本发明专利技术涉及一种大型复杂金属表面等离子体与脉冲放电复合抛光加工装置，目的是解决常规金属表面精密加工和抛光方法的不足及加工和抛光效率低、易产生加工应力和表层损伤等问题。该装置包括射频电源、射频电源匹配器、高压直流脉冲电源、脉冲电源极性调节装置、高压直流脉冲电源阻抗、等离子炬、加工保护罩、控制电路和联动机构；本发明专利技术是在大气压下对金属的表面的精密加工和抛光，不需要真空室和特制的抛光液，可降低设备成本并扩大其使用范围。加工效率是传统抛光方法的几倍，并且是无应力加工，无表面和亚表层损伤、无表面污染，抛光工件的表面粗糙度可达到Ra0.2μm。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种大型复杂金属表面等离子体与脉冲放电复合抛光加工装置，目的是解决常规金属表面精密加工和抛光方法的不足及加工和抛光效率低、易产生加工应力和表层损伤等问题。该装置包括射频电源、射频电源匹配器、高压直流脉冲电源、脉冲电源极性调节装置、高压直流脉冲电源阻抗、等离子炬、加工保护罩、控制电路和联动机构；本专利技术是在大气压下对金属的表面的精密加工和抛光，不需要真空室和特制的抛光液，可降低设备成本并扩大其使用范围。加工效率是传统抛光方法的几倍，并且是无应力加工，无表面和亚表层损伤、无表面污染，抛光工件的表面粗糙度可达到Ra0.2μm。【专利说明】大型复杂金属表面等离子体与脉冲放电复合抛光加工装置
本专利技术属于非接触法金属表面加工
，具体涉及一种大型复杂金属表面等 离子体与脉冲放电复合的抛光加工装置，能够在大气压条件下实现对金属表面的精密抛光 和加工。
技术介绍
金属材料表面抛光，分为接触式和非接触式。接触式抛光以人工手动直接研磨抛 光和加工磨削抛光为主，这些传统的机械抛光加工方法连同后来发展的机械-化学复合抛 光、金刚石超精密切削抛光等都存在传统接触式抛光加工的各种缺陷，不可避免的造成材 料表面组织的破坏，形成微裂纹，破坏材料晶格完整性，影响材料的表面质量。想得到较好 的无损高质量材料表面，还需要在加工原理上做出变化。 非接触式抛光能很好地解决金属材料表面的晶格完整性问题。其装置以电解抛 光、电火花抛光为主。传统电解抛光方法或采取低电压装置，或以高浓度电解液来进行，均 使用高浓度价格昂贵及有毒的溶液，抛光前必须花相当的时间先对待抛制品除脂、蚀刻、冲 洗等处理。抛光时间过长、需要相当大的电力与劳动力，对整个生产力与效能有负面的影 响。另外，高浓度的电解液处理不易，很容易对环境造成危害。抛光过程中还需要配置专门 的搅动装置以防止抛光液浓度不均匀，需要设置特定的抛光废弃物排出机构。抛光电解液 体要预热到一定的温度，并保持在一个恒定的温度下才能进行，抛光后还要再次清洗抛光 表面。另外抛光中阴极损耗大，抛光时要不断地有匹配装置提供足够的电解液，防止局部因 为缺乏电解液而产生震耳的"氢爆"声，不仅污染环境，综合成本也高。 金属的电火花抛光是利用脉冲放电，使待抛光表面的不平整部份得到整平。脉冲 放电的结果，使高出的部份熔解，而凹下的部份被熔解的金属填平的一种加工工艺。但此工 艺一般要求电极离工件非常接近，需要在一定的电解介质中进行，有时需要根据材料的表 面形状制作专门的电极，抛光过程中放电间隙非常小，抛光和加工效率极低。阳极上又经 常形成不导电的脆性氢氧化物薄膜，造成阳极钝化并且覆盖在整个加工表面上，使阳极的 腐蚀速度随时间按指数规律下降，生产效率大大降低。此外电极经常有损耗，需要制作新电 极。此抛光工艺一般比较耗时，成本高，而且对环境有污染等缺陷。 90年代初出现了一些新的非接触式的加工装置，如离子束抛光、电子束抛光等，依 靠物理方法从电极一侧发射离子束或者电子束到工件表面进行抛光，以及近年来的热门研 究工艺如等离子体化学辅助抛光方法在精密光学器件上的应用，以上抛光加工方法都是以 原子或分子级别去除材料，使表面加工质量上升到新高度。但是这些技术需要的环境支持 (需高真空）及过低的加工效率、设备价格昂贵，会产生有害的放射物和有毒反应气体等也 限制了自身的使用范围。
