[发明专利]等离子体辅助电解加工方法及实施装置

说明书

本发明公开了一种等离子体辅助电解加工方法及实施装置，该等离子体辅助电解加工方法包括以下步骤：提供直流电源，所述直流电源的正极连接工件，所述直流电源的负极连接工具电极，所述工具电极为棒状结构；将所述工件和所述工具电极置于电解液中；接通所述直流电源，所述直流电源施加的电压在50V以上，利用高加工电压诱导产生的等离子体包裹工具电极表面，等离子体的温度能提高加工效率。同时利用诱导等离子体过程中的气泡扰乱流场环境，强化电解产物排出。本发明的加工方法操作便捷、加工稳定性好，在加工过程中能够消除杂散电流，实现高定域性精密加工，同时保持已加工工件表面光滑。

技术领域

本发明涉及电极加工技术领域，尤其是涉及一种等离子体辅助电解加工方法及实施装置。

背景技术

超硬或强韧性材料(如高温合金、钛合金、不锈钢等)表面复杂的宏观或微观结构，在光学精密模具(微结构控制光路)、燃料电池反应器(提高反应面积比)、生物植入器件(促进组织生长及粘附)领域得到广泛应用，但是这类硬或韧的材料表面结构加工是传统加工方法难以实现的，因为这类材料容易在加工中出现断刀或粘刀风险，使加工效率及加工稳定性严重降低。电解加工(electrochemical machining,ECM)是一种建立在阳极溶解基础上的金属成形工艺，电解液以10-60m/s的高速通过预成形的阴极工具和阳极工件之间的间隙，并施加 10-20V的低直流电压，利用阳极发生氧化反应形成氧化溶解的原理，在工件材料表面形成材料去除。电解加工具有非接触的特点，可以消除加工过程中产生的机械力，因此又具备加工工件无毛刺、无热应力、无机械应力、无微裂纹，并且工具电极无磨损的特点，使得电解加工技术在工业领域有着广泛的应用。然而，在电解加工中，由于工具电极侧边存在杂散电流，导致工件加工时出现侧向腐蚀，影响了电解加工的精度；同时，非加工区存在大范围点蚀，影响了非加工面的质量，因此电解加工在轮廓精度要求较高、表面质量要求较好的场合使用受限。

在电解加工中，提升加工精度的方法有工具电极侧壁绝缘、多电位电解加工、使用低浓度电解液等方法。其中工具电极侧壁绝缘是在工具电极侧壁添加绝缘层，约束电场仅分布在工具电极尖端处，从而抑制侧边的杂散电流，降低侧边材料的溶解量，最终提高电解加工精度。但是在这种加工方法中，侧壁绝缘工艺繁琐，当使用外部硬质绝缘层时，绝缘层与内部工具电极需要精密配合，安装难度大；另一方面，当使用物理/化学沉积法制备薄膜绝缘层时，由于电解加工过程中会产生电解碎屑、气泡、焦耳热等，极易破坏绝缘层，导致电解加工稳定性及定域性变差，所以侧壁绝缘方法在绝缘层制备及安装上难度较大。多电位电解加工需要使用双输出电源，并且在工具电极与辅助电极之间需要加绝缘层，整个电极结构非常复杂。使用低浓度电解液虽然能本质上缩小杂散电流的作用范围，但是同时也降低了加工效率，导致工件加工时间成本较高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种等离子体辅助电解加工方法及实施装置，该加工方法操作便捷、加工稳定性好，在加工过程中能够降低杂散电流，实现高定域性精密加工，同时保持已加工工件表面光滑。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一方面，提供一种等离子体辅助电解加工方法，包括以下步骤：

提供直流电源，所述直流电源的正极连接工件，所述直流电源的负极连接工具电极，所述工具电极为棒状结构；

将所述工件和所述工具电极置于电解液中；

接通所述直流电源，所述直流电源施加的电压在50V以上。

本申请中“以上”理解为包括本数。

根据本发明的一些实施例，所述直流电源为恒压电源、恒流电源或脉冲直流电源。

根据本发明的一些实施例，所述工件与所述工具电极之间的间隙为5μm～40mm。