[發明專利]面向復雜曲面加工的三電極體系可控電化學輔助力流變超精密拋光裝置

在審

• 申請號: 201911085505.1
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN110757257A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 呂冰海;江亮;王佳煥;周亞峰;陳宇山;邵琦;袁巨龍
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學;西南交通大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B41/06;B24B41/00;C09G1/02
• 代理公司: 33241 杭州斯可睿專利事務所有限公司
• 代理人: 王利強

一種面向復雜曲面加工的三電極體系可控電化學輔助力流變超精密拋光裝置，包括工作電極模塊、對電極模塊、參比電極模塊、電化學工作站、力流變拋光機、拋光液池和力流變拋光液，工作電極模塊固定安裝在力流變拋光機上，拋光工件作為工作電極與拋光液池內的力流變拋光液接觸，與電化學工作站連接；對電極模塊固定安裝在力流變拋光機上，對電極與力流變拋光液接觸，與電化學工作站相連；參比電極模塊固定安裝在力流變拋光機上，參比電極與力流變拋光液接觸，與電化學工作站相連。本發明通過優化電化學反應和力流變機械力的協同作用，實現復雜曲面高表面完整性加工。同時，力流變拋光液是水基溶液，比熱容大，可以有效抑制熱的影響。

技術領域

本發明屬于超精密加工領域，涉及一種面向復雜曲面加工的三電極體系可控電化學輔助力流變超精密拋光裝置，使用電化學工作站和三電極體系對拋光工件表面電化學反應過程進行精確調控，與力流變拋光液形成的柔性固著磨具協同配合，實現復雜曲面綠色、高質、高效加工。

背景技術

高性能滾動軸承、高表面完整性發動機葉輪、高精度金屬反射鏡、超光滑模具以及高表面質量刀具等零部件是決定軌道交通、航空航天、國防軍事、機械制造等領域的高端裝備能否安全可靠服役的關鍵。它們的核心工作部分主要是復雜曲面，其精度和表面完整性直接決定了產品的性能、質量和可靠性。與世界先進水平相比，我國裝備制造業仍存在較大差距，主要原因之一為上述關鍵部件核心工作面的精度和表面完整性無法達到性能要求，產品可靠性低。下面簡要介紹上述關鍵部件中復雜曲面的應用背景和超精密加工需求：

1)高性能滾動軸承。軸承主要由內外圈、保持架和滾動體組成，其中內外圈的滾道和保持架屬于凹槽面，滾動體的表面則屬于球面或圓弧面。隨著科技的發展，對軸承的穩定性、可靠性等服役要求越來越高，軸承常見的失效形式包括磨損、塑性變形，主要是零部件表面粗糙度高、滾動體形狀精度低等原因造成的。因此，亟需發展新的控形控性超精密加工技術，實現高性能滾動軸承復雜曲面高精度加工。

2)高表面完整性發動機葉輪。航空發動機葉輪和現代船舶推進系統葉輪通常采用復雜的變曲率截面設計，以維持氣流穩定，減少氣流能量損失，提高工作效率，比如平板葉片、圓弧窄葉片、圓弧葉片、平板曲線后向葉片等。另外，隨著科技的發展，對葉輪表面完整性的要求越來越高，表面缺陷會造成氣流擾動，發熱量增大，推力減小等問題。因此，亟需發展新的控形控性超精密加工技術，實現發動機葉輪復雜曲面高表面完整性加工。

3)高精度金屬反射鏡。現代高精度金屬反射鏡的反射面通常是拋物面、雙曲面等弧形曲面，以滿足在特定角度下聚焦入射光，或者平行反射入射光需求。出于不同反射焦點距離的需要，金屬反射鏡的曲面由各種不同曲率的弧線構成。表面質量差的金屬反射鏡會產生散光、光型差等缺陷。因此，為了提高系統可靠性，需要有更精確的光學反射軌跡和更高的光線反射率，同時也帶來了更高的表面精度和表面光潔度加工要求。因此，亟需發展新的控形控性超精密加工技術，實現金屬反射鏡復雜曲面高精度加工。

4)超光滑模具。超光滑模具型腔為滿足使用需求，往往存在復雜的溝、槽、孔等變截面設計。模具的表面質量直接影響模具的使用壽命和工作使用效率，超光滑模具的澆筑和脫模時間遠遠小于普通模具。此外，模具的表面光潔程度也影響澆筑零件的美觀程度，表面質量差的模具會帶來毛邊、倒刺等缺陷。因此，亟需發展新的控形控性超精密加工技術，實現模具復雜曲面超光滑加工。

5)高表面質量高效刀具。現代加工中心的刀具往往具有非常復雜的刃口，如螺旋形前刀、階梯型刀具、圓錐球頭刀具、圓柱球頭刀具、梳刀等，復雜曲面刀具可以一次完成多步工序，減少走刀和換刀次數，可以成倍地提高效率，并減少加工出錯的概率。此外，刀具的表面質量極大地影響刀具的使用壽命，同時加工工件表面質量也與刀具表面質量直接相關。因此，亟需發展新的控形控性超精密加工技術，實現刀具復雜曲面高表面質量加工。