一种基于磁流变-射流电沉积原理的曲面加工装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种简单易行的磁流变‑射流电沉积曲面加工方法及其装置，提供了数控平台的选择范围、设计简单的工作液循环系统、组合夹具，工作液回收装置，磁场控制装置，抛光轮及其传动装置固定装置，并制定了简单易行的操作原则和方法。

A Surface Machining Device Based on Magnetorheological-Jet Electrodeposition Principle and Its Method

The invention discloses a simple and feasible method and device for magnetorheological (MR) jet electrodeposition surface processing. It provides the selection range of NC platform, simple design of working fluid circulation system, modular fixture, working fluid recovery device, magnetic field control device, polishing wheel and fixing device of its transmission device, and formulates simple and feasible operation principles and methods.

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁流变-射流电沉积原理的曲面加工装置及其方法
本专利技术涉及一种基于磁流变-射流电沉积原理的曲面加工装置及其方法。
技术介绍
先进表面工程
，射流电沉积技术是一种具有较好应用前景的低成本涂层制作方法，具有工艺简单、加工速度快、操作方便、镀层种类多等优点。不过由于电沉积加工中存在的边缘效应导致了电场分布不均匀，造成局部优势生长，晶粒粗大，形成枝状晶甚至结瘤等沉积衍生物，使镀覆沉积层不均匀，导致沉积层整平性较差，质量恶化。对于复杂几何特征下的异形曲面加工，特别是航天、卫星等应用的光学精密反射镜所使用的球面加工或凹面加工，其镀覆的均匀度和沉积质量更难以把握。为了获得复杂曲面晶粒细化且表面光整的沉积层，技术人员采取了许多方法，如对沉积面进行整平化机加工后处理，如铣削、磨削或电火花线切割电沉积表面。该法可保证尺寸要求，但延长了加工时间，易造成沉积层分层剥离，存在质量隐患。对于几何形状较为复杂的曲面加工，会增大加工难度；又如采用游离微珠辅助磨技术、研磨射流电沉积技术也有助于改善此问题。但该法但多用于柱状回转体的外壁加工，并不适于曲面及凹面加工，同时因需要直径约1mm的研磨陶瓷珠，所需加工设备比较复杂，工序较繁复。综合以上分析，现有的电沉积辅助整平方法并不理想，或方法简便效果不明显，或效果良好装置复杂、可操作性低，极大的限制了电沉积技术在曲面加工中的广泛应用。目前，光学精密加工中使用的磁流变抛光技术为曲面电沉积加工质量的提高提供了解决思路。磁流变抛光技术是利用磁流变抛光液进行抛光的一种超精密加工方法。磁流变液主要由离散的微米级磁性颗粒、抛光粉和载液等组成。在无外加磁场时，磁性微粒无规则分布，磁流变液为可流动液体状态；而在外加磁场作用下，磁性微粒呈链状分布，表现为类似固体的性质；撤除磁场后，又会立刻恢复原液体性质。磁流变抛光技术正是利用磁流变抛光液在梯度磁场中发生流变而形成的具有粘塑行为的柔性“小磨头”与工件之间快速的相对运动，使工件表面受到很大的剪切力，从而使工件表面材料被去除。与传统抛光方法相比，磁流变抛光技术可实现近零亚表面损伤和纳米级精度抛光，通常可作为光学零件加工的最后一道工序。通过对比发现，射流电沉积技术与磁流变抛光技术有着重要的相似之处：1.二者都通过液体射流进行加工，即通过喷嘴将加工液体介质-磁流变液和电解液以一定速度喷向加工表面，完成加工过程；2.加工液体中都含有微粒。磁流变液中含有磁性微粒，可用于对加工面微观凸起进行铣削、磨削，而电解液射流中也可混杂复合颗粒，例如氧化铝和碳化硅等微纳尺度陶瓷微粒，或可作为增强相共沉积加入沉积层内部提高沉积层力学性能，或可通过改善电场分布和结晶过程来细化晶粒，达到光整沉积表面的目的。此类应用已有诸多报道；3.加工目的类似，都是为获得平整、致密、质量较好的加工表面。射流电沉积的加工特点是可以获得极高的极限电流密度，从而提高过电位和形核率，减小晶粒尺寸，得到细化致密的沉积表面。而磁流变抛光技术则是利用微小颗粒对加工表面实现微量去除。只不过从加工效果上有所区别，射流电沉积属于增材加工范畴，而磁流变抛光则为减材加工加工领域，但同时也为二者的互补提供了可行性。综上三点相似之处不难发现，磁流变抛光具有的柔性、可控性、以及对工件表面的保护性为射流电沉积高速沉积后带来的镀层均匀性问题提供了有效的解决途径。同时，二者的加工方式都属于射流性特殊加工，导致加工设备比较类似，都具有喷嘴、含有一定微粒的工作液、以及液体循环、回收装置，这一相似性为二者的结合提供了可靠的客观基础。因此，我们的技术方案是将二者有机结合，形成一种新的复合加工技术，加工过程中主要包含两个工作环节：电沉积环节和抛光环节。首先数控机床的XYZ轴联动，控制喷嘴将电解液喷射在工件表面，产生射流电沉积涂层；然后通过磁流变去除机理，工作液中的磁微粒在抛光轮的作用下铣削抛光电沉积中产生的微观凸起。
技术实现思路
