一種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法與流程

本發明屬于微細電解加工技術領域，特別是涉及一種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法。

背景技術：

摩擦磨損是工業設備失效的主要原因之一，據統計，工業化國家能源的30％消耗在機械磨損，大約有80％的零件損壞是由于各種形式的磨損引起。磨損不僅消耗能源和材料，而且加速設備報廢，導致頻繁更換零件，對經濟造成極大的損失。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備維修次數和費用，可以節約能源和提高資源的利用率，而且，減小磨損和降低摩擦也是工程界長期需要解決的重大技術難題之一。研究發現，摩擦副表面的陣列微小凹坑具有極佳的抗磨減摩性能，目前摩擦副表面凹坑制造加工方法主要有激光加工技術、磨料氣射流技術、電火花加工技術和電解加工技術等。其中，電解加工是一種利用電化學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，生產效率高，表面質量好和工具無損耗等突出優點。用電解方法加工微小凹坑的效率高，表面質量好，成本低。

目前國內外使用電解加工陣列微小凹坑的方法主要是模板電解加工，具體的，采用具有貫穿群孔結構的絕緣材料作為模板與工件緊密貼合，同時與平板陰極之間形成流道，陰陽極接通電源后進行電解加工，在工件表面得到群坑結構。該方法加工效率高，成本低廉。但模板電解加工存在電解產物排出困難、鈍化膜不能及時去除等問題，易造成電解產物局部堆積和金屬陽極溶解不均，從而直接影響電解加工效率、加工精度和表面質量。目前有一種大面積微坑陣列高精度電解加工的系統及方法，在陰極工具下表面處設置出液口，進液口與出液口總截面積比為50-200，通過電解液的壓力以及重力的共同作用，使微坑內的電解產物緩慢流離加工區域，降低加工間隙內的電導率，使得在抑制電場邊緣效應的同時，及時排出電解產物。但這種方法在加工易鈍化的材料金屬如不銹鋼、鎢、鈦合金時，鈍化膜是不能及時去除的，進而造成金屬陽極溶解不均，影響陣列微坑的加工精度。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提供了一種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法，能夠在加工陣列凹坑時，促進電解產物排出，實現鈍化膜的均勻去除，提高陣列凹坑的加工精度與表面質量。

本發明提供的一種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法，包括：

在工件的陽極表面覆蓋背面絕緣且正面為金屬的具有通孔的掩膜板；

對所述工件進行電解，在所述工件上與所述通孔對應的位置形成凹坑，并向所述通孔內噴射空化射流電解液，利用所述空化射流電解液潰滅形成的微型水射流排出所述凹坑中的電解產物。

優選的，在上述空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法中，

在所述向所述通孔內噴射空化射流電解液之前，還包括：

將高壓氣源和電解液在空化射流噴頭中充分混合，形成空化射流電解液。

優選的，在上述空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法中，

所述將高壓氣源和電解液在空化射流噴頭中充分混合之前，還包括：

利用氣壓泵從高壓氣源中抽出壓縮氣體并過濾，輸入所述空化射流噴頭中。

優選的，在上述空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法中，

所述將高壓氣源和電解液在空化射流噴頭中充分混合之前，還包括：

利用液壓泵從電解液槽中抽出電解液并過濾，輸入所述空化射流噴頭中。

優選的，在上述空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法中，

所述向所述通孔內噴射空化射流電解液為：

沿所述通孔的軸向噴射所述空化射流電解液。

優選的，在上述空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法中，

所述向所述通孔內噴射空化射流電解液為：

利用至少一個空化射流噴頭，向所述通孔內噴射所述空化射流電解液。

優選的，在上述空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法中，

利用安裝在運動導向軸上的一個空化射流噴頭在所述掩膜板的上方水平移動，向所述通孔內噴射空化射流電解液。

優選的，在上述空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法中，

利用安裝在所述掩膜板上方的并排的多個空化射流噴頭，向所述通孔內噴射空化射流電解液。

通過上述描述可知，本發明提供的上述空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法，由于包括在工件的陽極表面覆蓋背面絕緣且正面為金屬的具有通孔的掩膜板；對所述工件進行電解，在所述工件上與所述通孔對應的位置形成凹坑，并向所述通孔內噴射空化射流電解液，利用所述空化射流電解液潰滅形成的微型水射流排出所述凹坑中的電解產物，因此能夠在加工陣列凹坑時，促進電解產物排出，實現鈍化膜的均勻去除，提高陣列凹坑的加工精度與表面質量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請實施例提供的第一種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法的示意圖；

圖2為空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的裝置的示意圖；

圖3為空化泡潰滅流程的示意圖；

圖4為空化泡潰滅形成微型水射流的示意圖。

具體實施方式

本發明的核心思想在于提供一種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法，能夠在加工陣列凹坑時，促進電解產物排出，實現鈍化膜的均勻去除，提高陣列凹坑的加工精度與表面質量。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本申請實施例提供的第一種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法如圖1所示，圖1為本申請實施例提供的第一種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法的示意圖，該方法包括如下步驟：

s1：在工件的陽極表面覆蓋背面絕緣且正面為金屬的具有通孔的掩膜板；

s2：對所述工件進行電解，在所述工件上與所述通孔對應的位置形成凹坑，并向所述通孔內噴射空化射流電解液，利用所述空化射流電解液潰滅形成的微型水射流排出所述凹坑中的電解產物。

