[發明專利]套筒類零件內曲面無掩膜微結構的加工方法

無效

• 申請號: 201010152927.9
• 申請日: 2010-04-22
• 公開（公告）號: CN101804488A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 王莉;丁玉成;郝秀清;郭方亮;王權岱
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23H3/00
• 分類號: B23H3/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明中的套筒類零件內曲面無掩膜微結構的加工方法，屬于電化學加工領域。

背景技術

表面形貌對潤滑接觸副的摩擦性能影響已成為摩擦副工程設計和應用中必須考慮的問題，摩擦系數是評價潤滑接觸副摩擦性能的重要參數。摩擦副表面微細結構的制造引起了國內外研究人員的普遍關注，對表面微結構作用的認識主要包括磨損顆粒吸收、蓄油及流體動力學等方面。

曲面摩擦副（如軸/軸承套，活塞環/缸體之間的摩擦副）作為摩擦副的一種，其表面微結構的加工比平面微結構的加工要更加困難，在曲面上加工微細結構比較有代表性的研究方法有：機床自激振動加工技術、激光珩磨技術、振動沖擊加工方法、超聲加工及陶瓷球噴射技術等，但這幾種方法都存在表面質量不高，加工工藝繁瑣，制造成本過高等問題。另外，隨著表面微結構向更小尺度、更高圖形密度延伸，激光加工等串行微結構工藝將面臨加工效率和加工成本的瓶頸，而且與曲面外表面微結構的加工相比，內表面微結構的加工更是限制了上述技術的應用。比如，在孔徑Φ50mm、寬度40mm的軸承內表面加工直徑及間距均為10mm的凹坑，則微特征數量將達到上千萬個，解決加工效率問題對串行本質的工藝將是一項頗具挑戰性的難題。

微細電解加工作為加工方式的一種，其主要優點包括：加工工件表面不存在熱變形、內應力和微裂紋等缺陷；可實現批量加工，成本低；與材料硬度無關等。微細電解加工可以分為有掩膜和無掩膜兩種形式，這里的有掩模和無掩模都是針對被加工表面而言的。無掩膜微細電解是研究各種能夠增強加工過程非線性效應的技術（如非線性工作介質、脈沖電流、多場復合加工等）在微尺度下影響加工定域性及工藝穩定性的機理，尋求在更小加工尺度和加工復雜程度方面的新突破，但此方法一般都采用微細探針作為陰極，加工成本高且效率低，嚴重限制了在工業上的應用。本專利正是基于無掩膜微細電解加工的原理，提出一種大面積、高效率、低成本、高質量的套筒類零件（如軸承套）內表面微結構加工方案。

發明內容?

本發明的目的是針對現有套筒類零件內表面微細結構加工技術的不足，提供一種高精度、高效率、低成本、大面積的無掩膜微結構加工方法。

一種套筒類零件內曲面無掩膜微結構的電解加工方法，包括下列步驟：

1）制作絕緣屏蔽膜：采用兩種方式：平面加工和曲面加工，平面加工絕緣屏蔽膜要求制得的絕緣屏蔽膜必須是柔性絕緣薄膜，其柔性絕緣薄膜的表面微結構通過刻蝕、激光加工方法制得，將平面加工制得的柔性屏蔽膜固定于圓柱體外表面，將附著在圓柱體上的絕緣屏蔽膜作為電解加工的圓柱體模具；曲面加工屏蔽膜通過浸漬涂膠及滾動光刻相結合的方法在圓柱體外表面制作微結構圖形，制得絕緣屏蔽膜，作為電解加工的圓柱體模具；

2）用夾持裝置固定圓柱體模具與套筒類零件，同時控制它們之間的間隙與同軸度；

3）用恒流泵控制電解液流動，使電解液充滿圓柱體模具與套筒類零件之間的間隙，并能夠均勻地流動于圓柱體模具與套筒類零件之間的間隙；

4）將圓柱體模具作為電解陰極，套筒類零件作為電解陽極，分別與高頻窄脈沖電源連接，通電實施電解；

5）電解結束時，先斷電，然后停止電解液的流動，從套筒類零件中退出圓柱體模具，并從夾持裝置上卸下套筒類零件，完成加工。

在圓柱體表面形成的絕緣屏蔽膜微結構的截面形狀為方形、圓形、菱形，尺寸大小可從微米級到毫米級。

圓柱體模具與套筒類零件間隙的大小控制在100微米以內，同軸度誤差控制在5微米以內。

??在套筒外部上面設置四個周向均布的出液孔同時出液，下面設置四個周向均布的進液孔同時進液，進液孔與出液孔在周向相差45°。

采用高頻窄脈沖電源以高頻窄脈沖周期性的間歇供電代替傳統的連續直流供電方式。

作為陽極的套筒類零件其表面無掩模，作為陰極的圓柱體模具可多次使用。采用平面柔性絕緣屏蔽膜或浸漬涂膠及滾動光刻相結合的方法，能在圓柱體外表面制作形成具有微細結構圖形的絕緣屏蔽膜，利用高頻窄脈沖微細電解加工的方式，最終能在無掩模的內曲面表面制造出微結構，更重要的是附著有電解屏蔽膜的圓柱體可作為模具，能夠多次重復利用，從而大大降低了加工成本。