精密复合电解加工方法技术

一种精密复合电解加工方法，其方法步骤为：1）将被加工件放入电解槽，并连接到电化学系统；2）将模板固定到固定架上，并连接到电化学系统；3）将复合电解液注入电解槽；4）通过驱动控制器移动固定架，使模板进入电解液；5）启动电化学系统；当设计在阳极产生刻蚀剂，约束刻蚀加工和电解加工交替进行；当设计在阴极产生刻蚀剂，两种加工同时进行，产生加工效果的叠加。6）驱动装置以一定的时间间隔和步长将模板向工件移动以保持刻蚀剂层与工件接触；7）加工完成后，模板抬起。本发明专利技术的技术效果是：将约束刻蚀剂层技术与传统的电解加工技术复合从而形成复合电解加工技术，对材料进行复杂三维形貌的复合电解加工，可大幅度提高电解加工精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种电解加工方法，尤其涉及ー种。
技术介绍
随着科学技术的发展，机械、电子、航空、航天以及航海等エ业领域的许多产品要求其机械部件在高温、高压、重载荷或高腐蚀环境下能够长期可靠地工作，为了适应这些要求，各种新材料(高强度、高硬度、高韧性、耐高温、高耐蚀)和复杂形状的机械部件(复杂曲、面、形体组合、仿自然形态件)大量涌现，因而对加工エ艺提出了一系列严格的要求。传统的加工エ艺越来越难于满足这些要求，从而推动了各种特种加工エ艺的大量研究和开发。电解加工是其中非常重要的ー种。电解加工又称电化学加工(ECM)，是ー种重要的特种加工方法，在1956年正式进入エ业应用，已经经过了ー个长时间的发展历程，现今已成为ー种大家熟悉的特种加工エ艺。电解加工是在电解液中通过在金属エ件和ー个加エ模板(作为辅助电极)之间施加ー个电位差从而使金属エ件在电解液中发生阳极溶解而达到去除材料的ー种加工方法。电解加工具有加工速度快、无表面缺陷、无宏观机械切削应力、成型范围宽(可加エ各种难切削金属材料，不受材料強度、硬度和韧性的限制)、工具阴极无损耗等优良特性，因为不是以机械力学机理加工，而是在电解液中通过控制加工模板(称为辅助电极)与エ件之间的电位从而引发エ件材料的电化学溶解而达到加工材料的目的，所以不管材料有多高的強度、硬度和韧性，都能轻松顺利地完成加工，而不象其它机械加工方法那样存在严重的刀具损耗(尤其是加工高硬、高韧材料吋)，是ー种非机械接触式的加工方法。电解加工的另一个优势在于可加工复杂形貌的エ件，可以用同一个成形阴极对复杂的型腔、型面、型孔等进行批量加工。但是，近年来，其它加工技术(如精密锻造、精密鋳造、精密辊轧、数控切削等)通过不断革新以及与其它高新技术的糅合，加工精度得到较大的提高，而电解加工精度还徘徊在±100 μ m左右，其三维型面释放精度更低，为±200 ±500 μ m。相比之下，电解加工精度明显不足，满足不了日益精确的机械设备和精密仪器的加工要求，限制了高性能材料和复杂型面结构件在高
的应用。正因为如此，当前由ー些可精密成形材料构成的机械部件大都采用精密成形加工，电解加工产品的数量和份额大幅減少。对于那些由难于进行精密成形且难于进行切削加工的材料构成的机械部件，也由于电解加工的精度低而使其使用潜能得不到充分开发。在加工精度和经济效益的双重考虑下，电解加工的应用范围出现萎缩趋势，电解加工在许多方面具有的优良特性得不到发挥。针对电解加工精度的不足，在过去二十几年中，电解加工经历了几次重大的技术改进，从而使加工精度和加工效率大大提高，这几次改进分别是(I)高频、窄脉冲电流电解加工20世纪90年代开始对高频、窄脉冲电流电解加工进行研究，这ー电解加工方法比一般直流电解加工及低频脉冲电流电解加工，在复制精度、重复精度、表面质量、加工效率、加工过程的稳定性等方面都有显著提高。(2)高速、高压、小间隙电解加工高速、高压、小间隙电解加工エ艺的使用，在高精度、高效率电解加工中发挥了积极作用，提高了叶片型面加工精度和加工速度，其中最小间隙达到 ο μπι。(3)数控仿型电解加工它是数控技术同电解加工技术结合所形成的柔性电解加工技术，进ー步提高了加工速度，缩短了加エ时间，加工后不必再进行手工抛光，加工出的叶型厚度公差为±100 μπι,型面公差为土 200 μ m。