輔助陽極掩模微細(xì)電解加工陣列微坑的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出了一種輔助陽極掩模微細(xì)電解加工陣列微坑的系統(tǒng)及方法，屬微細(xì)電 解加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 摩擦磨損是工業(yè)設(shè)備失效的主要原因之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)化國家能源的30%消耗 在機(jī)械磨損，大約有80%的零件損壞是由于各種形式的磨損引起。磨損不僅消耗能源和材 料，而且加速設(shè)備報(bào)廢，導(dǎo)致頻繁更換零件，對(duì)經(jīng)濟(jì)造成極大的損失。因此，減少無用的摩擦 損耗，控制和減小磨損，改善潤滑性能可減少設(shè)備維修次數(shù)和費(fèi)用，可以節(jié)約能源和提高資 源的利用率。減小磨損，降低摩擦也是工程界長期致力于需要解決的重大技術(shù)難題之一。
[0003] 早在上世紀(jì)中期，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到汽缸的表面加工紋理對(duì)活塞/汽缸摩擦學(xué)特性 的顯著作用，研究人員對(duì)金剛石、陶瓷以及橡膠等不同表面加工工具對(duì)表面加工紋理的影 響進(jìn)行了細(xì)致的研究，發(fā)現(xiàn)一定加工紋理的存在，能夠起到保存潤滑油，防止活塞/缸體產(chǎn) 生咬死和擦傷的效果。目前在表面摩擦學(xué)性能的研究中，表面織構(gòu)技術(shù)在改善表面摩擦磨 損性能方面起到了積極的作用，尺寸為數(shù)微米至數(shù)百微米的微小凹坑和微小溝槽形狀的表 面織構(gòu)已成功地應(yīng)用在在機(jī)械部件、磁性存儲(chǔ)器等摩擦表面，取得了顯著的提高承載力、減 小磨損、以及避免表面粘附和咬死的效果。近年來，隨著研究的不斷深入，研究人員已形成 共識(shí)：摩擦副表面的微小凹坑陣列具有極佳的抗磨減摩性能。
[0004] 有效的微小凹坑陣列制造技術(shù)是該項(xiàng)技術(shù)工程化的重要保障。近年來，研究人員 在摩擦副表面微小凹坑陣列制造加工領(lǐng)域傾注了極大的研究熱情，提出了多種制造加工方 法，試圖解決這個(gè)制造難題。目前摩擦副表面織構(gòu)制造加工方法主要有激光加工表面織構(gòu) 技術(shù)，磨料氣射流技術(shù)，電火花加工技術(shù)，電解加工技術(shù)等。其中，電解加工是一種利用電化 學(xué)陽極溶解原理去除材料的特種加工方法。與其他加工方法比較，具有加工范圍廣，生產(chǎn)效 率高，表面質(zhì)量好，工具無損耗等突出優(yōu)點(diǎn)。用電解方法加工微小凹坑效率高，表面質(zhì)量好， 成本低。
[0005] 目前國內(nèi)外使用電解加工微小凹坑陣列的方法主要是模板電解加工。采用具有貫 穿群孔結(jié)構(gòu)的絕緣材料作為模板與工件緊密貼合，同時(shí)與平板陰極之間形成流道，陰陽極 接通電源后進(jìn)行電解加工，在工件表面得到群坑結(jié)構(gòu)。該方法加工效率高，成本低廉。然而 在模板電解加工中由于電場邊緣效應(yīng)，造成工件表面各掩?？變?nèi)的電場分布不均勻，位于 工件邊緣掩?？變?nèi)的電場強(qiáng)度大于工件中心掩?？變?nèi)的電場強(qiáng)度，因而各個(gè)微坑腐蝕速度 不一致，微坑尺寸差異大，導(dǎo)致加工結(jié)果不理想。因此，有必要探索一種新方法，在保證模板 電解加工效率的同時(shí)，提高陣列微坑的尺寸精度和均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對(duì)目前模板電解加工陣列微坑尺度均勻性差的缺點(diǎn)，提出了輔 助陽極掩模微細(xì)電解加工陣列微坑的方法及裝置。利用本發(fā)明可以顯著提高電解加工微小 陣列微坑尺度均勻性。
