[發明專利]大型復雜金屬表面等離子體與脈沖放電復合拋光加工裝置

有效

• 申請號: 201410276148.8
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104108054A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 李建軍;戴偉;黃齊文;趙航
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于非接觸法金屬表面加工技術領域，具體涉及一種大型復雜金屬表面等離子體與脈沖放電復合的拋光加工裝置，能夠在大氣壓條件下實現對金屬表面的精密拋光和加工。

背景技術

金屬材料表面拋光，分為接觸式和非接觸式。接觸式拋光以人工手動直接研磨拋光和加工磨削拋光為主，這些傳統的機械拋光加工方法連同后來發展的機械-化學復合拋光、金剛石超精密切削拋光等都存在傳統接觸式拋光加工的各種缺陷，不可避免的造成材料表面組織的破壞，形成微裂紋，破壞材料晶格完整性，影響材料的表面質量。想得到較好的無損高質量材料表面，還需要在加工原理上做出變化。

非接觸式拋光能很好地解決金屬材料表面的晶格完整性問題。其裝置以電解拋光、電火花拋光為主。傳統電解拋光方法或采取低電壓裝置，或以高濃度電解液來進行，均使用高濃度價格昂貴及有毒的溶液，拋光前必須花相當的時間先對待拋制品除脂、蝕刻、沖洗等處理。拋光時間過長、需要相當大的電力與勞動力，對整個生產力與效能有負面的影響。另外，高濃度的電解液處理不易，很容易對環境造成危害。拋光過程中還需要配置專門的攪動裝置以防止拋光液濃度不均勻，需要設置特定的拋光廢棄物排出機構。拋光電解液體要預熱到一定的溫度，并保持在一個恒定的溫度下才能進行，拋光后還要再次清洗拋光表面。另外拋光中陰極損耗大，拋光時要不斷地有匹配裝置提供足夠的電解液，防止局部因為缺乏電解液而產生震耳的“氫爆”聲，不僅污染環境，綜合成本也高。

金屬的電火花拋光是利用脈沖放電，使待拋光表面的不平整部份得到整平。脈沖放電的結果，使高出的部份熔解，而凹下的部份被熔解的金屬填平的一種加工工藝。但此工藝一般要求電極離工件非常接近，需要在一定的電解介質中進行，有時需要根據材料的表面形狀制作專門的電極，拋光過程中放電間隙非常小，拋光和加工效率極低。陽極上又經常形成不導電的脆性氫氧化物薄膜，造成陽極鈍化并且覆蓋在整個加工表面上，使陽極的腐蝕速度隨時間按指數規律下降，生產效率大大降低。此外電極經常有損耗，需要制作新電極。此拋光工藝一般比較耗時，成本高，而且對環境有污染等缺陷。

90年代初出現了一些新的非接觸式的加工裝置，如離子束拋光、電子束拋光等，依靠物理方法從電極一側發射離子束或者電子束到工件表面進行拋光，以及近年來的熱門研究工藝如等離子體化學輔助拋光方法在精密光學器件上的應用，以上拋光加工方法都是以原子或分子級別去除材料，使表面加工質量上升到新高度。但是這些技術需要的環境支持(需高真空)及過低的加工效率、設備價格昂貴，會產生有害的放射物和有毒反應氣體等也限制了自身的使用范圍。

發明內容

本發明提供一種大型復雜金屬表面等離子體與脈沖放電復合拋光加工裝置，目的在于實現大氣壓條件下金屬表面的精密加工和拋光，并且加工效率高，能避免環境污染。

本發明提供的一種大型復雜金屬表面等離子體與脈沖放電復合拋光加工裝置，其特征在于，該裝置包括射頻電源、射頻電源匹配器、高壓直流脈沖電源、脈沖電源極性調節裝置、高壓直流脈沖電源阻抗、等離子體炬、加工保護罩、控制電路、工作臺和聯動機構；

工作臺用于放置待拋光金屬材料加工工件，加工保護罩用于罩在待拋光金屬材料加工工件上，以收集廢棄的拋光物和氣體，加工保護罩的上端留有用于加工的開口；

等離子炬包括石英管、石英管保護套、脈沖放電電極、電極絕緣保護套、進氣裝置、第一電磁振蕩加載裝置、空心銅管螺旋線圈、第二電磁振蕩加載裝置；

放電電極、電極絕緣保護套、密封圈由內至外同軸固定，并均固定安裝在進氣裝置的頂部通孔內；在石英管的上端和石英管保護套一起固定安裝在進氣裝置底部通孔內，進氣裝置一側還開有一個進氣接口，實現等離子體發生氣體和化學反應氣體的進入；進氣裝置、密封圈、放電電極、電極絕緣保護套、石英管保護套、石英管均同軸安裝放置，且進氣裝置(除進氣接口處)內部與電極絕緣保護套和石英管保護套、石英管為密封安裝，防止等離子體發生氣體和化學反應氣體的泄漏；

在石英管的上部安裝有第一電磁振蕩加載裝置，在石英管中部安裝有空心銅管螺旋線圈，空心銅管螺旋線圈緊密地纏繞在石英管的外壁上，空心銅管螺旋線圈內部可以通冷卻液；在進氣裝置外安裝有一個外部封裝絕緣保護套并將其接地，并將第一電磁振蕩加載裝置和空心銅管螺旋線圈套在其內，以防止高壓漏電和射頻振蕩等離子體對人體的影響；在外部封裝絕緣保護套的下端安裝外部封裝絕緣保護套端蓋，石英管底部穿過外部封裝絕緣保護套端蓋，且其外套下端安裝有第二電磁振蕩加載裝置；