需要說明的是，空化射流輔助作用主要體現在兩個方面，其一，空化氣泡潰滅產生的射流沖擊到掩膜板表面上或附近時發生氣泡潰滅，氣泡潰滅使氣泡內所儲存的分子勢能轉變成較小體積流體的動能，形成一束高能量的空化水射流，其流速高達100m/s，可將新鮮電解液強行帶入到加工區域，同時將電解產物強制擠出加工區域；其二，空化氣泡潰滅后形成的一束高能量微型水射流，其沖擊強度超過100mpa，且該束射流在掩膜板的導向下沖擊凹坑底部區域的鈍化膜，1cm²表面上每秒有超過3×10⁷個空泡生成和潰滅，加工區域(凹坑底部)的鈍化膜在高頻沖擊波作用下極易產生疲勞破壞，從而有利于提高電解加工效率。

通過上述描述可知，本申請實施例提供的上述第一種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法，由于包括在工件的陽極表面覆蓋背面絕緣且正面為金屬的具有通孔的掩膜板；對所述工件進行電解，在所述工件上與所述通孔對應的位置形成凹坑，并向所述通孔內噴射空化射流電解液，利用所述空化射流電解液潰滅形成的微型水射流排出所述凹坑中的電解產物，因此能夠在加工陣列凹坑時，促進電解產物排出，實現鈍化膜的均勻去除，提高陣列凹坑的加工精度與表面質量。

本申請實施例提供的第二種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法，是在上述第一種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法的基礎上，還包括如下技術特征：

在所述向所述通孔內噴射空化射流電解液之前，還包括：

將高壓氣源和電解液在空化射流噴頭中充分混合，形成空化射流電解液。

具體的，參考圖2，圖2為空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的裝置的示意圖，該裝置包括空化射流噴頭1，空化射流噴頭1是中空結構，高壓氣源和電解液均以一定壓力和流量從空化射流噴頭1頂部進入，在其中進行充分混合，形成空化兩相射流，再從底部出口噴出，其噴出空化泡2到掩膜板的金屬部分3，該金屬部分3的下面是掩膜板的背面絕緣部分4，其下面是工件陽極5，可以但不限于采用運動導向軸6帶動空化射流噴頭1在水平方向上運動并噴射空化射流，還可選的包括高壓氣源7、空氣過濾器8、氣壓泵9、空氣流量調節閥10、液體流量調節閥11、液壓泵12、液體過濾器13和電解液槽14。

本申請實施例提供的第三種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法，是在上述第二種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法的基礎上，還包括如下技術特征：

所述將高壓氣源和電解液在空化射流噴頭中充分混合之前，還包括：

繼續參考圖2，利用氣壓泵9從高壓氣源7中抽出壓縮氣體并過濾，輸入所述空化射流噴頭1中。

具體的，在氣體回路上還裝有空氣流量調節閥10，用于調節輸入的氣體的參數，如壓力和流量等。

本申請實施例提供的第四種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法，是在上述第三種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法的基礎上，還包括如下技術特征：

所述將高壓氣源和電解液在空化射流噴頭中充分混合之前，還包括：

繼續參考圖2，利用液壓泵12從電解液槽14中抽出電解液并過濾，輸入所述空化射流噴頭1中。

需要說明的是，由于電解液是循環使用的，因此需要過濾加工過程中產生的電解產物后輸入空化射流噴頭1中，在電解液回路上還裝有液體流量調節閥11，用于調節輸入的電解液參數，如壓力和流量等。

本申請實施例提供的第五種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法，是在上述第一種至第四種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法中任一項的基礎上，還包括如下技術特征：

所述向所述通孔內噴射空化射流電解液為：

沿所述通孔的軸向噴射所述空化射流電解液。

需要說明的是，如圖3和圖4所示，圖3為空化泡潰滅流程的示意圖，圖4為空化泡潰滅形成微型水射流的示意圖，水射流沖擊點在通孔導向下保持與通孔同軸，即微型水射流是在掩膜板的導向下沖擊凹坑底部區域的鈍化膜16，同時促進電解產物15的及時排出，沿通孔軸向噴射能夠更好地保證到達凹坑底部，對鈍化膜形成更加有力的沖擊，并將其破壞除去，避免其對電解過程形成阻礙。

本申請實施例提供的第六種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法，是在上述第一種至第四種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法中任一種的基礎上，還包括如下技術特征：

所述向所述通孔內噴射空化射流電解液為：

利用至少一個空化射流噴頭，向所述通孔內噴射所述空化射流電解液。

需要說明的是，氣體經由氣壓泵的抽取進入空化射流噴頭，電解液經由液壓泵的抽取進入空化射流噴頭，電解液和氣體在其中充分混合后噴出，空化射流沖擊到掩膜板表面或附近時發生氣泡潰滅，空泡潰滅使氣泡內所儲存的勢能轉變成較小體積流體的動能，形成一束高能量微型水射流，掩膜板接電源負極，工件陽極接電源正極，同時也在進行電解加工。

本申請實施例提供的第七種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法，是在上述第六種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法的基礎上，還包括如下技術特征：

利用安裝在運動導向軸上的一個空化射流噴頭在所述掩膜板的上方水平移動，向所述通孔內噴射空化射流電解液。

在這種情況下，噴液的同時，空化射流噴頭在運動導向軸上左右運動，在低成本的基礎上對所有的凹坑進行噴射。

本申請實施例提供的第八種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法，是在上述第六種空化射流輔助掩膜電解加工陣列凹坑的方法的基礎上，還包括如下技術特征：

利用安裝在所述掩膜板上方的并排的多個空化射流噴頭，向所述通孔內噴射空化射流電解液。

在這種情況下，在同一個時刻就能夠保證所有的凹坑都得到噴射，這樣噴射均勻性更好。

綜上所述，利用本申請實施例提供的上述方法，能夠借助空化泡潰滅形成高能量微水射流的作用，促進加工區電解液的流動和沖擊加工區的鈍化膜，實現電解產物的及時排出與鈍化膜的均勻去除。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。