[發明專利]一種金屬材料表面納米級形貌加工方法及裝置

有效

• 申請號: 201710722593.6
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107398783B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 倪敬;楊永豐;蒙臻;何利華
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04;B24B41/06;B24B47/14;B24B47/20
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

1.一種金屬材料表面納米級形貌加工方法，其特征在于：該方法具體如下：

步驟一、針對待加工金屬工件的材料，選擇不同材料的刀具；若待加工金屬工件為鈦合金，則選擇硬木材料的刀具；若待加工金屬工件為鋼，則選擇硬木、鋁合金或銅材料的刀具；

步驟二、將待加工金屬工件放置于工件平臺上，夾緊氣缸帶動夾具夾緊待加工金屬工件；

步驟三、調節超聲振動裝置的振動頻率以及振幅；

步驟四、XY驅動臺將金屬工件的初始加工位置定位到刀具正下方；啟動超聲振動裝置，使刀具在加工前振動；

步驟五、啟動微量進給裝置，刀具接觸金屬工件時停止微量進給裝置；XY驅動臺根據金屬工件的預設納米級形貌帶動金屬工件在X、Y方向上進給，同時再次啟動微量進給裝置按預設進給量進給，開始加工；刀具在向金屬工件進給時，抹掉并帶走了金屬工件上的分子或原子，而刀具也在金屬工件上涂抹并留下了刀具的分子或原子，向金屬工件表面傳質擴散成傳質膜，形成金屬工件表面的納米級形貌；要加工金屬工件的預設納米級形貌中下一個不連續位置時，微量進給裝置復位并停止；

步驟六、重復步驟五，直到加工完金屬工件的整個預設納米級形貌。

2.根據權利要求1所述的一種金屬材料表面納米級形貌加工方法，其特征在于：若金屬工件的材料為鈦合金，則預設進給量為100nm～500nm；若金屬工件的材料為鋼，則預設進給量為500nm～1.0μm。

3.一種金屬材料表面納米級形貌加工裝置，其特征在于：主要由水平方向移動的工件移動平臺、豎直方向移動的微量進給裝置、超聲振動裝置和刀具組成；所述的工件移動平臺包括XY驅動臺、工件平臺、工件夾具和夾緊氣缸；所述的XY驅動臺包括X向滾珠絲杠驅動裝置和Y向滾珠絲杠驅動裝置；工件夾具由夾緊氣缸驅動；工件平臺和夾緊氣缸由XY驅動臺同步驅動；所述的超聲振動裝置由微量進給裝置實現豎直方向的微量進給，超聲振動裝置產生振動施加在刀具上；所述的刀具為硬木、銅或鋁合金。

4.根據權利要求3所述的一種金屬材料表面納米級形貌加工裝置，其特征在于：所述的工件平臺兩側各設一個工件夾具和一個夾緊氣缸，兩個夾緊氣缸同步啟動或停止。

5.根據權利要求3所述的一種金屬材料表面納米級形貌加工裝置，其特征在于：所述X向滾珠絲杠驅動裝置和Y向滾珠絲杠驅動裝置的行程均為200mm，定位精度均為0.02mm，重復定位精度為0.01mm；夾緊氣缸的缸徑為12mm，行程為10mm。

6.根據權利要求3所述的一種金屬材料表面納米級形貌加工裝置，其特征在于：所述的微量進給裝置采用Z向滾珠絲杠驅動裝置，Z向滾珠絲杠驅動裝置的每轉進給量為100nm～1.0μm，X向滾珠絲杠驅動裝置和Y向滾珠絲杠的每轉進給量均為0.01mm～0.1mm。

7.根據權利要求3所述的一種金屬材料表面納米級形貌加工裝置，其特征在于：所述的超聲振動裝置主要由超聲波發生器、換能器和變幅桿組成；超聲波發生器產生大于或等于1MHz的振動信號，經換能器轉換為機械振動，再由變幅桿將振幅轉換為1～100nm級振幅，并傳遞給刀具。