技术实现思路
本专利技术提供一种大型复杂金属表面等离子体与脉冲放电复合抛光加工装置，目的 在于实现大气压条件下金属表面的精密加工和抛光，并且加工效率高，能避免环境污染。 本专利技术提供的一种大型复杂金属表面等离子体与脉冲放电复合抛光加工装置，其 特征在于，该装置包括射频电源、射频电源匹配器、高压直流脉冲电源、脉冲电源极性调节 装置、高压直流脉冲电源阻抗、等离子体炬、加工保护罩、控制电路、工作台和联动机构； 工作台用于放置待抛光金属材料加工工件，加工保护罩用于罩在待抛光金属材料 加工工件上，以收集废弃的抛光物和气体，加工保护罩的上端留有用于加工的开口； 等离子炬包括石英管、石英管保护套、脉冲放电电极、电极绝缘保护套、进气装置、 第一电磁振荡加载装置、空心铜管螺旋线圈、第二电磁振荡加载装置； 放电电极、电极绝缘保护套、密封圈由内至外同轴固定，并均固定安装在进气装置 的顶部通孔内；在石英管的上端和石英管保护套一起固定安装在进气装置底部通孔内，进 气装置一侧还开有一个进气接口，实现等离子体发生气体和化学反应气体的进入；进气装 置、密封圈、放电电极、电极绝缘保护套、石英管保护套、石英管均同轴安装放置，且进气装 置（除进气接口处）内部与电极绝缘保护套和石英管保护套、石英管为密封安装，防止等离 子体发生气体和化学反应气体的泄漏； 在石英管的上部安装有第一电磁振荡加载装置，在石英管中部安装有空心铜管螺 旋线圈，空心铜管螺旋线圈紧密地缠绕在石英管的外壁上，空心铜管螺旋线圈内部可以通 冷却液；在进气装置外安装有一个外部封装绝缘保护套并将其接地，并将第一电磁振荡加 载装置和空心铜管螺旋线圈套在其内，以防止高压漏电和射频振荡等离子体对人体的影 响；在外部封装绝缘保护套的下端安装外部封装绝缘保护套端盖，石英管底部穿过外部封 装绝缘保护套端盖，且其外套下端安装有第二电磁振荡加载装置； 等离子炬中的空心铜管螺旋线圈的一极用于与射频电源的一输出极连接，另一极 用于与射频电源匹配器的一端连接，射频电源匹配器的另一端接入射频电源的另一输出 极，形成一个射频放电回路； 放电电极与高压直流脉冲电源阻抗一端电连接，高压直流脉冲电源阻抗另一端与 脉冲电源极性调节装置一极电连接，脉冲电源极性调节装置的另外一极与高压直流脉冲电 源一极电连接，高压直流脉冲电源的另外一极用于接入金属材料加工工件表面，形成一个 高压直流脉冲放电回路； 控制电路分别与射频电源、高压直流脉冲电源、脉冲电源极性调节装置、第一电磁 振荡加载装置、第二电磁振荡加载装置以及联动机构电信号连接，以实现对它们的控制； 等离子体炬安装在联动机构上，由联动机构按照加工路径带动等离子体炬在待抛 光金属材料加工工件表面移动，以实现大型金属材料复杂曲面的加工和抛光； 使用时在联动机构和等离子体炬连接的加工头部安装有加工曲面扫描装置，用于 扫描加工曲面信息反馈给计算机，并由计算机对应给出加工和抛光面的加工路径； 联动机构可以采用五自由度串联式机器手臂等机构实现。 本专利技术装置利用的是金属抛光材料凸起部位的阳极斑点效应对其进行去除，加工 过程是放电电弧等离子体与金属表面凸点的接触，不会对金属的其它表层组织有影响，不 存在表面晶格破坏、变质层、残余应力、应力集中等问题。 本专利技术克服传统电解抛光装置的不足，不需要在金属抛光表面涂上任何研磨液和 化学反应抛光液，无电极的损耗问题。