蜂窝状微坑结构电解加工方法.pdf

本发明涉及一种蜂窝状微坑结构电解加工方法，属电解加工领域。该方法包括以下步骤：(1)制作一个带有贯穿群孔、表面附有屏蔽膜的工具阴极；(2)通过工具阴极的贯穿群孔向工件阳极加工表面均匀喷射电解液；(3)通电，对工件电解加工。本发明装置的特征在于：工具阴极具有上述结构，以及冲液方式。本发明的方法，具有生产效率高，表面质量好，制造成本低的特点。

1、  一种蜂窝状微坑结构电解加工方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、制作一个带有贯穿群孔结构、表面附有屏蔽膜的工具阴极(23)；
(2)、电解加工时，将制作好的工具阴极(23)与工件阳极(26)相对放置；
(3)、电解加工中，通过工具阴极(23)的贯穿群孔向工件阳极(26)加工表面均匀喷射电解液；
(4)、工件阳极(26)与工具阴极(23)之间通电，对工件电解加工。

蜂窝状微坑结构电解加工方法
技术领域
本发明的蜂窝状微坑结构电解加工方法，属电解加工技术领域。
背景技术
电解加工是一种特种加工技术，它是利用电化学阳极溶解原理去除材料的加工方法。其具有加工速度快，表面质量好，工具无损耗，不受材料强度、韧性、硬度等限制以及无宏观切削力等突出优点，在航空航天、兵器、汽车、模具等行业中得到了广泛的应用。
具有蜂窝状微坑的表面结构广泛应用于发动机气缸内表面作为改善滑动摩擦的途径，其制造方法通常采用目前常用的微坑加工方法有四种：①自激振动加工方法。在缸套工作表面保证有基本光滑面的情况下，利用加工过程中的自激振动作用在表面上产生沿螺旋方向均匀分布的微型凹坑。这种加工方法，工序多，效率低，振幅和频率调节比较麻烦，微坑大小、深度和分布在一定程度上受到限制；②振动冲击加工方法。微坑振动冲击加工装置装在机床的中拖板上，被加工工件装在机床主轴上以一定的速度旋转，微坑振动冲击加工装置可沿轴向和横向方向进给，通过横向进给控制微坑的深度，通过电机带动偏心机构在装置的工具头上施加低频振动，依靠振动冲击在工件上形成具有一定分布规律和一定尺寸参数的微坑，这种加工方法，使工件表面发生了塑性变形，微坑周围有毛刺和材料隆起，有时需要二次加工；③数控激光珩磨技术。激光珩磨是由三道工序组成：粗珩，激光造型和精珩，将激光用于打坑，实现表面微坑结构造型，然后再进行珩磨，这种加工方法成本高；④超声加工微坑技术。表面微坑超声加工装置装在车床的中拖板上，被加工摩擦副零件装在机床主轴上以一定的转速旋转，微坑超声加工装置可沿轴向和横向方向进给，通过横向进给控制微坑的深度，通过超声转换器推动变幅杆给工具头施加超声振动，依靠振动冲击在缸套工作表面形成具有一定分布规律和一定尺寸参数的微坑。这种加工方法，所需机床转速很高，需研制专用机床，且不适合小型工件的加工。
目前使用电解加工方法加工群孔、群缝等相似结构主要有以下几种：①照相电解。首先在待加工工件表面涂覆一层光刻胶，经光绘及显影后在工件表面形成了镂空群孔图案，将裸露的工件部分化学或电化学腐蚀，形成群孔结构，最后去除光刻胶就可以获得具有蜂窝状微坑结构的工件。这种方法工序繁琐，加工同一批工件的每一件都需要重复上述步骤；②使用特殊电极电解加工。将微细金属丝缠绕在特定框架上形成线绕工具群缝电极，或制作具有单排微细圆柱的群电极工具群孔电极，工具电极以一定速度向工件进给，即可加工出相应的群缝和群孔。这种方法电极制作繁琐，准备周期长。③排微细电极加工。使用一排数个微细电极电解加工一排孔，完成之后，再加工另一排，直至群孔全部加工完成。如果使用这几种制造方法加工蜂窝状微坑结构，加工工艺繁琐、制造成本过高，因此，有必要研究出新的效率高、表面质量好，成本低的加工蜂窝状微坑的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于解决目前蜂窝状微坑结构加工普遍存在的效率不高、表面质量不高，制造成本过高的缺陷，提供一种高生产效率、高表面质量，低制造成本的蜂窝状微坑结构电解加工方法。
