本發明專利技術涉及壓力輔助式電解加工微坑陣列的系統及方法，屬微細電解加工領域。該方法包括：具有通孔陣列的柔性模板（2）貼在陽極工件（3）上，裝夾陰極工具（7）和陽極工件；加工前打開第三閥門（5）和第二閥門（11），開啟泵（13），通入電解液，排除工作腔內的氣體，然后關閉出液口處的第三閥門（5），調節的第一閥門（12），使進液口處的電解液壓強穩定，最后接通電源（1）進行電解加工。采用本方法進行電解加工，夾具工作腔內的電解液處于高壓狀態，壓強為0.3?1MPa，陽極工件上方的流場穩定。利用電解液的壓力，柔性模板緊密貼合在工件表面，減少雜散腐蝕。該方法可有效提高微坑陣列的加工精度。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及壓力輔助式電解加工微坑陣列的系統及方法，屬于微細電解加工領域。
技術介紹
一般機械設備中存在各種各樣的摩擦副，這些摩擦副的摩擦學行為，不僅影響機械系統的工作性能和運行效率，甚至是導致其失效的主要因素。研究表明，表面織構技術是改善摩擦副表面摩擦學特性的有效手段。表面織構是指在摩擦副表面通過一定的加工技術加工出具有一定尺寸和分布的凹坑、凹痕或凸包等圖案的點陣。摩擦副相對運動過程中，在有潤滑劑存在的條件下，微坑陣列在改善摩擦副的摩擦學性能方面起到了積極的作用，其表面摩擦學性能明顯優于光滑表面。微坑陣列已經在缸套、滑動軸承和機械密封等工程
中獲得了成功的應用。合理的表面織構能夠儲存潤滑油，并形成良好的油膜，提高了活塞-缸套摩擦副的潤滑效果和耐磨性。在摩擦副表面加工出微坑陣列作為改善滑動摩擦的途徑已經成為研究熱點。電解加工微坑陣列是一項有效技術手段，具有大面積加工效率高、無殘余應力、陰極工具無損耗等優點。電解加工是利用陽極在電解液中可以發生陽極溶解的原理，將零件加工成形的一種制造技術。電解加工微坑陣列的技術主要包括電極電解加工、射流電解加工、掩模電解加工、旋印電解加工等。掩模電解加工具有很好的定域性，加工精度高。加工時掩模作為絕緣層貼在陽極工件上，掩模通孔區域充滿電解液，在電場的作用下，通孔區域的陽極發生電化學反應，逐漸被溶解去除，最終形成微坑陣列。傳統的掩模電解加工采用光刻膠作為掩模，加工后工件需要去膠，工藝復雜；而且由于光刻技術的限制，難以進行大面積微坑陣列加工。聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一種無毒、疏水性的彈性體，它具有良好的復制性和化學穩定性、絕緣性、和耐腐蝕性。以PDMS通孔柔性模板作為掩模進行電解加工具有較大的優勢。加工時柔性模板貼合在陽極工件上，通入電解液，在電場的作用下，陽極工件表面發生氧化反應，最終加工出微坑陣列。PDMS柔性模板可以重復使用，但是PDMS柔性模板直接覆蓋在工件表面，與陽極工件無粘附性，加工時容易造成雜散腐蝕。因此對基于PDMS柔性模板作為掩模的微坑電解加工，PDMS柔性模板與工件需要緊密貼合。陳曉磊、曲寧松提出了一種方法使柔性模板與工件貼合進行微坑電解加工（采用柔性模板提高陣列微坑電解加工定域性的系統及方法，專利申請號：CN201410752718.6）。該方法采用高速電解液正向沖擊柔性模板來確保柔性模板與工件的貼合，提高了微坑陣列電解加工的定域性，但是由于陰陽極間間隙過小，電解液通過陰極工具群縫后對陽極工件表面壓力存在差異，工件表面各區域流場不均勻，可能造成加工精度低等問題。為獲得高精度的大面積微坑陣列，需要保證加工區域流場和電場均勻。對于傳統的掩模電解加工，夾具有進液口和出液口，出液口流速快，由于電解液的流動，陽極工件上方的流場不均勻，可能會造成電解加工精度低，同時也對掩模產生擾動作用，減弱了掩模與工件的貼合，容易造成雜散腐蝕。對于大面積微坑陣列電解加工需要采用大面積的柔性模板，這加劇了柔性模板與工件貼合的難度。而且大面積電解加工需要更多的電解液流過，這增加了電解液泵的運行難度。因此，有必要探討新的加工方法解決柔性模板與工件的貼合問題。
