隨動式電解加工陣列微小凹坑的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種隨動式電解加工陣列微小凹坑的方法，屬電解加工【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法首先是制作工具陰極，工具陰極由金屬工具與帶有貫穿群孔結(jié)構(gòu)的掩模板組成，工件陽極、工具陰極分別與電源正負(fù)極連接，將工件陽極浸入到電解液中，將工具陰極與工件陽極表面緊密貼合，接通電源進行電解加工；一次電解加工結(jié)束后，切斷電源將工具陰極抬起，工件陽極表面電解液得到更新，再將工具陰極與工件陽極表面緊密貼合，接通電源進行電解加工。如此周期性地將工具陰極抬起、落下，電解加工。利用本發(fā)明工具陰極與工件陽極緊密貼合，產(chǎn)生的氣泡堆積在微坑側(cè)壁，可以有效地減弱加工區(qū)域周圍的雜散腐蝕，顯著提高電解加工的定域性和微細(xì)加工能力。
【專利說明】隨動式電解加工陣列微小凹坑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出了一種隨動式電解加工陣列微小凹坑的方法，屬電解加工【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]機械裝置存在著各種形式的摩擦副，而且摩擦副的接觸表面在相對運動過程中存在摩擦和磨損，導(dǎo)致機構(gòu)裝置使用壽命降低甚至損壞，大大降低了工作效率和能量利用率。摩擦磨損是工業(yè)設(shè)備失效的主要原因之一，據(jù)資料統(tǒng)計，歐美國家每年在摩擦磨損方面的損失大約占整個國民生產(chǎn)總值的2%到7%，而我們國內(nèi)在這方面的損失也在幾百億人民幣。磨損不僅消耗能源和材料，而且加速設(shè)備報廢，導(dǎo)致頻繁更換零件，對經(jīng)濟造成極大的損失。因此，減少無用的摩擦損耗，控制和減小磨損，改善潤滑性能可減少設(shè)備維修次數(shù)和費用，可以節(jié)約能源和提高資源的利用率。減小磨損，降低摩擦也是工程界長期致力于需要解決的重大技術(shù)挑戰(zhàn)之一。
[0003]早在上世紀(jì)中期，人們已經(jīng)認(rèn)識到汽缸的表面加工紋理對活塞/汽缸摩擦學(xué)特性的顯著作用，研究人員對金剛石、陶瓷以及橡膠等不同表面加工工具對表面加工紋理的影響進行了細(xì)致的研究，發(fā)現(xiàn)一定加工紋理的存在，能夠起到保存潤滑油，防止活塞/缸體產(chǎn)生咬死和擦傷的效果。目前在表面摩擦學(xué)性能的研究中，表面織構(gòu)技術(shù)在改善表面摩擦磨損性能方面起到了積極的作用，尺寸為數(shù)微米至數(shù)百微米的微小凹坑和微小溝槽形狀的表面織構(gòu)已成功地應(yīng)用在在機械部件、磁性存儲器等摩擦表面，取得了顯著的提高承載力、減小磨損、以及避免表面粘附和咬死的效果。近年來，隨著研究的不斷深入，研究人員已形成共識:摩擦副表面的微小凹坑陣列具有極佳的抗磨減摩性能。
[0004]有效的微小凹坑陣列制造技術(shù)是該項技術(shù)工程化的重要保障。近年來，研究人員在摩擦副表面微小凹坑陣列制造加工領(lǐng)域傾注了極大的研究熱情，提出了多種制造加工方法，試圖解決這個制造難題。目前摩擦副表面織構(gòu)制造加工方法主要有激光加工表面織構(gòu)技術(shù)，磨料氣射流技術(shù)，電火花加工技術(shù)，電解加工技術(shù)等。其中，電解加工是一種利用電化學(xué)陽極溶解原理去除材料的特種加工方法。與其他加工方法比較，具有加工范圍廣，生產(chǎn)效率高，表面質(zhì)量好，工具無損耗等突出優(yōu)點。用電解方法加工微小凹坑效率高，表面質(zhì)量好，成本低。
[0005]目前國內(nèi)外使用電解加工微小凹坑陣列的方法主要有:(I)、照相電解。此工藝首先經(jīng)光刻工藝在工件表面形成鏤空圖案，然后通過電化學(xué)方法在工件表面形成所需圖案。此加工方法加工過程繁瑣，生產(chǎn)效率比較低，制造成本高。(2)、群電極電解加工。該方法是使用一排電極分幾次加工完成或使用群電極一次加工完成。該工藝制造群坑深度的一致性很難保證。(3)、固定陰極加工。該方法是將一個帶有貫穿群孔結(jié)構(gòu)、表面附有絕緣層的工具陰極直接與工件緊密貼合，陰陽極接通電源后進行電解加工，在工件表面得到群坑結(jié)構(gòu)。該方法加工效率高，成本低廉。但在加工陣列微小凹坑時，容易出現(xiàn)微小凹坑雜散腐蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致加工定域性和均勻性差。(4)、電液束加工。電液束加工屬于單點或單排加工，加工效率比較低。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對目前電解加工陣列微坑尺度定域性差的缺點，提出了隨動式電解加工陣列微小凹坑的方法。利用本發(fā)明可以有效地減小加工區(qū)域周圍的雜散腐蝕，顯著提高電解加工微小陣列微坑尺度定域性能力。
[0007]本發(fā)明采用的隨動式電解加工陣列微小凹坑的方法，其特征在于下列步驟:
[0008](a)、制作工具陰極，由金屬工具和帶有貫穿群孔結(jié)構(gòu)的掩模板組成；
[0009](b)、工件陽極與工具陰極分別與電源正負(fù)極連接；
[0010](c)、將工件陽極浸入到電解液中；