本专利技术加工效率高，无需对待抛制品抛光前的除脂、 蚀刻、冲洗等前置处理，能直接抛光，避免因需预先表面处理，增加生产过程，造成不便及浪 费，还能避免环境污染等问题。 本专利技术克服电火花抛光装置的不足，可在大气压下产生大规模、高能量密度的等 离子体，不需要特制的电极，放本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金属表面等离子体与脉冲放电复合抛光加工装置，其特征在于，该装置包括射频电源(1)、射频电源匹配器(2)、高压直流脉冲电源(3)、脉冲电源极性调节装置(4)、等离子炬、加工保护罩(18)、控制电路(19)、工作台(20)和联动机构(24)；工作台(20)用于放置待抛光金属材料加工工件，加工保护罩(18)用于罩在待抛光金属材料加工工件(21)上，以收集废弃的抛光物和气体，加工保护罩(18)的上端留有用于加工的开口；等离子炬包括石英管(6)、石英管保护套(7)、脉冲放电电极(8)、电极绝缘保护套(9)、进气装置(10)、第一电磁振荡加载装置(11)、空心螺旋线圈、外部封装绝缘保护套(15)、外部封装绝缘保护套端盖(25)和第二电磁振荡加载装置(26)；放电电极(8)、电极绝缘保护套(9)、密封圈(13)由内至外同轴固定，并固定安装在进气装置(10)的顶部通孔内，石英管(6)的上端和石英管保护套(7)一起固定安装在进气装置(10)底部通孔内，进气装置(10)一侧还开有一个进气接口，用于与等离子体发生气体气源和化学反应气体气源连接；进气装置(10)、密封圈(13)、放电电极(8)、电极绝缘保护套(9)、石英管保护套(7)、石英管(6)均同轴放置，进气装置(10)除进气接口外内部保持密封，电极绝缘保护套(9)和石英管保护套(7)均为密封；在石英管(6)的上部安装有第一电磁振荡加载装置(11)，在石英管(6)中部安装有空心螺旋线圈，且空心螺旋线圈紧密地缠绕在石英管(6)的外壁上，空心螺旋线圈内部用于通冷却液；在进气装置(10)外安装有一个外部封装绝缘保护套(15)，并将第一电磁振荡加载装置(11)和空心螺旋线圈套在其内；在外部封装绝缘保护套(15)的下端安装外部封装绝缘保护套端盖(25)，石英管(6)底部穿过外部封装绝缘保护套端盖(25)，且其外套有第二电磁振荡加载装置(11)；等离子炬中的空心螺旋线圈的一极用于与射频电源(1)的一输出极连接，另一极用于与射频电源匹配器(2)的一端连接，射频电源匹配器(2)的另一端接入射频电源(1)的另一输出极，形成一个射频放电回路；放电电极(8)与高压直流脉冲电源阻抗(5)一端电连接，高压直流脉冲电源阻抗(5)另一端与脉冲电源极性调节装置(4)一极电连接，脉冲电源极性调节装置(4)的另外一极与高压直流脉冲电源(3)一极电连接，高压直流脉冲电源(3)的另外一极用于接入金属材料加工工件(21)表面，形成一个高压直流脉冲放电回路；控制电路(19)分别与射频电源(1)、高压直流脉冲电源(3)、脉冲电源极性调节装置(4)、第一电磁振荡加载装置、第二电磁振荡加载装置以及联动机构(24)电信号连接，以实现对它们的控制；等离子体炬安装在联动机构(24)上，由联动机构(24)按照加工路径带动等离子体炬在待抛光金属材料加工工件(21)表面移动，以实现整个金属材料复杂曲面的加工和抛光。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李建军，戴伟，黄齐文，赵航，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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