一种蜂窝状微坑结构电解加工方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、制作一个带有贯穿群孔结构、表面附有屏蔽膜的工具阴极；(2)、电解加工时，将制作好的工具阴极与工件阳极相向放置；(3)、电解加工中，通过工具阴极的贯穿群孔向工件阳极均匀喷射电解液；(4)、工件阳极与工具阴极之间通电，对工件电解加工。
由于本加工方式是工具阴极与阳极紧密贴合(中间起屏蔽和绝缘作用的屏蔽膜属于工具阴极的一部分)，这与传统的电解加工方式有很大的不同。在传统的电解加工中，工具阴极与工件阳极之间留有一个电解液流动通道。而本发明采用工具阴极上的贯穿群孔结构做为电解液流动通道，即做为进液通道，也做为出液通道。电解液在泵的作用下喷向工具阴极表面，通过阴极夹具内部空腔到达工具阴极与工件阳极这一区域，这时的群孔结构既是溶液的流入通道，也是溶液的流出通道，电解液再通过阴极夹具的流道进入流出通道。此时工具阴极贯穿群孔的内璧与工件阳极之间的电场对工件阳极材料去除起最主要作用。采用这种电解加工方法，只在工具表面进行涂覆光刻胶、光刻、显影、刻蚀等步骤，形成工具阴极，或者是通过其它技术形成具有贯穿孔结构，表面带有屏蔽膜的工具阴极。而阳极不需要任何诸如此类的步骤，当工具阴极将其夹紧后就可以电解加工了，加工结束后工件无需二次加工。最重要的是，只要是加工同一种零件，就不用更换工具阴极，这意味着可以方便地进行批量生产。可实现蜂窝状微坑结构的一次电解加工成形，提高了加工效率，降低了加工成本。
附图说明
图1是蜂窝状微坑结构电解加工过程示意图。
图2是工具阴极制作过程示意图。其中，图2(a)是金属基板涂覆光刻胶并进行光刻示意图；图2(b)是显影后带光刻胶金属基板示意图；图2(c)是刻蚀完成后获得的工具阴极示意图。
图1中标号名称：1、屏蔽膜，2、工具阴极，3、工件阳极，4、电解液，
图2中标号名称：5、基板，6、曝光光源。
具体实施方式
如图1所示，蜂窝状微坑结构电解加工过程。工具阴极2表面带有屏蔽膜1，而阳极3不需要任何诸如此类的步骤，当工具阴极2将其夹紧后就可以电解加工了。电解液4在泵的作用下喷向工具阴极表面，通过阴极夹具内部空腔到达工具阴极与工件阳极这一区域，这时的群孔结构既是溶液的流入通道，也是溶液的流出通道，电解液再通过阴极夹具的流道进入流出通道。
图2所示的是工具阴极制造过程示意图，在基板5上涂覆屏蔽膜1，经过光刻、显影后形成了图2(b)所示的图形，对基板裸露部分进行刻蚀，可以采用物理刻蚀，也可以采用化学刻蚀或电化学刻蚀，将基板刻穿，形成图2(c)所示图形。将这时的屏蔽膜1与基板5一体结构称之为工具阴极23。这里要指出的是：这仅是一种获得工具阴极2的技术，也可以采用其它技术(如钻削)获得具有贯穿群孔结构，表面带有屏蔽膜的工具阴极2。
下面结合图1、图2、说明本发明的方法，实施过程依次经过以下几个步骤：
1.参考图2(a)，将屏蔽膜1涂覆在基板5，并光刻，使屏蔽膜上出现群孔结构；
2.参考图2(b)，显影后，有部分基板裸露在外部；
3.参考图2(c)，对基板5的裸露部分进行刻蚀，刻穿后的基板5与屏蔽膜1一体结构称为工具阴极2，作为蜂窝状微坑结构电解加工的工具阴极；
4.参考图1当工具阴极2与工件3夹紧后就可以电解加工了。电解液4在泵的作用下喷向工具阴极表面，通过阴极夹具内部空腔到达工具阴极与工件阳极这一区域，这时的群孔结构既是溶液的流入通道，也是溶液的流出通道，电解液再通过阴极夹具的流道进入流出通道。当阳极毛坯被加工出蜂窝状微坑结构之后，电解加工结束。
5.参考图1，取出工件3，再安装另一个工件毛坯，与工具阴极2夹紧后再进行电解加工。这样，可实现蜂窝状微坑结构工件的批量高效、高表面质量、低成本制造。