[0007] -種輔助陽極掩模微細(xì)電解加工陣列微坑的系統(tǒng)，包括上夾具、下夾具、安裝于上 夾具的工具陰極、安裝于下夾具的工具陽極，工具陰極和工具陽極之間形成電解液流道；還 包括緊貼于工具陽極表面的掩模板，掩模板具有貫穿群孔結(jié)構(gòu)；還包括正、負(fù)極分別與工具 陽極、工具陰極相連的主電源；還包括輔助陽極，它由不溶性金屬制作，它固定在下夾具上 并環(huán)繞在工件陽極邊緣；還包括正、負(fù)極分別與輔助陽極、工具陰極相連的輔助電源。
[0008] 利用所述的輔助陽極掩模微細(xì)電解加工陣列微坑的系統(tǒng)的方法，其特征在于：上 述主電源電壓高于輔助電源；輔助電源電壓是主電源電壓的〇. 5-0. 75 ; 本發(fā)明的有益特點(diǎn)在于：采用輔助陽極固定在工件陽極周圍，加工時(shí)可以改變工件表 面的電場分布，當(dāng)輔助陽極施加合適的電壓時(shí)可以促使工件表面電場均勻分布。
[0009] 在掩模電解加工陣列微坑中，由于電場邊緣效位于邊緣掩?？變?nèi)的電場強(qiáng)度大于 中心掩?？變?nèi)的電場強(qiáng)度，從而造成因而各個(gè)微坑腐蝕速度不一致，微坑尺寸差異大。采用 帶有正電位的輔助陽極后，工件表面邊緣掩?？變?nèi)的電場強(qiáng)度減小并和中心掩?？變?nèi)的電 場強(qiáng)度趨于一致，使得整個(gè)工件表面各掩?？變?nèi)的腐蝕速度趨于一致，從而提高微細(xì)電解 加工陣列微小凹坑的尺寸均勻性。若輔助電壓是主電壓的〇. 5,能夠改善電場，但不能完全 消除電場的不均勻性；輔助電壓是主電壓的〇. 75時(shí)會(huì)造成邊緣電場比中心電場低，同樣也 不能滿足要求。
[0010] 所述的輔助陽極掩模微細(xì)電解加工陣列微坑的系統(tǒng)，其特征在于：為不影響流場 的穩(wěn)定性，上述輔助陽極其厚度在0,1mm-Imm之間，且此厚度已經(jīng)能滿足要求。
【附圖說明】
[0011] 圖1傳統(tǒng)掩模微細(xì)電解加工陣列微小凹坑的方法示意圖； 圖2本發(fā)明采用輔助陽極掩模微細(xì)電解加工陣列微小凹坑的方法示意圖； 圖3工件表面掩?？變?nèi)電流密度取樣編號(hào)示意圖； 圖4傳統(tǒng)掩模與帶有不同正電位的輔助陽極掩模微細(xì)電解加工工件表面掩?？變?nèi)電 流密度分布對(duì)比圖 其中標(biāo)號(hào)名稱：1、上夾具，2、工具陰極，3、電解液，4、輔助陽極，5、掩模板，6、工件陽極， 7、下夾具，8、輔助電源，9、主電源。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖具體說明實(shí)施本發(fā)明--"采用輔助陽極掩模微細(xì)電解加工陣列微 小凹坑的系統(tǒng)及方法。