与此同时，为了提高电解加工的质量，在过去几十年中，人们还研究将电解加工和其它技术结合，取长补短，形成所谓的“复合加工”，通过其特有的加工机理而达到特殊的加エ效果。加工速度一般比単一的能量加工有所提高。复合加工已成为特种加工的重要研究方向，不仅拓宽了电解加工的应用范围，也使加工精度获得进ー步提高。已研究的复合エ艺具体有如下几种 (O.与电火花加工结合，形成“电解-电火花复合加工”(简称为ECAM或EDCM)，它是电解加工(电化学阳极溶解)与其他能量加工复合的范例，在俄罗斯已采用机械仿型电火花与电解加工的组合方法进行带冠的整体叶轮的加工，并取得了较好的效果； (2).电解与机械研磨结合，形成“电解-机械复合研磨(抛光)”技术，这ー技术显著提高了研磨速率和研磨的表面质量；但它不是大量去除材料的加工。(3).电解-电火花机械磨削结合，形成“电解-电火花机械复合磨削(MEEC)”，它较好地提高了磨削质量和磨削速度； (4).电解-磁力研磨(抛光)结合，它在提高抛光质量方面，也表现出较好的效果。为了提高电解加工精度，人们还进行了很多其它技术辅助的电解加工技术的研究工作，例如超声辅助的电解加工、外加磁场电解加工和激光辅助的电解加工等新技术。虽然人们对电解加工进行了如上所述的许多改进措施，加工精度有所提高，但到目前为止，它还不能满足现代机械加工要求，具体表现在 (I).加工精度还不够高。一般三维表面成型精度(三维形貌释放精度)为±0.2 ±0.5mm (即±200 μ m ±500 μ m),虽然在个别特例中偶尔达到O. I mm,但总体来说,精度还是比较低的。(2).直流加工的散蚀能力较强，集中蚀除能力较弱，成型加工中需要有整形过程，且整平比不高。鉴于上述电解加工的局限性，人们需要继续研究如何提高电解加工精度。本专利技术所使用的与电解加工复合的技术(即约束刻蚀剂层技木)介绍如下 约束刻蚀剂层技术是ー种新型复杂三维微纳米结构加工技术，在微纳米结构加工方面已取得很好的成果。约束刻蚀剂层技术是通过电化学或者光电化学方法在模板表面产生刻蚀剂，依靠此刻蚀剂来刻蚀被加工基体材料以达到加工成型的目的。其基本原理为在电解液中，通过在具有复杂三维微纳米结构的模板表面上利用电化学或光电化学反应产生刻蚀剂，此刻蚀剂在由加工工具或模板表面向溶液扩散的过程中，由于与预先加入到溶液中的捕捉剂(清除刻蚀剂的化学成分)发生化学反应(称为捕捉反应)而很快消失，或者是由于刻蚀剂自身发生衰变而很快自己消失(如自由基)，使得刻蚀剂无法扩散得很远，从而被紧紧地约束在紧靠模板的一个微纳米尺度的超薄液层内。显然，刻蚀剂层形成的轮廓面保持着与模板微结构的曲面基本相同的形貌。刻蚀剂层越薄，二者的误差越小，例如，当刻蚀剂层厚度为10纳米时，公差即为10纳米。通过ー个精密微位移定位系统，使具有微结构的模、板逐渐靠近被复制加工的材料表面，当模板表面的刻蚀剂层接触到基体表面，基体即开始被刻蚀加工。随着模板不断进给，不断向深处刻蚀。由于刻蚀剂层的分布面保持着与模板微结构基本相同的三维轮廓，最終在被加工基体表面刻蚀出与模板结构基本互补的三维结构。公差不超过约束刻蚀剂层的厚度。约束刻蚀剂层技术首创将传统的湿法化学刻蚀变为具有距离敏感性的化学刻蚀，成为ー种应用于微系统制造领域的新型微纳结构加工技木，目前其对于复杂三维微结构加エ的释放精度为土 0.5 μ m。电解加工是以模板作为阴极，エ件作为阳极，エ件通过阳极溶解达到去除材料的目的，当模板和エ件保持比较近的距离时，通过控制好流场，能够加工得到与模板结构大致互补的结构，目前其对于复杂三维形貌加工的释放精度为±200 μ ±500 μπι。如果能将约束刻蚀剂层技术运用到电解加工中来，即可大幅提高电解加工的精度
技术实现思路
本专利技术是针对目前电解加工精度不足等问题，推出ー种，即将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋利民，邓文波，田昭武，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：