本发明专利技术属于电化学加工领域，并具体公开了一种金属件微细结构磨料射流电化学加工系统与方法。所述系统包括机架、三维数控机床、喷射磨料装置、电解液供给装置，所述机架用于固定所述三维数控机床；所述三维数控机床用于固定金属件和所述喷射磨料装置，所述喷射磨料装置包括喷头单元、管状电极以及可编程脉冲电源。所述方法包括：调整金属件和喷射磨料装置之间的相对位置，对金属件表面涂层进行微细结构磨料射流加工后，开启可编程脉冲电源，对除去表面涂层的金属件进行微细结构磨料电解加工。本发明专利技术组合了磨料射流和磨料电解工艺的优点，只需一次对刀，在时间上分段进行微细结构射流加工和微细结构磨料电解加工，具有工作效率高、精度高等特点。
【技术实现步骤摘要】
一种金属件微细结构磨料射流电化学加工系统与方法
本专利技术属于电化学加工领域，更具体地，涉及一种金属件微细结构磨料射流电化学加工系统与方法。
技术介绍
随着精密器械产品朝着高性能、高可靠性以及集成化的方向快速发展，在产品零件中出现了大量形状各异的微结构，对于航空航天、精密器械产品中广泛存在的尺寸在0.1mm～1.5mm之间的微细孔、窄槽、细缝、微型凹坑、微细刻痕等微结构的加工，目前已经发展了多种微尺度加工方法，主要有微细切削加工技术和微细特种加工技术，其中微细特种加工技术占据主导地位，主要包括微细电火花加工、微细电解加工、激光加工、LIGA技术、电子束加工、离子束加工以及它们的复合、组合加工。每一种制造技术都有其显著的优点，也有其自身的局限性，例如电子束加工、离子束加工易于实现超精密微细加工，加工精度高，而且由于加工是在真空中进行，加工表面质量也好，但加工成本较高；LIGA技术能够制造出深宽比大于500、表面粗糙度在亚微米范围的三维立体金属微结构，倍受当今研究人员关注，但其必须使用高强度、高准直度的X射线光源和特制的掩模板，成本极高，且很难用于斜面、阶梯面、自由曲面的微结构件加工，同时由于LIGA技术采用电铸工艺，能被其加工的金属零件材料种类也受到限制，一般为镍和铜，因此在工业应用中也受到限制。而激光微细加工、微细电火花加工近些年来虽都取得了显著进展，易于实现加工过程自动化，对于特殊微结构和难切削材料零件的加工极为有利，但由于受加工原理的制约，加工表面容易产生微裂纹、残余应力和变质层，由此影响了零件使用的可靠性，从而限制了该技术在某些产品中的应用，为使加工后不产生表面缺陷，人们对改进工艺条件、优选工艺参数作了许多努力，但至今仍未能从根本上解决问题。电解加工，特别是电液束(或称电射流)小孔加工，效率较高、而且是公认的“三无”(无再铸层、无残余应力、无微裂纹)加工技术，美国、英国、俄罗斯等早已成熟应用于航空发动机叶片等零件的小孔加工，我国近几年来也开始得到应用，比较成功地解决了再铸层问题。加工过程中，被加工件接正极，在呈收敛形状的绝缘玻璃管喷嘴中有一金属丝或金属管接负极，在正、负极间加100～1000V高压直流电，小流量耐酸高压泵将净化了的电解液压入导电密封头进入玻璃管电极中，被“负极化”后，高速射向加工工件的待加工部位，进行“切削”加工。但是，现有技术中，由于电解液喷头与工件之间具有一定的间隙，在加工过程中阻抗大，为了克服该阻抗，必须采用高压直流电将电解液“负极化”后，高速射向加工工件的待加工部位，进行“切削”加工。此外，专利CN109365932A公开了一种带热障涂层叶片气膜孔激光电解组合微细加工新方法及装置，该方法采用先用激光加工的方法去除不导电的热障层，再用电解加工的方法在对金属基体进行加工，这种方法对于单个气膜孔只需要一次定位，实现各种不同工艺的分时原位加工。但是，该方法需要采用紫外激光器和电解加工两套系统，系统复杂，成本较高；同时，激光加工不可避免地带来热影响区，单纯的电解加工效率较低。