[0013] 本發(fā)明采用輔助陽極掩模微細(xì)電解加工陣列微小凹坑的方法，包括下列步驟： (a) 、制作帶有貫穿且一致的群孔結(jié)構(gòu)掩模板5 ; (b) 、將掩模板5與工件陽極6緊密貼合，二者放入下夾具7內(nèi)； (c) 、將輔助陽極4固定在下夾具7上，環(huán)繞在工件陽極6周圍； (d) 、將工具陰極2裝夾在上夾具1內(nèi)，固定在掩模板5上方，與下夾具7之間形成流 道； (e) 、輔助陽極4與工件陰極2分別與電源8正負(fù)極連接； (f) 、工件陽極6與工件陰極2分別與電源9正負(fù)極連接； (g) 、在流道內(nèi)通入電解液3,電解液通過掩模板5上貫穿的群孔到達(dá)工件陽極6表面； (h) 、接通電源8和9,進(jìn)行電解加工。
[0014] 上述輔助陽極所加電壓小于工件陽極所加電壓。
[0015] 本例利用有限元軟件分析如圖3所示工件表面各個(gè)掩?？變?nèi)電流密度。
[0016] 由電流密度和電場強(qiáng)度的關(guān)系：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種輔助陽極掩模微細(xì)電解加工陣列微小凹坑的系統(tǒng)，包括上夾具（1)、下夾具 (7)、安裝于上夾具（1)的工具陰極（2)、安裝于下夾具（7)的工具陽極（6)，工具陰極（2)和 工具陽極（6)之間形成電解液流道；還包括緊貼于工具陽極（6)表面的掩模板（5)，掩模板 (5) 具有貫穿群孔結(jié)構(gòu)；還包括正、負(fù)極分別與工具陽極（6)、工具陰極（2)相連的主電源 (9)； 其特征在于： 還包括輔助陽極（4)，它由不溶性金屬制作，它固定在下夾具（7)上并環(huán)繞在工件陽極 (6) 邊緣；還包括正、負(fù)極分別與輔助陽極（4)、工具陰極（2)相連的輔助電源（8)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輔助陽極掩模微細(xì)電解加工陣列微小凹坑的系統(tǒng)，其特征在 于：上述輔助陽極其厚度在〇. Imm-Imm之間。
3. 利用權(quán)利要求1所述的輔助陽極掩模微細(xì)電解加工陣列微小凹坑的系統(tǒng)的方法，其 特征在于： 上述主電源（9)電壓高于輔助電源（8);輔助電源（8)電壓是主電源（9)電壓的 0. 5-0. 75 ； 在掩模電解加工陣列微小凹坑中，由于采用帶有正電位的輔助陽極后，工件表面邊緣 掩?？變?nèi)的電流密度和中心掩?？變?nèi)的電流密度趨于均勻，使得整個(gè)工件表面各掩模孔內(nèi) 的腐蝕速度趨于一致，從而提高微細(xì)電解加工陣列微小凹坑的尺寸均勻性。
【專利摘要】本發(fā)明提出了輔助陽極掩模微細(xì)電解加工陣列微坑的系統(tǒng)及方法，屬微細(xì)電解加工技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括上夾具（1）、下夾具（7）、安裝于上夾具（1）的工具陰極（2）、安裝于下夾具（7）的工具陽極（6）、工具陽極（6）表面具有群孔結(jié)構(gòu)的掩模板（5）、固定在下夾具（7）并環(huán)繞工件陽極（6）邊緣的輔助陽極（4），工具陰極（2）和工具陽極（6）之間形成電解液流道；還包括主電源（9）和輔助電源（8），其正極分別與工件陽極（6）和輔助陽極（4）相連，負(fù)極均與工具陰極（2）相連。其特征在于輔助電源電壓小于主電源電壓，兩者之間具有電位差，使工件表面各掩?？變?nèi)的電流密度一致，從而提高陣列微坑的尺寸均勻性。
【IPC分類】B23H9-00, B23H3-00
【公開號(hào)】CN104607734
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410753031
【發(fā)明人】曲寧松, 陳曉磊, 房曉龍
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月11日