一种基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法及控制系统技术方案

本发明专利技术涉及的基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法，包括用以对设置在电解液中的工件交替切换地实行第一加工段和第二加工段，其中，第一加工段为电解工件，第二加工段为将工件作为阴极并实施阴极析氢。该方法有效利用了电化学反应过程中阴极析氢这一特点，无需借助其他技术手段，便可有效去除加工间隙中的阳极不溶性产物，特别是粘附于阳极加工表面的不溶性产物，以解决加工间隙内阳极产物排出、电解液更新困难的问题，从而提高微尺度加工间隙内的传质速度、微细电解加工效率、改善加工表面质量和稳定性，并可实现大深宽比微结构的加工。

A method and control system for enhancing mass transfer efficiency in micro gap of electrochemical machining based on cathodic hydrogen evolution

【技术实现步骤摘要】
一种基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法及控制系统
本专利技术涉及一种基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法及控制系统。
技术介绍
精密化、微型化是现代工业产品的主流发展方向，而微细加工技术是实现产品微型化的支撑技术，也是衡量一个国家先进制造水平的重要评价指标之一。微细电解加工技术是一种基于电化学阳极溶解原理的微细制造方法，具有加工不受材料机械性能的限制、加工表面质量好、阴极无损耗、可重复使用等优点。鉴于以上这些优点，微细电解加工技术已成为微细制造领域最具发展前景的加工方法之一。然而，在微细电解加工过程中，阴阳两极之间的间隙(加工间隙)通常仅为数微米至数十微米，有时甚至处于亚微米量级，如此狭小的加工间隙使得加工过程中，间隙内电解产物排出十分困难，特别是阳极产生的絮状不溶性产物，极易粘附在阳极加工表面，造成加工间隙内的电解液更新困难，使得加工表面质量和稳定性降低，有时甚至会有火花和短路现象的发生，使得加工无法持续进行。因此，非常有必要强化电解加工微尺度加工间隙内传质速度的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质的方法，以解决加工间隙内阳极产物排出、电解液更新困难的问题，从而提高微细电解加工效率、改善加工表面的质量和稳定性。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法，包括用以对设置在电解液中的工件交替切换地实行第一加工段和第二加工段，其中，所述第一加工段为电解所述工件，所述第二加工段为将所述工件作为阴极并实施阴极析氢。进一步地，所述方法包括：提供插入至电解液中的微细电极和辅助电极；所述第一加工段具体为：将所述微细电极作为阴极，所述工件作为阳极，供电以使所述微细电极和所述工件之间形成回路；所述第二加工段具体为：将所述工件作为阴极，所述辅助电极作为阳极，供电以使所述工件和所述辅助电极之间形成回路。进一步地，所述第二加工段还包括，将所述微细电极作为阴极，供电以使所述微细电极和所述辅助电极之间形成回路。进一步地，在所述第一加工段中，采用超短脉冲电压；在所述第二加工段中，采用直流或高频窄脉冲电压。进一步地，所述超短脉冲电压为5.0V，脉冲频率为1MHz，脉冲宽度为80ns；所述高频窄脉冲电压为2.0V，脉冲频率为50KHz，占空比为50％。进一步地，所述微细电极为直径为50μm的钨棒，所述辅助电极为304不锈钢片且尺寸为30mm×30mm×1mm。进一步地，所述微细电极的下端面与所述工件的上表面之间的间隙设置为5μm作为初始加工间隙，在所述第一加工段，所述微细电极以恒定的速度v＝1.0μm向所述工件进给，在所述第二加工段，所述微细电极相对所述工件保持不动。本专利技术还提供一种实现所述的基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法的控制系统，用以对设置在电解液中的工件进行加工，所述控制系统包括用以插入在电解液中的微细电极和辅助电极以及分别与所述微细电极、所述辅助电极和所述工件电连接的供电装置，所述供电装置与所述微细电极、所述工件构成第一回路，所述供电装置与所述辅助电极、所述工件构成第二回路，所述控制系统还包括控制切换所述第一回路、所述第二回路中其中一个导通的切换开关，所述第一回路中，所述微细电极为阴极，所述工件为阳极；所述第二回路中，所述工件为阴极，所述辅助电极为阳极。进一步地，所述第二回路中还包括与所述工件并联并同时为阴极的所述微细电极。进一步地，所述切换开关为继电器。本专利技术的有益效果在于：本专利技术所提供的基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质的方法有效利用了电化学反应过程中阴极析氢这一特点，无需借助其他技术手段，便可有效去除加工间隙中的阳极不溶性产物，特别是粘附于阳极加工表面的不溶性产物，以解决加工间隙内阳极产物排出、电解液更新困难的问题，从而提高微尺度加工间隙内的传质速度、微细电解加工效率、改善加工表面质量和稳定性，并可实现大深宽比微结构的加工。