[发明专利]一种新型金属微缺陷电脉冲蚀刻装置

说明书

技术领域

金属材料标准缺陷(或称标准伤)的设置是超声、涡流等无损检测技术标定和校准所必需的关键性环节，本发明涉及一种金属材料缺陷加工制备技术，其特点是可以加工微细裂纹等微缺陷，属于非传统机械加工领域的电火花加工与无损检测技术分支。

背景技术

无损检测是在不破坏被检验对象的使用性能的前提下，应用某种或多种综合物理原理和化学现象，对各种工程材料、零部件、结构件进行有效的检验，来评价它们的连续性、完整性、安全可靠性及某些物理性能的检测方法。近年来，无损检测技术受到工业界的广泛重视，特别是在航空与航天、武器系统、核技术、电站设备、铁道与造船、锅炉和压力容器、石油与化工、建筑、冶金和机械制造等工业中应用极为广泛。无损检测工序在材料和产品的静态和动态检测等质量管理中，已成为一个不可缺少的重要环节。在无损检测技术的试验研究阶段，需要在各类型的工件上预加工出特定参数的标准微缺陷，以检验和标定无损检测仪器的灵敏度、误差等技术指标；由于标准微缺陷一般宽度值很小，用普通机械加工方法难以实现，这就需要一种预制微细裂纹、且实用性广泛的便宜加工设备。自从脉冲电源产生以后，脉冲电加工技术很快得到了工业应用，出现了各种新型脉冲电加工设备。利用电火花蚀除金属的加工原理，可以开发出简单可靠、经济实用的微缺陷蚀刻装置。

和现有的类似装置相比，本发明采用新型场效应管电子功率器件，通过脉冲信号对直流电压进行斩波获得需要的脉冲电压，并采用新型杠杆结构的交流起振方式获得脉宽可调的规则放电波形，可以在金属试件上加工出高质量的微细缺陷，从而为各种高精度无损检测仪器的研制和标定提供新的标准缺陷制作装置。

发明内容

本发明的目的是为无损检测技术研究提供微缺陷试样的预制设备，为方便、快速、安全的微细缺陷快速加工提供技术支持。本发明涉及的金属微缺陷电脉冲蚀刻装置主要包括电极进给、振动系统、脉冲电源、供油冷却系统四大部分。

蚀刻装置电路部分核心器件采用增强型场效应管，由555芯片控制产生的脉冲信号加于场效应管门极对直流电压进行斩波得到需要的脉冲电压，机械部分利用交流线圈励磁使起振块以交流频率起振，产生的振动由杠杆原理传递到安装有紫铜片电极的电极夹具上进而得到紫铜电极的规律振动，以防止蚀刻加工过程中产生短路现象。本蚀刻装置电路部分为在脉冲信号发生经典电路的基础上改进得到，机械结构简单，微调与粗调配合的调节方案使得加工进给功能经济实用。该微缺陷脉冲电蚀刻装置具有小型化的特点，能耗较低且加工效率高，加工操作简单方便，满足了标准微缺陷的加工要求。

本发明提供的金属微缺陷电脉冲蚀刻装置，目前还未见类似研究成果。可以完成的主要功能及技术参数如下：

输入电压：AC220V±20％，50～60Hz；

输入电流：0.1～3A；

输出脉冲电压：90V、120V、150V三档；

输出脉冲电流：max 3A；

脉冲频率：2～10KHz细分为5档；

输出指示：指针式电压表、电流表；

振动频率：50Hz，振幅：可根据需要调节；

电极宽度：0.07～1.5mm；电极长度：5～50mm；

刻伤深度：0.1～5mm；

加工工件范围：各类导电材料如块、板件外表面，管棒、孔内表面；

系统整体组成与连接：

具体连接关系如图1所示：从图中可以看出，金属微缺陷脉冲电加工装置主要包括电极进给、振动系统、脉冲电源、供油冷却系统四大部分组成。其中电极进给机构提供加工中电极的Z向运动，振动系统利用交流励磁产生固定频率的振动，经杠杆传递到电极夹具。本装置的脉冲电源为自主研发的专用脉冲电源，加工中产生的热量由供油冷却系统加以及时冷却。

电极进给机构：

在方案实施中，振动座的Z向移动由微调和粗调两种方法搭配实现。其中，微调的工作由数字型微分头推动振动座在燕尾槽中精密运动，此微分头采用常用外购件，其高精度保证了加工中进给精度达到微米级。粗调由大行程、高进给速度的齿轮齿条机构实现。如此设计，既保证了足够的行程范围，又保证了进给控制的高精度要求。电极进给机构设计如图2所示，主要由微分头、燕尾槽轨、振动台支架三部分组成。

电极振动系统：