本专利技术主要目的在于提供设计了一种简单易行的磁流变-射流电沉积曲面加工方法及其装置，提供了数控平台的选择范围、设计简单的工作液循环系统、组合夹具，工作液回收装置，磁场控制装置，抛光轮及其传动装置固定装置，并制定了简单易行的操作原则和方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于磁流变-射流电沉积原理的曲面加工装置，其特征在于，包括数控工作台模块、抛光轮及其传动模块、喷嘴系统、循环模块和磁场发生模块。所述包括数控工作台模块包括可实现X向和Y向数控运动的工作台和龙门立柱，其曲面型工件通过锁紧装置和摆动模块装夹在龙门立柱上；抛光轮及其传动模块由抛光轮和传动装置两部分组成，均安放在机床工作平台，抛光轮尺寸由喷嘴与阴极距离调节确定，抛光轮和工件之间要形成一个可调间隙，传动装置调节抛光轮转速，保证抛光轮的平稳转动；磁场发生模块由铁芯，线圈和可控电源组成，通过电流调节磁场的强度，磁场发生模块为对称配置，放置在抛光轮两侧；喷嘴系统采用工程塑料制成，由阳极腔和喷嘴两部分组成，阳极腔的下端密封垫圈和密封盖固定密封，中间固定有阳极棒，上端通过连接管与喷嘴相连，工作状态下工作液从阳极腔进液口流入从喷嘴喷出，喷嘴向上延长方向应与抛光轮曲面切面方向重合，保证喷射出工作液与抛光轮曲面重合，喷嘴安装在工作台喷嘴旋转支架导轨上，可自由调节喷嘴的入射角度，并可沿导轨调节喷嘴与抛光轮的距离以改变工作液束流长度；循环模块由工作液收集器、工作液回收罐、泵体、调速阀组成，抛光轮侧面装有工作液收集器，主要用于收集发生沉积并抛光后的工作液，收集器回收后将磁流变液又送回回收罐中重新进行搅拌、过滤，保证抛光区的工作液的均匀性，使抛光能够稳定进行。所述工作液为电解质及磁流变液成分构成，电解液的成分为普通酸性镀铜或镀镍溶液，磁流变液主要成分包括羰基铁粉，金刚石颗粒，羧甲基纤维素钠，溶质为蒸馏水，以上成分经充分溶解、搅拌在室温下制成。一种基于磁流变-射流电沉积原理的曲面加工方法，其特征在于，包括如下方法：抛光轮进行定向旋转，其旋转切线方向与工作液接触方向设为同向；启动磁场发生装置，形成磁流变状态的必要磁场；启动泵，使工作液从喷嘴斜向上喷射到抛光轮外缘表面，流经抛光轮与工件形成的工作间隙；加载输入的数控程序，其功能范围应使抛光轮磨头的运动轨迹覆盖整个待加工工件表面；启动电源，使阳极棒接通正极，工件接通负极；工作液中在沿着抛光轮流至阴极位置时，其中的电解液与磁流变液分流，金属阳离子接负电在阴极上沉积结晶；磁流变液在通过工作间隙之后，流入回收装置，进入工作液回收罐，并经泵输送经管道再次送入阳极腔。在抛光轮与工件加工面间隙处，磁场产生缎带突起形成“柔性抛光膜”，对工件材料进行微观整平去除，达到抛光的目的，通过调节电流大小可以控制“柔性抛光膜”的形状、大小和硬度等特征，以及数控程序中调整工件与抛光轮的间隙以实现微小区域的抛光，提高抛光精度和表面质量，最终在曲面表面形成高质量均匀涂层。所述的工艺参数：圆形喷嘴口径2mm，喷嘴与阴极距离为2-5mm，电流密度200-500A/dm2，工作液流速5-10m/s。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1）利用磁流变抛光与射流电沉积同为射流加工的相同点，将二者加工机理巧妙结合互补，利用同一设备（喷嘴、工作液回收装置、循环装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁流变‑射流电沉积原理的曲面加工装置，其特征在于，包括数控工作台模块、抛光轮及其传动模块、喷嘴系统、循环模块和磁场发生模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁流变-射流电沉积原理的曲面加工装置，其特征在于，包括数控工作台模块、抛光轮及其传动模块、喷嘴系统、循环模块和磁场发生模块。2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变-射流电沉积原理的曲面加工装置，其特征在于，所述包括数控工作台模块包括可实现X向和Y向数控运动的工作台和龙门立柱，其曲面型工件通过锁紧装置和摆动模块装夹在龙门立柱上；抛光轮及其传动模块由抛光轮和传动装置两部分组成，均安放在机床工作平台，抛光轮尺寸由喷嘴与阴极距离调节确定，抛光轮和工件之间要形成一个可调间隙，传动装置调节抛光轮转速，保证抛光轮的平稳转动；磁场发生模块由铁芯，线圈和可控电源组成，通过电流调节磁场的强度，磁场发生模块为对称配置，放置在抛光轮两侧；喷嘴系统采用工程塑料制成，由阳极腔和喷嘴两部分组成，阳极腔的下端密封垫圈和密封盖固定密封，中间固定有阳极棒，上端通过连接管与喷嘴相连，工作状态下工作液从阳极腔进液口流入从喷嘴喷出，喷嘴向上延长方向应与抛光轮曲面切面方向重合，保证喷射出工作液与抛光轮曲面重合，喷嘴安装在工作台喷嘴旋转支架导轨上，可自由调节喷嘴的入射角度，并可沿导轨调节喷嘴与抛光轮的距离以改变工作液束流长度；循环模块由工作液收集器、工作液回收罐、泵体、调速阀组成，抛光轮侧面装有工作液收集器，主要用于收集发生沉积并抛光后的工作液，收集器回收后将磁流变液又送回回收罐中重新进行搅拌、过滤，保证抛光区的工作液的均匀性，使抛光能够稳定进行。3.根据权利要求2所述的一种基于磁流变-射流电沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：范晖，赵阳培，王善奎，田宗军，王林，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32