[發明專利]一種基于磁流變-射流電沉積原理的曲面加工裝置及其方法

在審

• 申請號: 201811175688.1
• 申請日: 2018-10-10
• 公開（公告）號: CN109355688A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 范暉;趙陽培;王善奎;田宗軍;王林
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: C25D5/08
• 分類號: C25D5/08;C25D5/22;C25D17/00;C25D21/18;B24B1/00;B24B13/00;B24B31/10
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本發明公開了一種簡單易行的磁流變?射流電沉積曲面加工方法及其裝置，提供了數控平臺的選擇范圍、設計簡單的工作液循環系統、組合夾具，工作液回收裝置，磁場控制裝置，拋光輪及其傳動裝置固定裝置，并制定了簡單易行的操作原則和方法。

技術領域

本發明涉及一種基于磁流變-射流電沉積原理的曲面加工裝置及其方法。

背景技術

先進表面工程技術領域，射流電沉積技術是一種具有較好應用前景的低成本涂層制作方法，具有工藝簡單、加工速度快、操作方便、鍍層種類多等優點。不過由于電沉積加工中存在的邊緣效應導致了電場分布不均勻，造成局部優勢生長，晶粒粗大，形成枝狀晶甚至結瘤等沉積衍生物，使鍍覆沉積層不均勻，導致沉積層整平性較差，質量惡化。對于復雜幾何特征下的異形曲面加工，特別是航天、衛星等應用的光學精密反射鏡所使用的球面加工或凹面加工，其鍍覆的均勻度和沉積質量更難以把握。

為了獲得復雜曲面晶粒細化且表面光整的沉積層，技術人員采取了許多方法，如對沉積面進行整平化機加工后處理，如銑削、磨削或電火花線切割電沉積表面。該法可保證尺寸要求，但延長了加工時間，易造成沉積層分層剝離，存在質量隱患。對于幾何形狀較為復雜的曲面加工，會增大加工難度；又如采用游離微珠輔助磨技術、研磨射流電沉積技術也有助于改善此問題。但該法但多用于柱狀回轉體的外壁加工，并不適于曲面及凹面加工，同時因需要直徑約1mm的研磨陶瓷珠，所需加工設備比較復雜，工序較繁復。綜合以上分析，現有的電沉積輔助整平方法并不理想，或方法簡便效果不明顯，或效果良好裝置復雜、可操作性低，極大的限制了電沉積技術在曲面加工中的廣泛應用。

目前，光學精密加工中使用的磁流變拋光技術為曲面電沉積加工質量的提高提供了解決思路。磁流變拋光技術是利用磁流變拋光液進行拋光的一種超精密加工方法。磁流變液主要由離散的微米級磁性顆粒、拋光粉和載液等組成。在無外加磁場時，磁性微粒無規則分布，磁流變液為可流動液體狀態；而在外加磁場作用下，磁性微粒呈鏈狀分布，表現為類似固體的性質；撤除磁場后，又會立刻恢復原液體性質。磁流變拋光技術正是利用磁流變拋光液在梯度磁場中發生流變而形成的具有粘塑行為的柔性“小磨頭”與工件之間快速的相對運動，使工件表面受到很大的剪切力，從而使工件表面材料被去除。與傳統拋光方法相比，磁流變拋光技術可實現近零亞表面損傷和納米級精度拋光，通常可作為光學零件加工的最后一道工序。

通過對比發現，射流電沉積技術與磁流變拋光技術有著重要的相似之處：1. 二者都通過液體射流進行加工，即通過噴嘴將加工液體介質-磁流變液和電解液以一定速度噴向加工表面，完成加工過程；2. 加工液體中都含有微粒。磁流變液中含有磁性微粒，可用于對加工面微觀凸起進行銑削、磨削，而電解液射流中也可混雜復合顆粒，例如氧化鋁和碳化硅等微納尺度陶瓷微粒，或可作為增強相共沉積加入沉積層內部提高沉積層力學性能，或可通過改善電場分布和結晶過程來細化晶粒，達到光整沉積表面的目的。此類應用已有諸多報道；3. 加工目的類似，都是為獲得平整、致密、質量較好的加工表面。射流電沉積的加工特點是可以獲得極高的極限電流密度，從而提高過電位和形核率，減小晶粒尺寸，得到細化致密的沉積表面。而磁流變拋光技術則是利用微小顆粒對加工表面實現微量去除。只不過從加工效果上有所區別，射流電沉積屬于增材加工范疇，而磁流變拋光則為減材加工加工領域，但同時也為二者的互補提供了可行性。

綜上三點相似之處不難發現，磁流變拋光具有的柔性、可控性、以及對工件表面的保護性為射流電沉積高速沉積后帶來的鍍層均勻性問題提供了有效的解決途徑。同時，二者的加工方式都屬于射流性特殊加工，導致加工設備比較類似，都具有噴嘴、含有一定微粒的工作液、以及液體循環、回收裝置，這一相似性為二者的結合提供了可靠的客觀基礎。因此，我們的技術方案是將二者有機結合，形成一種新的復合加工技術，加工過程中主要包含兩個工作環節：電沉積環節和拋光環節。首先數控機床的XYZ軸聯動，控制噴嘴將電解液噴射在工件表面，產生射流電沉積涂層；然后通過磁流變去除機理，工作液中的磁微粒在拋光輪的作用下銑削拋光電沉積中產生的微觀凸起。

發明內容