[發明專利]一種鐵鉆工沖扣鉗輥子結構化表面的制備裝置及制備方法

有效

• 申請號: 201710773247.0
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107350809B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 張華;姜新東;房佳恒
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: B23P23/00
• 分類號: B23P23/00
• 代理公司: 蘇州周智專利代理事務所(特殊普通合伙) 32312
• 代理人: 李楊

1.一種鐵鉆工沖扣鉗輥子結構化表面制備裝置，其特征在于，該裝置包括電極運動系統(38)、輥子裝夾系統(39)、激光加工系統(36)和電解液循環系統(37)，所述電極運動系統包括多孔噴射電極(1)、電極基座(2)、絕緣套(3)、電機(6)、滑移架(8)、直線導軌(9)、滾珠絲杠(10)、立柱(11)和法蘭(31)，所述多孔噴射電極(1)安裝在電極基座(2)上，所述電極基座(2)通過法蘭(31)與滑移架(8)連接固定，所述直線導軌(9)固定在立柱(11)上，所述電機(6)固定在立柱(11)上端，與滾珠絲杠(10)連接，所述滑移架(8)與滾珠絲杠(10)連接，所述絕緣套(3)套裝在多孔噴射電極(1)上；所述輥子裝夾系統(39)包括夾具體(24)、分度盤(28)、分度盤底座(30)、活動頂針(23)，所述分度盤(28)安裝在分度盤底座(30)上，所述分度盤底座(30)裝在夾具體(24)左側，所述活動頂針(23)固定在夾具體(24)右側；所述激光加工系統(36)主要由激光器(7)、全反射鏡(4)和聚焦透鏡(5)組成，所述激光器(7)固定在立柱(11)上端，所述全反射鏡(4)固定在輥子(25)上方，所述聚焦透鏡(5)垂直固定在全反射鏡(4)和輥子(25)之間；所述電解液循環系統(37)主要由電解液池(18)、電解液(19)、過濾裝置(20)、輸液管(16)、回流管(21)、球閥(15)和水泵(17)組成，電解液池(18)底座固定在工作臺(26)上，所述輸液管(16)一端與法蘭(31)端口連接，另一端接入電解液池(18)中；

所述多孔噴射電極(1)與電極基座(2)裝配后形成內外兩層流道，內外兩層流道之間通過電極基座(2)的側壁通孔相連通；所述多孔噴射電極(1)和絕緣套(3)沿著周向一側都設有微小群孔，通過銷釘定位，使多孔噴射電極(1)的周向一側群孔和絕緣套(3)群孔位置相對應；所述多孔噴射電極(1)與法蘭(31)連接處有凹槽，用于安裝密封墊圈(34)，形成封閉空間；

所述夾具體固定于工作臺，所述分度盤(28)通過軸承(29)和分度盤底座(30)進行固定，所述分度盤(28)帶動輥子(25)的轉動，將銷子插到分度定位孔(27)和底座上的凹槽中可實現分度定位。

2.根據權利要求1所述的鐵鉆工沖扣鉗輥子結構化表面制備裝置，其特征在于，所述全反射鏡(4)將激光器(7)發出的激光束反射至聚焦透鏡(5)上，再由聚焦透鏡(5)將激光束聚焦到輥子(25)表面。

3.根據權利要求1所述的鐵鉆工沖扣鉗輥子結構化表面制備裝置，其特征在于，所述水泵(17)在電解噴射加工過程中提供電解液，通過調節球閥(15)來控制電解液的壓力；電解液池(18)中安裝有過濾裝置(20)。

4.一種鐵鉆工沖扣鉗輥子結構化表面的制備方法，其特征在于，該制備方法包括如下步驟：

1)將輥子安裝在夾具體上，利用夾具體左右兩側的分度盤與活動頂針固定，輥子與電源正極連接；

2)將多孔噴射電極安裝在電極基座上，再將絕緣套對位安裝在多孔噴射電解外側，多孔噴射電極與電源負極連接；

3)啟動激光器，調整聚焦透鏡將激光聚焦于輥子表面；

4)通過工作臺與分度盤的結合運動，利用脈沖激光對輥子外圓表面進行陣列刻蝕，完成結構化初始表面制備；

5)啟動電機，調整多孔電極的高度，控制工作臺，調整輥子與多孔噴射電極的相對位置和距離；

6)同時啟動水泵和電源，調整電解液壓力與電源電壓，多孔噴射電極噴射出電解液，實現輥子激光刻蝕表面的電化學拋光，獲得最終的結構化表面。

5.根據權利要求4所述的鐵鉆工沖扣鉗輥子結構化表面的制備方法，其特征在于，所述脈沖激光單脈沖能量50-100mJ，脈寬為12-16ms，頻率為1-5Hz；所述電解液為中性NaNO3溶液，濃度為20-30％，電解液壓力為0.5-1Mpa；所述電源電壓為50-80V；所述輥子與多孔噴射電極的距離為0.5-1mm；所述分度盤的分度精度為±0.05度。