[發明專利]陣列微坑電解加工方法及系統

無效

• 申請號: 201010205003.0
• 申請日: 2010-06-21
• 公開（公告）號: CN101862870A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 曲寧松;朱荻;錢雙慶
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23H3/00
• 分類號: B23H3/00;B23H11/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐小紅

技術領域

本發明涉及一種陣列微坑電解加工方法及系統，屬電解加工技術領域。

背景技術

機械零件的表面磨損是機械零件失效的主要形式之一，不僅浪費大量能源與資源，而且導致部件頻繁更換與維修，加快了設備的報廢，間接和直接地造成了大量的經濟損失，極大地影響了國民經濟的發展。據測算，紡織機械干摩擦所消耗的功率是其總功率的85％；汽車的功率消耗中，摩擦損失占48％，遠高于用于保持巡航的17％和用于加速的35％。據統計，2003年我國國民經濟生產總值為11694億元，摩擦磨損有關方面的花費按占國民經濟年生產總值的5％，其損失為584.7億元。由此可見，摩擦磨損造成的經濟損失是十分巨大的。減少摩擦磨損，降低設備維修次數和費用，從而提高資源的利用率，對于我們這個人均資源十分貧乏的國家具有戰略意義。其收益包括以下幾個方面：(1)減少能源消耗；(2)提高機器的功率輸出；(3)減少潤滑油的消耗；(4)減少有害氣體的排放；(5)提高機器及其零部件的使用壽命和可靠性；(5)減少對維護的需求，節省經濟成本。

改善機械系統的摩擦性能對提高機器的承載能力和使用壽命有著重要作用。工程實踐表明，通過改變潤滑油的化學成分以及降低潤滑油粘度可以減少潤滑油中硫、磷含量，降低環境污染；另一種合理的方法是對摩擦副工作表面進行精加工，如表面拋光、研磨等，從而達到減小摩擦副之間的摩擦損耗的目的，但受材料性質和加工精度的影響，粗糙度的提高已經達到了極限水平。表面工程技術的進步為更好地控制材料的摩擦學行為提供了多種有效的解決方法，其中表面織構技術作為精確表面工程在提高摩擦副承載能力以及抗磨減摩性能方面有著明顯的改善效果。大量的理論研究和工程實踐發現，合理的表面織構能夠產生流體動壓，儲存潤滑液，為表面提供潤滑、容納磨屑以及減少表面吸附力等效果。日本本田汽車株式會社的研究者利用粒徑40um陶瓷球高速噴射(v＞100m/s)的方法在活塞表面加工出平均深度為0.6um-1.8um的微小凹坑(micro-dimple)。運行120小時以后，發動機整體的機械損失降低了2％-2.6％。近兩年，隨著研究的不斷深入，研究人員已形成共識：摩擦副表面的微小凹坑陣列具有極佳的抗磨減摩性能。

近年來，國內外研究人員在摩擦副表面微坑陣列的制造領域傾注了極大地熱情。目前的表面微坑制造技術主要有自激振動加工方法、低頻振動沖擊加工方法、數控激光珩磨方法、電火花放電加工方法、超聲加工方法、松孔鍍鉻方法、微研磨方法和電解加工方法。

電解加工是一種基于陽極電化學溶解原理去除金屬材料的制造技術，具有加工范圍廣，生產效率高，表面質量好，工具無損耗等突出優點。用電解方法加工摩擦副表面微坑陣列效率高，而且表面質量好。根據國內外研究現狀，使用電解加工微細群坑、群孔等相似結構的方法主要有以下幾種：1)活動模板電解加工?；顒幽０迨怯山^緣層和金屬層構成，并帶有貫穿的群孔結構。加工過程中，金屬層作為工具陰極提供電場。該方法加工效率高，成本低廉，但是由于陰極側壁提供電場，所以雜散腐蝕比較大。2)雙極性電極電解加工。雙極性電極是在活動模板的絕緣層一側增加輔助陽極層，從而可以有效地減小雜散腐蝕，提高加工精度。但是輔助陽極層增加了模板的厚度，不利于電解產物的及時排出，而且，在多次加工后，輔助陽極層容易剝落，導致雙極性電極的重復利用率降低。3)群電極電解加工。群電極電解加工是使用一排電極分幾次加工陣列圖形或使用陣列群電極進行一次加工。該方法電極制作過程復雜，電極尺寸以及加工后陣列微坑尺寸的一致性很難保證。4)電液束加工。電液束加工屬于單點或單排加工，加工效率比較低。5)絕緣板掩模電解。絕緣板掩模電解是將帶圖案的絕緣板通過夾緊裝置與陽極貼緊后進行電解加工的一門特種加工工藝，加工效率高，可以一次同時在金屬基體表面加工數千到數萬個直徑幾十微米到幾百微米，深度為幾微米到幾十微米的微小凹坑，加工所需時間僅為幾秒鐘到幾分鐘。該方法工藝過程簡單，成本低廉，加工效率高。在以上多種電解微坑的方法中，絕緣板掩模電解加工中絕緣模板制作流程最簡易，可一次制作，多次使用，降低了加工成本，而且極大地提高了加工效率。