一种内喷液旋转阴极掩膜电解加工实现装置，包括回转工作台、端盖、回转工件、掩膜板、螺钉、内喷液阴极、电主轴、绝缘圆筒、垫片和压环。所述底部开设有通液孔的内喷液阴极固定设置于中空电主轴的下端，电主轴驱动内喷液阴极
作旋转，内喷液阴极与绝缘圆筒采用过盈配合；所述端盖固定设置于回转工作台的台面、并且沿周向均匀开设有螺纹孔，回转工件与端盖采用间隙配合，掩膜板覆盖于回转工件表面，压环与回转工件和掩膜板采用间隙配合，螺钉和垫片将压环、掩膜板、回转工件与端盖紧固连接。
7.所述掩膜板采用聚二甲基硅氧烷材料制成、并且沿径向和周向均匀开设有镂空结构，掩膜板与回转工件的贴合表面采用等离子射流方法进行亲水性处理。
8.所述内喷液阴极由不锈钢材料制成，底部开设的圆柱形通液孔呈轮生叶序分布、沿周向形成交叠叶片形状，内喷液阴极与掩膜板的底面间隙为0.05～2mm。
9.3、本发明的有益效果为：(一)本发明采用开设有叶序分布通液孔的内喷液旋转阴极沿转动的回转工件径向作往复线性运动，能够消除电场边缘效应，使工件表面产生断续性溶解，提高掩膜电解加工定域性和加工一致性。(二)本发明采用等离子射流方法对聚二甲基硅氧烷掩膜板表面进行亲水性处理，能够促进掩膜板与工件表面紧密贴合，消除电解加工过程中掩膜板的翘曲变形，提高掩膜电解加工的稳定性。(三)本发明将内喷液旋转阴极与不同形状掩膜板相互匹配，能够满足表面微结构多样化、高一致性的加工需求。
附图说明
10.图1为本发明内喷液旋转阴极掩膜电解加工实现装置整体结构示意图。
11.图2为本发明掩膜板结构示意图。
12.图3为本发明内喷液阴极结构示意图。
13.图中：1、回转工作台，2、端盖，3、回转工件，4、掩膜板，5、螺钉，6、内喷液阴极，7、电主轴，8、绝缘圆筒，9、垫片，10、压环。
具体实施方式
14.以下结合附图对本发明作进一步说明。
15.如图1所示为内喷液旋转阴极掩膜电解加工实现装置，该装置包括：回转工作台1、端盖2、回转工件3、掩膜板4、螺钉5、内喷液阴极6、电主轴7、绝缘圆筒8、垫片9、压环10，端盖2固定设置于回转工作台1的台面上，回转工件3设置于端盖2的凹槽内、并与端盖2采用间隙配合，表面开设有均布镂空结构的掩膜板4覆盖于回转工件3表面，压环10与掩膜板4、回转工件3采用间隙配合，通过螺钉5和垫片9将压环10、掩膜板4、回转工件3和端盖2紧固连接，回转工作台1驱动回转工件3和掩膜板4作旋转；底部开设有通液孔的内喷液阴极6固定设置于电主轴7的底端，在内喷液阴极6外壁配合有绝缘圆筒8，绝缘圆筒8与内喷液阴极6采用过盈配合，电主轴7驱动内喷液阴极6作旋转。
16.如图2所示为掩膜板结构，掩膜板4采用聚二甲基硅氧烷材料制成、并且沿径向和周向均匀开设镂空结构，掩膜板4与回转工件3的贴合表面采用等离子射流方法进行亲水性处理，掩膜板4的厚度为50～200μm，掩膜板4镂空结构为圆柱形、椭圆形、沟槽形等不同形状，通过内喷液阴极6与不同镂空结构掩膜板4相配合，能够实现微凹槽、微沟道、微流道的高一致性加工。
17.如图3所示为内喷液阴极结构，内喷液阴极6由不锈钢材料制成，内部为中空结构，底部开设的圆柱形通液孔呈轮生叶序分布、沿周向形成交叠的叶片形状，内喷液阴极6与掩
膜板4底面间隙为0.05～2mm，掩膜板4的表面积为内喷液阴极6底面面积的4～16倍。
18.表面微结构掩膜电解加工过程中，回转工件3和内喷液阴极6分别与电源正极、负极连接，内喷液阴极6和回转工件3绕自身轴线作旋转同时，内喷液阴极6沿回转工件3径向作往复运动，内喷液阴极6和回转工件3转速为60～600rpm、内喷液阴极6往复运动速度为0.1～10mm/min，进口压力为0.01～0.1mpa电解液经内喷液阴极6通液孔持续流入加工区域，与掩膜板4镂空区域对应的回转工件3表面发生断续性溶解。
19.本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术和权利保护范畴。