[0011](d)、將工具陰極與工件陽極表面緊密貼合；
[0012](e)、接通電源進行電解加工；
[0013](f)、一次電解加工結(jié)束后，切斷電源將工具陰極抬起；
[0014](g)、更新電解液排除電解產(chǎn)物和氣泡后，重復(fù)上述步驟((c)一 (f))；
[0015]其中電解加工重復(fù)次數(shù)根據(jù)預(yù)定的微坑的尺寸來決定。
[0016]作為改進，電解產(chǎn)物和氣泡的堆積使得電流瞬間發(fā)生急劇下降的時候作為一次電解加工結(jié)束，此時切斷電 源，將工具陰極抬起。
[0017]本發(fā)明的有益特點在于:工具陰極周期性地抬起、落下重復(fù)電解實驗，利用有限元電場計算分析，在電解加工過程中，電位等位面密的區(qū)域，電力線越密，即電場強度高，材料去除的速度快。在本發(fā)明中采用工具陰極與工件陽極表面緊密貼合電解加工微坑時，工件陽極表面加工區(qū)域邊緣和中心電力線分布變得趨于一致，電場強度在整個工件加工表面趨于一致，由于電流密度和電場強度的關(guān)系為:
[0018]i = K.E
[0019]腐蝕速度與電流密度的關(guān)系為:
[0020]V = η ω i
[0021]其中:
[0022]i—電流密度
[0023]K --電導(dǎo)率
[0024]E—電場強度
[0025]V —腐蝕速度
[0026]Π —加工效率
[0027]ω—電化學(xué)當(dāng)量
[0028]由此可見，工件加工表面邊緣和中心的電流密度趨于均勻，使得整個工件加工表面的腐蝕強度和速度趨于一致，電解產(chǎn)生的氣泡堆積在微坑側(cè)壁，可以有效地減弱加工區(qū)域周圍的雜散腐蝕，顯著提高電解加工的定域性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1本發(fā)明隨動式電解加工陣列微小凹坑的方法示意圖；
[0030]圖2工具陰極與工件陽極有加工間隙時電解加工陣列微小凹坑電流密度圖；
[0031]圖3本發(fā)明隨動式電解加工陣列微小凹坑電流密度圖；[0032]圖4工具陰極與工件陽極有加工間隙時電解加工陣列微小凹坑示意圖；
[0033]圖5本發(fā)明隨動式電解加工陣列微小凹坑示意圖。
[0034]圖1中標(biāo)號名稱:1一工具陰極,2—金屬工具,3—掩模板，
[0035]4一工件陽極，5—電源，6—電解液。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖具體說明實施本發(fā)明——“隨動式電解加工陣列微小凹坑的方法”。
[0037]本發(fā)明采用隨動式電解加工陣列微小凹坑的方法，包括下列步驟:
[0038](a)、制作工具陰極1，由金屬工具2和帶有貫穿群孔結(jié)構(gòu)的掩模板3組成；
[0039](b)、工件陽極4與工具陰極I分別與電源5的正負(fù)極連接；
[0040](c)、將工件陽極浸入到電解液6中；
[0041](d)、工具陰極I與工件陽極4表面緊密貼合；
[0042](e)、接通電源5進行電解加工；
[0043](f)、一次電解加工結(jié)束后，切斷電源5將工具陰極I抬起；
[0044](g)、更新電解液排除電解產(chǎn)物和氣泡后，重復(fù)上述步驟((c)一 (f))；
[0045]其中電解加工重復(fù)次數(shù)根據(jù)預(yù)定的微坑的尺寸來決定。
[0046]上述工具陰極與工件陽極表面緊密貼合，工具陰極周期性地抬起、落下，重復(fù)電解加工實驗。使得整個工件陽極加工表面電場強度趨于一致，整個工件加工表面的腐蝕強度和速度趨于一致，提高了電解加工的定域性。
[0047]本發(fā)明能有效提高電解加工陣列微小凹坑的定域性，但是以上描述并不能理解為對本發(fā)明專利的限制。應(yīng)該提出的是，對于本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改善，這些均應(yīng)落入本發(fā)明專利的保護。
【權(quán)利要求】
1.一種隨動式電解加工陣列微小凹坑的方法，其特征在于包括下列步驟: (a)、制作工具陰極(1)，由金屬工具(2)和帶有貫穿群孔結(jié)構(gòu)的掩模板(3)組成； (b)、工件陽極(4)與工具陰極(I)分別與電源(5)正負(fù)極連接； (C)、將工件陽極(4)浸入到電解液(6)中； (d)、將工具陰極(I)與工件陽極(4)表面緊密貼合； (e)、接通電源(5)進行電解加工； (f )、一次電解加工結(jié)束后，切斷電源(5 )，將工具陰極(I)抬起； (g)、更新電解液排除電解產(chǎn)物和氣泡后，重復(fù)上述步驟((c) — Cf? ;其中電解加工重復(fù)次數(shù)根據(jù)預(yù)定的微坑的尺寸來決定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隨動式電解加工陣列微小凹坑的方法，其特征在于所述步驟(f)中，電解產(chǎn)物和氣泡的堆積使得電流瞬間發(fā)生急劇下降的時候作為一次電解加工結(jié)束，此時切斷電源(5 )，將工具陰極(I)抬起。
【文檔編號】B23H3/00GK104014879SQ201410229451
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】曲寧松, 張西方, 陳曉磊, 朱荻 申請人:南京航空航天大學(xué)