[發明專利]一種利用超聲波空蝕加工平板表面微坑的方法

有效

• 申請號: 201410465600.5
• 申請日: 2014-09-12
• 公開（公告）號: CN104191156A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 許志武;張博;馬琳;薄俊蘭;閆久春
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23P9/00
• 分類號: B23P9/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及加工平板表面微坑的方法。

背景技術

在機械設備中，由各種摩擦副(如缸套、軸承)來實現不同的運動和功能。降低各摩擦副的表面粗糙度從而提高耐磨性是提高摩擦副零部件的使用壽命的最主要手段。而受到加工精度的影響，材料表面粗糙度的降低到達了極限。因此，常采用在摩擦副表面加工一系列獨立微坑，這些微坑結構在摩擦副中，由于壓力室的存在，總能有潤滑油被引到摩擦副的兩個相對運動面形成流體潤滑膜，從而能極大地減少摩擦副的摩擦與磨損，有效的保證摩擦副的壽命。為此，人們提出了一些表面微坑的加工方法及裝置。

中國專利00117761.3提出了一種利用在工具頭上施加超聲振動的方法來加工表面微坑，該加工方法采用單個工具頭或矩陣工具頭或蜂窩狀工具頭沿摩擦副工作表面徑向施加振動頻率f>18kHz的超聲振動，壓力大于6N/cm²，在摩擦副工作表面形成深度一致的25％～35％的微坑。

中國專利00267402.5提出了一種蜂窩狀點坑數控恒力進給成型機。該機構包括機床本體、鏜桿、振動沖擊微坑加工裝置和缸套夾具，其中振動沖擊微坑加工裝置具有機架，在機架上設有電機、刀桿，電機經皮帶輪及皮帶接傳動輪，傳動輪偏心軸與滑塊相接，刀桿一端設有滑道并與滑塊相接，刀桿另一端設有刀具，刀桿與機架由轉動軸相接。微坑加工時，缸套以轉速n回轉，微坑加工工具頭以進給量f進給。這些參數均由數控系統改變，通過編程進行自動控制。微坑加工裝置的啟動和停止也有數控系統控制。當微孔加工裝置開始進給時，數控系統發出指令，使微坑加工裝置開始工作，矩陣工具頭開始振動，即矩陣工具頭一邊作進給運動，一邊作徑向振動，完成微孔的加工。

中國專利02111930.9提出了一種數控激光成型的方法。該成型裝置是由一個電動機通過第一副小齒輪、大齒輪、滾珠絲杠帶動激光主軸進行直線運動；另一個電動機通過第二副小齒輪、大齒輪帶動傳動軸旋轉，再通過第三副小齒輪、大齒輪將傳動軸的轉動傳遞到機床工作臺傳動軸，帶動工作臺的轉動；夾具安裝在工作臺上，工件卡在夾具中；數控系統控制兩個電動機的轉速，控制激光主軸和工作臺的運動速度，從而在工作表面形成相互獨立、深度一致、數以千計的微坑。

中國專利200610096707.2提出了一種電解加工的方法。該加工方法是用一個帶有貫穿群孔結構、表面附有屏蔽膜的工具陰極與工件相向放置。電解加工時，通過工具陰極的貫穿群孔向工件陽極均勻噴射電解液，從而在工件表面形成與陰極群孔結構排列一致的微凹坑。該加工裝置包括屏蔽膜、工具陰極、電解液和電解電源，且工具陰極需要用金屬基板涂覆光刻膠并進行光刻，加工較復雜。微坑的排列由工具陰極決定，不同的排列方式與不同的工件需加工不同的工具陰極，成本較高。

中國專利201210125119.2提出了一種基于激光沖擊波的高效微凹坑制造方法。該加工裝置包括激光器、聚焦透鏡、夾具、橡膠墊片、金屬網、墊塊、約束層、吸收層、工件、工作臺和控制系統；激光器正對于聚焦透鏡；在工件表面上依次往上放置吸收層、墊塊，金屬網和橡膠墊片，并整體安裝在夾具系統里；將夾具系統固定在工作臺上，工作臺和控制系統相連；約束層覆蓋在吸收層上。高能脈沖激光經過透鏡聚焦后，透過金屬網的微米尺度的微孔群，由于金屬絲的遮擋作用，形成多束微米尺度的激光束，多束微細激光繼續透過約束層，輻照在吸收層表面，吸收層吸收激光能量產生等離子爆炸形成高強度的沖擊波，約束層用來延長等離子爆炸的維持時間以提高沖擊波峰值壓力和延長沖擊波的持續時間，工件表面在微細激光束形成的強大沖擊波作用下，產生塑性變形，形成微凹坑。

由以上可知，目前加工表面微坑的方法大致可以分為三類。第一類是傳統的振動加工方法，這類加工方法主要是在車床上通過特制的工具頭對回轉表面進行振動加工從而在表面上形成陣列微坑，這類加工方法工藝復雜，效率低，且微坑的深度很難保持一致。第二類是激光加工方法，這種方法是先通過激光在工件表面進行打孔，然后進行珩磨的加工方法，這類加工方法工藝較復雜，且成本較高。還有一類是電解加工方法，這類加工方法需要先利用蝕刻技術加工出與所需微坑結構與排列一致的工具陰極，加工工藝復雜且效率較低。

發明內容

本發明要解決現有表面微坑加工工藝復雜、成本高及效率低的問題，而提供一種利用超聲波空蝕加工平板表面微坑的方法。

一種利用超聲波空蝕加工平板表面微坑的方法是按以下步驟完成的：