[发明专利]一种内喷液旋转阴极掩膜电解加工方法及实现装置

说明书

本发明公开了一种内喷液旋转阴极掩膜电解加工方法及实现装置，属于电解加工技术领域。包括回转工作台、端盖、回转工件、掩膜板、螺钉、内喷液阴极、电主轴、绝缘圆筒、垫片、压环，其特点在于带有叶序分布通液孔的内喷液阴极与覆盖掩膜板的回转工件作转动同时作相对往复的线性运动，能够消除电场边缘效应、减小电解液对掩膜板的侧向冲刷，提高掩膜电解加工的定域性和加工一致性；内喷液旋转阴极与不同形状掩膜板相互匹配，能够适用于回转工件表面微凹坑、微沟槽和微流道的高一致性加工，具较好的加工适应性。

技术领域

本发明涉及一种内喷液旋转阴极掩膜电解加工方法及实现装置，属于电解加工技术领域。

背景技术

以微凹坑、微沟槽和微流道为构型的表面微结构能够有效改善机械零件表面的摩擦磨损性能、延长使用寿命，在航空航天、显示设备、光学系统等领域具有广泛应用。掩膜电解加工通常采用阳极掩膜方式进行，在阳极表面覆盖带有镂空结构的非金属掩膜板，在导通电流和电解液流动的耦合作用下工件表面非遮蔽区域发生局部溶解，从而逐步形成微凹坑、微沟槽、微流道等表面微结构。掩膜电解加工方法能够实现大面积表面微结构的高效率加工，但受到电解液非规则流动、电场边缘效应影响，微结构加工定域性和加工一致性不高。此外，常用非金属掩膜板材料具有较强的疏水性，在电解液冲刷作用下掩膜板难以与工件表面紧密贴合，容易产生翘曲变形，影响加工过程稳定性。

为了提高掩膜电解加工定域性和加工一致性，研究人员提出采用厚掩膜板、泡沫阴极和辅助阳极等方法。采用厚掩膜板能够阻碍微结构表面氧气泡的排出，降低加工区域电解液电导率，抑制加工过切，但厚掩膜板增大了加工间隙、加快了工件表面电场能量衰减，使得微结构的加工深度受到极大限制，而采用高电压加工又会产生过多电场能量消耗。泡沫阴极与掩膜板能够紧密贴合，抑制电解液非规则流动对加工过程的不利影响、减小电解液侧向流动对掩膜板的冲刷作用，但加工精度和加工一致性仍受到泡沫阴极材料和孔隙率的制约。辅助阳极方法能够改善掩膜电解加工的电场边缘效应，减小工件边缘微结构的尺寸误差，但难以满足大面积表面微结构的高一致性加工需求。

发明内容

1、本发明针对目前表面微结构掩膜电解加工工艺技术的不足，提出一种内喷液旋转阴极掩膜电解加工方法及实现装置，满足难加工材料回转工件表面大面积微结构的高定域性和高一致性加工需求。

2、为了实现上述的发明目的，本发明的技术方案是：一种内喷液旋转阴极掩膜电解加工方法，采用带有叶序分布通液孔的内喷液阴极对覆盖掩膜板的回转工件进行电解加工，回转工件和内喷液阴极分别与电源正极、负极相连接，内喷液阴极和回转工件绕自身轴线作旋转同时内喷液阴极沿回转工件的径向作往复线性运动，内喷液阴极和回转工件的转速为60～600rpm、内喷液阴极往复运动速度为0.1～10mm/min，进口压力为0.01～0.1MPa的电解液经内喷液阴极的通液孔持续流入加工区域，与掩膜板镂空区域对应的回转工件表面发生断续性溶解，并逐渐形成大面积微结构。

本发明的另一技术目的是提供一种内喷液旋转阴极掩膜电解加工实现装置，包括回转工作台、端盖、回转工件、掩膜板、螺钉、内喷液阴极、电主轴、绝缘圆筒、垫片和压环。所述底部开设有通液孔的内喷液阴极固定设置于中空电主轴的下端，电主轴驱动内喷液阴极作旋转，内喷液阴极与绝缘圆筒采用过盈配合；所述端盖固定设置于回转工作台的台面、并且沿周向均匀开设有螺纹孔，回转工件与端盖采用间隙配合，掩膜板覆盖于回转工件表面，压环与回转工件和掩膜板采用间隙配合，螺钉和垫片将压环、掩膜板、回转工件与端盖紧固连接。

所述掩膜板采用聚二甲基硅氧烷材料制成、并且沿径向和周向均匀开设有镂空结构，掩膜板与回转工件的贴合表面采用等离子射流方法进行亲水性处理。

所述内喷液阴极由不锈钢材料制成，底部开设的圆柱形通液孔呈轮生叶序分布、沿周向形成交叠叶片形状，内喷液阴极与掩膜板的底面间隙为0.05～2mm。