技术特征：
1.一种内喷液旋转阴极掩膜电解加工方法，其特征在于：采用带有叶序分布通液孔的内喷液阴极(6)对覆盖掩膜板(4)的回转工件(3)进行电解加工，回转工件(3)和内喷液阴极(6)分别与电源正极、负极相连接，内喷液阴极(6)和回转工件(3)绕自身轴线作旋转同时内喷液阴极(6)沿回转工件(3)的径向作往复线性运动，内喷液阴极(6)和回转工件(3)的转速为60～600rpm、内喷液阴极(6)往复运动速度为0.1～10mm/min，进口压力为0.01～0.1mpa的电解液经内喷液阴极(6)的通液孔持续流入加工区域，与掩膜板(4)镂空区域对应的回转工件(3)表面发生断续性溶解，并逐渐形成大面积微结构。2.一种内喷液旋转阴极掩膜电解加工实现装置，包括回转工作台(1)、端盖(2)、回转工件(3)、掩膜板(4)、螺钉(5)、内喷液阴极(6)、电主轴(7)、绝缘圆筒(8)、垫片(9)和压环(10)，其特征在于：底部开设有通液孔的内喷液阴极(6)固定设置于中空电主轴(7)的下端，电主轴(7)驱动内喷液阴极(6)作旋转，内喷液阴极(6)与绝缘圆筒(8)采用过盈配合；端盖(2)固定设置于回转工作台(1)的台面、并且沿周向均匀开设有螺纹孔，回转工件(3)与端盖(2)采用间隙配合，掩膜板(4)覆盖于回转工件(3)表面，压环(10)与回转工件(3)和掩膜板(4)采用间隙配合，螺钉(5)和垫片(9)将压环(10)、掩膜板(4)、回转工件(3)与端盖(2)紧固连接。3.根据权利要求2所述的内喷液旋转阴极掩膜电解加工实现装置，其特征在于：掩膜板(4)采用聚二甲基硅氧烷材料制成、并且沿径向和周向均匀开设有镂空结构，掩膜板(4)与回转工件(3)的贴合表面采用等离子射流方法进行亲水性处理。4.根据权利要求2所述的内喷液旋转阴极掩膜电解加工实现装置，其特征在于：内喷液阴极(6)由不锈钢材料制成，底部开设的圆柱形通液孔呈轮生叶序分布、沿周向形成交叠叶片形状，内喷液阴极(6)与掩膜板(4)的底面间隙为0.05～2mm。

技术总结
本发明公开了一种内喷液旋转阴极掩膜电解加工方法及实现装置，属于电解加工技术领域。包括回转工作台、端盖、回转工件、掩膜板、螺钉、内喷液阴极、电主轴、绝缘圆筒、垫片、压环，其特点在于带有叶序分布通液孔的内喷液阴极与覆盖掩膜板的回转工件作转动同时作相对往复的线性运动，能够消除电场边缘效应、减小电解液对掩膜板的侧向冲刷，提高掩膜电解加工的定域性和加工一致性；内喷液旋转阴极与不同形状掩膜板相互匹配，能够适用于回转工件表面微凹坑、微沟槽和微流道的高一致性加工，具较好的加工适应性。的加工适应性。的加工适应性。


技术研发人员：王峰 伍效凯
受保护的技术使用者：南京农业大学
技术研发日：2021.11.03
技术公布日：2022/1/4