技術實現思路
本專利技術提出了一種壓力輔助式電解加工微坑陣列的系統及方法，解決了原有電解加工中柔性模板與工件貼合不牢，雜散腐蝕嚴重以及微坑陣列加工精度低等問題，顯著地提高了加工精度。一種壓力輔助式電解加工微坑陣列的系統，其特征在于：包括夾具、陽極工件、柔性模板、陰極工具、電源、電解液槽；上述夾具具有進液口和出液口，進液口位于夾具上方，出液口位于夾具側壁；上述夾具內部為工作腔，陽極工件、柔性模板、陰極工具均位于工作腔內；上述陽極工件位于工作腔底部，柔性模板貼合于陽極工件上表面，柔性模板具有通孔陣列；上述陰極工具位于柔性模板上方，陰極工具是帶有通孔的金屬平板，且通孔遠離金屬平板中心，接近金屬平板邊緣并沿周向均勻分布；陽極工件和陰極工具分別連接電源正負極；上述陰極工具到柔性模板的距離為10-50mm；上述電解液槽通過一條安裝有泵的支路，與另一條安裝有第一閥門的支路并聯后經過第二閥門及壓力表后與上述夾具的進液口相連；上述夾具的出液口經過第三閥門與電解液槽相連。所述的壓力輔助式電解加工微坑陣列的系統，其特征在于：沿陰極工具的金屬平板下表面將上述夾具視為上、下部分；上述陰極工具的通孔緊貼下夾具的內壁面。所述的壓力輔助式電解加工微坑陣列的系統的加工方法，其特征在于包括以下過程：加工前先打開進液口處的第二閥門和出液口管道的第三閥門，開啟電解液泵，電解液進入夾具工作腔，排除工作腔內的氣體，然后關閉出液口管道的第三閥門，調節進液口管道支路上的第一閥門，使壓力表示數穩定，進液口處的電解液壓強為0.3-1MPa，最后接通電源進行電解加工；電解加工時夾具進液口處電解液壓力恒定，夾具出液口關閉，夾具工作腔內的電解液處于高壓狀態，陽極工件上方的流場穩定。采用以上所述的裝置進行微坑陣列電解加工，陰極工具為金屬平板，陰極工具的通孔位于夾具內壁面，減小了通孔區域對工件上方電場分布的影響；少量通孔有利于電解加工前的電解液通過，排除夾具工作腔內的氣體，同時也有利于排除電解加工過程中陰陽極上所產生的氣體。電解液通過陰極工具的通孔流向陽極工件，電解加工時夾具進液口電解液壓力恒定，夾具出液口關閉，夾具工作腔內的電解液處于高壓狀態，高壓力的電解液作用在柔性模板上，有利于柔性模板與陽極工件緊密貼合，阻止電解液滲透進入柔性模板和工件表面的貼合處，減小雜散腐蝕；而且陽極工件上方的流場穩定，有助于提高微坑陣列電解加工的精度。在穩定的高壓力電解液中，陰陽極產生的氣體緩慢運動，當陰陽極加工間隙較小時，氣體會聚集在陰陽極之間，氣體的含量增加，不利于電解加工的進行，因此將陰極工具與柔性模板之間的最小距離設置為10mm；此外，由法拉第定律可知，加工區的電場強度與陰陽極之間的間隙成反比，間隙過大會使電場強度減弱，不利于電解加工，為確保微坑電解加工的順利進行，將陰極工具與柔性模板之間的最大距離設置為50mm。采用本方法進行電解加工，可有效地提高微坑陣列的加工精度。