[发明专利]一种复合射流微纳加工方法及加工装置

说明书

本发明公开了一种复合射流微纳加工方法及加工装置。将电极丝的上端固定，下端穿过喷嘴形成悬伸端；将纳米抛光颗粒加入电解液，电解液通过喷嘴高速喷出时，电解液射流将电极丝悬伸端拉直并对电极丝进行径向位置约束；将电极丝的上端接窄脉宽群脉冲电解电源的负极，工件阳极接窄脉宽群脉冲电解电源的正极；电极丝悬伸端和工件阳极加工表面之间产生电解作用，纳米抛光颗粒在电解液带动下对工件阳极加工表面进行抛光作用，实现对工件阳极加工表面的复合加工，直至获得所需的微结构特征。该加工方法及加工装置可以有效提高微细电解加工的定域性，有效抑制杂散腐蚀现象并改善传质过程，能够实现高精度、高表面质量、高深宽比的微结构特征高效加工。

技术领域

本发明属于微纳加工技术领域，具体涉及一种复合射流微纳加工方法及加工装置。

背景技术

微孔、微槽等微结构特征在高科技武器装备、航空航天装备、汽车制造、医疗器械、智能设备等领域都有着广泛的应用， 目前针对微结构特征的加工方法主要有微细电火花加工技术，微细切削加工技术，激光加工技术，电解加工技术等。其中，电解加工技术是一种电化学阳极溶解的原子级去除金属材料的加工方法，有无重铸层、无工具损耗、无热影响区、加工效率高以及表面质量好等优势，因此具备极大的潜力，在科研和工业生产等方面都有非常多的应用场合。

目前国内外针对微结构特征的电解加工技术主要有两种。

一种称为微细电解加工，其主要采用制备的微细工具电极对工件进行电解打孔或电解铣削加工，而且电源一般采用高频的脉冲电源，提高了加工的定域性和精度，因此可加工尺寸几十微米甚至几微米的微结构特征。但是随着加工深度的增大，其传质效果降低，电解产物排出困难，因此其加工特征的深宽比一般较小，而且仍然存在一定的杂散腐蚀现象，加工的定域性还需要进一步的提升。另外，微细工具电极的制备占据较长的时间，也影响了微细电解加工整体的加工效率。

另一种一般统称为射流电解加工，其主要采用金属或玻璃喷嘴喷射的高速电解液束对工件进行电化学腐蚀加工，阴极和阳极之间施加100V以上的直流高压。有着加工效率高、成本低、对工件形状适应性强等优势，也可以加工深宽比较高的特征。但是其加工特征的尺寸受限于喷嘴的口径的大小，不容易实现几十微米甚至几微米的特征的加工，另外其加工定域性、加工精度和表面质量也相对较低。为了提高射流电解加工的表面质量，有研究人员在电解液中加入磨料，在电解加工的同时也对工件表面实现了抛光作用，使表面质量有了一定的提高。

当前，还需要进一步提高加工质量，解决微孔、微槽等微结构特征的高精度、高表面质量、高深宽比和高效加工问题。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种复合射流微纳加工方法，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种复合射流微纳加工装置。

本发明的复合射流微纳加工方法包括以下步骤：

a.将电极丝的上端固定，电极丝的下端穿过喷嘴并悬伸出一定的长度，形成电极丝悬伸端；

b.将纳米抛光颗粒加入电解液，电解液包裹在电极丝表面，电解液通过喷嘴高速喷出时，电解液射流将电极丝悬伸端拉直并对电极丝进行径向位置约束；

c.将电极丝的上端接窄脉宽群脉冲电解电源的负极，工件阳极接窄脉宽群脉冲电解电源的正极；

d.机床主轴带动喷嘴靠近工件阳极，电极丝悬伸端与工件阳极加工表面之间留有加工间隙，电解液射流喷向工件阳极加工表面，电极丝悬伸端和工件阳极加工表面之间产生电解作用，纳米抛光颗粒在电解液带动下对工件阳极加工表面进行抛光作用，电解作用和抛光作用共同实现对工件阳极加工表面的复合加工，直至在工件阳极加工表面获得所需的微结构特征。

本发明的复合射流微纳加工装置，其特点是：所述的加工装置包括多约束复合喷头、工件阳极和窄脉宽群脉冲电解电源；