因此，本领域亟待提出一种金属件微细结构磨料射流电化学加工方法，以克服现有技术中激光加工、电火花加工等方法带来的热影响、微裂纹和重铸层等问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种金属件微细结构磨料射流电化学加工系统与方法，其中结合电化学加工自身的特征及其金属件维系结构加工工艺特点，相应设计了金属件微细结构磨料射流电化学加工系统，并对其关键组件如三维数控机床、喷头单元、管状电极、可编程脉冲电源及磨料电解液输出控制单元的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可实现在一次对刀的情况下，在时间上分段进行微细结构射流加工和微细结构磨料电解加工，同时通过将微细结构射流加工和微细结构磨料电解加工两个工艺进行结合，避免了高压电源的使用，从而减少了加工过程中的热影响、微裂纹和重铸层，提高了加工的质量、精度和效率，因而尤其适用于表面带有涂层的金属件微细结构的加工。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种金属件微细结构磨料射流电化学加工系统，包括机架、三维数控机床、喷射磨料装置、电解液供给装置，其中，所述机架用于固定所述三维数控机床；所述三维数控机床用于固定金属件和所述喷射磨料装置，并根据加工需要实时调整金属件和所述喷射磨料装置之间的相对位置；所述喷射磨料装置包括喷头单元、管状电极以及可编程脉冲电源，所述喷头单元固定设于所述三维数控机床上，所述管状电极一端与所述喷头单元固定连接，另一端用于加工金属件，所述可编程脉冲电源一端与所述喷头单元连接，另一端与金属件连接；所述电解液供给装置包括磨料电解液存储箱和磨料电解液输出控制单元，所述磨料电解液存储箱通过管道与所述喷头单元连接，所述磨料电解液输出控制单元设于所述管道上，用于根据需要将放置于所述磨料电解液存储箱中的电解液输送至所述喷头单元；工作时，所述磨料电解液输出控制单元将放置于所述磨料电解液存储箱中的电解液输送至所述喷头单元，电解液经过所述管状电极导流和加速后喷射至金属件上，完成金属件表面涂层的微细结构射流加工，然后开启所述可编程脉冲电源，对除去表面涂层的金属件进行微细结构磨料电解加工。进一步的，所述可编程脉冲电源为脉冲频率不大于300KHz、峰值电压不大于30V、占空比为20％～80％的脉冲电源。进一步的，所述磨料电解液输出控制单元包括通过管道依次相连的隔膜泵、压力表和方向阀，所述隔膜泵通过管道与所述磨料电解液存储箱连接，所述方向阀通过管道与所述喷头单元连接。进一步的，所述磨料电解液输出控制单元还包括蓄能器和过滤器，所述蓄能器设置在连接所述隔膜泵和所述压力表之间的管道上，所述过滤器设置在连接所述磨料电解液存储箱与所述隔膜泵的管道上；进一步的，所述磨料电解液输出控制单元还包溢流阀，所述溢流阀一端通过管道与所述磨料电解液存储箱连接，另一端通过管道与连接所述隔膜泵和压力表之间的管道连接。进一步的，所述磨料电解液存储箱包括搅拌器、磨料电解液存储箱体以及搅拌电机，所述搅拌器设于所述磨料电解液存储箱体内，所述搅拌电机用于驱动所述搅拌器转动，使得放置于所述磨料电解液存储箱体中的电解液均匀分布。进一步的，所述机架包括支撑架、底座及悬臂，所述支撑架的一端与所述底座连接，另一端与所述悬臂连接，所述底座与悬臂平行设置；所述三维数控机床包括Y轴数控工作台、X轴数控工作台以及Z轴数控工作台，所述Y轴数控工作台设于所述底座上方，所述X轴数控工作台设于所述Y轴数控工作台上方，用于固定待加工的金属件，并驱动待加工的金属件沿X轴和Y轴运动；所述Z轴数控工作台设置在所述悬臂的底部，用于固定所述喷头单元，并驱动所述喷头单元沿Z方向运动。进一步的，所述X轴数控工作台上设有电解工作平台，所述电解工作平台用于固定金属件；进一步的，所述电解工作平台上还设有夹具，所述夹具用于夹持金属件；进一步的，所述X轴数控工作台上还设有电解工作箱，所述电解工作箱的底部通过管道与所述磨料电解液存储箱连接。按照本专利技术的另一个方面，提供一种金属件微细结构磨料射流电化学加工系统的加工方法，包括以下步骤：S1根据金属件微细结构的图案，生成三维数控机床的运动路径；S2通过三维数控机床调整金属件和喷射磨料装置之间的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属件微细结构磨料射流电化学加工系统，其特征在于，包括机架、三维数控机床、喷射磨料装置、电解液供给装置，其中，所述机架用于固定所述三维数控机床；所述三维数控机床用于固定金属件和所述喷射磨料装置，并根据运动路径进行运动，以实时调整金属件和所述喷射磨料装置之