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1为本专利技术所示的用以实现基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法的控制系统的结构示意图；图2为图1中电路板和继电器的结构示意图；图3为图1中继电器接通触点和微细电极进给量随时间变化的波形图，其中(a)为继电器接通触点随时间变化的波形图；(b)为微细电极进给量随时间变化的波形图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。请参见图1，本专利技术提供了一种用以实现基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法的控制系统，该控制系统用以对设置在电解液中的工件2进行加工。控制系统包括用以插入在电解液中的微细电极1和辅助电极3以及分别与微细电极1、辅助电极3和工件2电连接的供电装置。供电装置与微细电极1、工件2构成第一回路，在第一回路中，供电装置为超短脉冲电源6，提供超短脉冲电压，超短脉冲设置的电压为5.0V，脉冲频率为1MHz，脉冲宽度为80ns。供电装置与辅助电极3、工件2构成第二回路，在第二回路中，供电装置为直流或高频窄脉冲电源5，提供直流或高频窄脉冲电压，其中，高频窄脉冲设置的电压为2.0V，脉冲频率为50KHz，占空比为50％。第一回路中，微细电极1为阴极，工件2为阳极，以此实现对工件2的电解加工；第二回路中，工件2为阴极，辅助电极3为阳极，并且第二回路中还包括与工件2并联并同时为阴极的微细电极1，以此实现在工件2和微细电极1上实现阴极快速析氢，产生大量微气泡，从而使得工件2和微细电极1表面粘附的阳极产物剥落并被带离加工间隙。控制系统还包括控制切换第一回路、第二回路中其中一个导通的切换开关，切换开关为继电器，该继电器可编成控制其接通位置。具体的，请结合图2，控制系统的继电器设置的数量为两个，包括第一继电器7和第二继电器8，并且第一继电器7和第二继电器8固定在一个电路板4上，电路板4上设置有七个端口并且七个端口相对设置在电路板4的两侧，其中四个端口在一侧，将其标号为A、B、C、D，另外三个端口在另一侧，将其标号为E、F、G。继电器内设置有x、y、z三个触点，其中第一继电器7的x触点与电路板4的F端口连接，第一继电器7的y触点与电路板4的C端口连接,第一继电器7的z触点与电路板4的G端口连接，第二继电器8的x触点与电路板4的G端口连接，第二继电器8的y触点与电路板4的D端口连接,第二继电器8的z触点与电路板4的B端口连接，第一继电器7和第二继电器8的可编制控制选择性的接通x触本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法，其特征在于，所述方法包括用以对设置在电解液中的工件交替切换地实行第一加工段和第二加工段，其中，所述第一加工段为电解所述工件，所述第二加工段为将所述工件作为阴极并实施阴极析氢。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法，其特征在于，所述方法包括用以对设置在电解液中的工件交替切换地实行第一加工段和第二加工段，其中，所述第一加工段为电解所述工件，所述第二加工段为将所述工件作为阴极并实施阴极析氢。


2.如权利要求1所述的基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法，其特征在于，所述方法包括：提供插入至电解液中的微细电极和辅助电极；所述第一加工段具体为：将所述微细电极作为阴极，所述工件作为阳极，供电以使所述微细电极和所述工件之间形成回路；所述第二加工段具体为：将所述工件作为阴极，所述辅助电极作为阳极，供电以使所述工件和所述辅助电极之间形成回路。


3.如权利要求2所述的基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法，其特征在于，所述第二加工段还包括，将所述微细电极作为阴极，供电以使所述微细电极和所述辅助电极之间形成回路。


4.如权利要求2所述的基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法，其特征在于，在所述第一加工段中，采用超短脉冲电压；在所述第二加工段中，采用直流或高频窄脉冲电压。


5.如权利要求4所述的基于阴极析氢强化电解加工微间隙内传质效率的方法，其特征在于，所述超短脉冲电压为5.0V，脉冲频率为1MHz，脉冲宽度为80ns；所述高频窄脉冲电压为2.0V，脉冲频率为50KHz，占空比为50％。


6.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺海东，王春举，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32