附圖說明圖1 壓力輔助式電解加工微坑陣列系統示意圖；圖2陰極工具示意圖；圖3通孔陣列柔性模板示意圖；其中標號名稱：1、電源，2、柔性模板，3、陽極工件，4、夾具，5、第三閥門，6、電解液槽，7、陰極工具，8、電解液，9、壓力表，10、管道、11、第二閥門，12、第一閥門，13、泵。具體實施方式下面結合附圖說明本專利技術：壓力輔助式電解加工微坑陣列的系統及方法，包含以下步驟：a、制作夾具4，進液口位于夾具上方，出液口位于夾具側壁；制作陰極工具7，如圖2 所示；b、制作具有通孔陣列的柔性模板2，如圖3；c、將柔性模板2貼在陽極工件3上，使用夾具4將陰極工具7、陽極工件3和柔性模板2裝夾在一起，其中陰極工具和陽極工件加工間隙為20mm；d、上述電解液槽6通過一條安裝有泵13的支路，與另一條安裝有第一閥門12的支路并聯后經過第二閥門11及壓力表9后與上述夾具4的進液口相連；上述夾具4的出液口經過第三閥門5與電解液槽6相連。e、陽極工件3和陰極工具7分別連接電源1正負極；f、打開進液口處的第二閥門11和出液口管道的第三閥門5，開啟電解液泵本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種壓力輔助式電解加工微坑陣列的系統，其特征在于：包括夾具（4）、陽極工件（3）、柔性模板（2）、陰極工具（7）、電源（1）、電解液槽（6）；上述夾具（4）具有進液口和出液口，進液口位于夾具（4）上方，出液口位于夾具（4）側壁；上述夾具（4）內部為工作腔，陽極工件（3）、柔性模板（2）、陰極工具（7）均位于工作腔內；上述陽極工件（3）位于工作腔底部，柔性模板（2）貼合于陽極工件（3）上表面，柔性模板（2）具有通孔陣列；上述陰極工具（7）位于柔性模板（2）上方，陰極工具（7）是帶有通孔的金屬平板，且通孔遠離金屬平板中心，接近金屬平板邊緣并沿周向均勻分布；陽極工件（3）和陰極工具（7）分別連接電源（1）正負極；上述陰極工具（7）到柔性模板（2）的距離為10?50mm；上述電解液槽（6）通過一條安裝有泵（13）的支路，與另一條安裝有第一閥門（12）的支路并聯后經過第二閥門（11）及壓力表（9）后與上述夾具（4）的進液口相連；上述夾具（4）的出液口經過第三閥門（5）與電解液槽（6）相連。
【技術特征摘要】
1.一種壓力輔助式電解加工微坑陣列的系統，其特征在于：包括夾具（4）、陽極工件（3）、柔性模板（2）、陰極工具（7）、電源（1）、電解液槽（6）；上述夾具（4）具有進液口和出液口，進液口位于夾具（4）上方，出液口位于夾具（4）側壁；上述夾具（4）內部為工作腔，陽極工件（3）、柔性模板（2）、陰極工具（7）均位于工作腔內；上述陽極工件（3）位于工作腔底部，柔性模板（2）貼合于陽極工件（3）上表面，柔性模板（2）具有通孔陣列；上述陰極工具（7）位于柔性模板（2）上方，陰極工具（7）是帶有通孔的金屬平板，且通孔遠離金屬平板中心，接近金屬平板邊緣并沿周向均勻分布；陽極工件（3）和陰極工具（7）分別連接電源（1）正負極；上述陰極工具（7）到柔性模板（2）的距離為10-50mm；上述電解液槽（6）通過一條安裝有泵（13）的支路，與另一條安裝有第一閥門（12）的支路并聯后經過第二閥門（11）及壓力表（9...
【專利技術屬性】
技術研發人員：曲寧松，侯志保，陳曉磊，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
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