间的相对位置；所述喷射磨料装置包括喷头单元(12)、管状电极(13)以及可编程脉冲电源(9)，所述喷头单元(12)固定设于所述三维数控机床上，所述管状电极(13)一端与所述喷头单元(12)固定连接，另一端用于加工金属件，所述可编程脉冲电源(9)的负极与所述喷头单元(12)连接，正极与金属件连接；所述电解液供给装置包括磨料电解液存储箱(7)和磨料电解液输出控制单元，所述磨料电解液存储箱(7)通过管道与所述喷头单元(12)连接，所述磨料电解液输出控制单元设于所述管道上，用于根据需要将放置于所述磨料电解液存储箱(7)中的电解液输送至所述喷头单元(12)；工作时，所述磨料电解液输出控制单元将放置于所述磨料电解液存储箱(7)中的电解液输送至所述喷头单元(12)，电解液经过所述管状电极(13)导流和加速后喷射至金属件上，完成金属件表面涂层的微细结构射流加工，然后开启所述可编程脉冲电源(9)，对除去表面涂层的金属件进行微细结构磨料电解加工。...
【技术特征摘要】
1.一种金属件微细结构磨料射流电化学加工系统，其特征在于，包括机架、三维数控机床、喷射磨料装置、电解液供给装置，其中，所述机架用于固定所述三维数控机床；所述三维数控机床用于固定金属件和所述喷射磨料装置，并根据运动路径进行运动，以实时调整金属件和所述喷射磨料装置之间的相对位置；所述喷射磨料装置包括喷头单元(12)、管状电极(13)以及可编程脉冲电源(9)，所述喷头单元(12)固定设于所述三维数控机床上，所述管状电极(13)一端与所述喷头单元(12)固定连接，另一端用于加工金属件，所述可编程脉冲电源(9)的负极与所述喷头单元(12)连接，正极与金属件连接；所述电解液供给装置包括磨料电解液存储箱(7)和磨料电解液输出控制单元，所述磨料电解液存储箱(7)通过管道与所述喷头单元(12)连接，所述磨料电解液输出控制单元设于所述管道上，用于根据需要将放置于所述磨料电解液存储箱(7)中的电解液输送至所述喷头单元(12)；工作时，所述磨料电解液输出控制单元将放置于所述磨料电解液存储箱(7)中的电解液输送至所述喷头单元(12)，电解液经过所述管状电极(13)导流和加速后喷射至金属件上，完成金属件表面涂层的微细结构射流加工，然后开启所述可编程脉冲电源(9)，对除去表面涂层的金属件进行微细结构磨料电解加工。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可编程脉冲电源(9)为脉冲频率不大于300KHz、峰值电压不大于30V、占空比为20％～80％的脉冲电源；所述管状电极(13)的表面设有绝缘层。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磨料电解液输出控制单元包括通过管道依次相连的隔膜泵(4)、压力表(2)和方向阀(3)，所述隔膜泵(4)通过管道与所述磨料电解液存储箱(7)连接，所述方向阀(3)通过管道与所述喷头单元(12)连接。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述磨料电解液输出控制单元还包括蓄能器(1)和过滤器(6)，所述蓄能器(1)设置在连接所述隔膜泵(4)和所述压力表(2)之间的管道上，所述过滤器(6)设置在连接所述磨料电解液存储箱(7)与所述隔膜泵(4)的管道上；进一步的，所述磨料电解液输出控制单元还包溢流阀(5)，所述溢流阀(5)一端通过管道与所述磨料电解液存储箱(7)连接，另一端通过管道与连接所述隔膜泵(4)和压力表(2)之间的管道连接。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磨料电解液存储箱(7)包括搅拌器(19)、磨料电解液存储箱体以及搅拌电机(8)，所述搅拌器(19)设于所述磨料电解液存储箱体内，所述搅拌电机(8)用于驱动所述搅拌器(19)转动，使得放置于所述磨料电解液存储箱体中的电解液均匀分布。6.根据权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊良才，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。