CN104227159B - 一种微细凹凸结构的电解加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微细凹凸结构的电解加工方法，属于电解加工领域。该方法利用一个带有贯穿孔和盲孔结构，且由金属层A、绝缘层和金属层B组成的模板；将工件阳极与金属层A分别与电解电源Ⅱ正、负极相连接，将工件阳极与金属层B分别与电解电源Ⅰ正、负极相连接；金属层B与工件阳极相隔一定距离，并经模板上的贯穿孔喷射电解液；接通上述两电解电源，模板向工件阳极适量进给，进行电解加工，在工件表面可得到微细凹凸结构。利用本发明加工微细凹凸结构，具有成本低、效率高，安装方便，且模板制作简单、可以重复使用的特点。
Description
技术领域
本发明涉及电解加工领域，具体涉及一种微细凹凸结构的电解加工方法。
背景技术
研究表明，具有微细凹凸结构接触的粗糙表面能够改善摩擦学特性，非但没有降低机械零件表面抗磨损能力，反而大大提高承载能力和使用寿命，能够满足现代机械传动高速、重载的要求，因此成为润滑理论的重大突破。但目前国内外对于加工微细凹凸结构还是个难题。
目前，加工微细凹凸结构的主要方法有：(1)激光加工技术，是采用高能量、高重复度频率的脉冲激光束在聚焦后的负离焦照射到工件表面实施预热和强化，在聚焦后的聚焦点入射到工件表面形成微小熔池，同时由侧吹装置对微小熔池施于设定压力和流量的辅助气体，使熔池中的熔融物按指定要求堆积到熔池边缘形成圆弧形凸台；若激光照射的功率密度较高时，会使其局部金属汽化而形成微坑结构。这种加工方法对加工区域有烧蚀作用，形成微观或宏观裂纹，且加工成本高。(2)电火花加工技术，用单电极放电或微细线切割技术加工出阵列微孔母电极，再用母电极反拷、平动放电技术加工圆柱阵列微凸起结构，以及可利用已加工完成的圆柱阵列微凸起结构作为电火花加工的工具电极，或利用阵列微孔母电极，在工件上加工出位凹坑/凸起结构。采用电火花加工技术在零件表面制成具有一定规律的图案也可以实现有效润滑，但微细电火花放电热蚀加工机理及电极损耗使其除去材料的微细化水平、加工精度及表面质量的提高受到限制。(3)等离子蚀刻技术，蚀刻的产生在于等离子体中富含各种高能及活性粒子，暴露于等离子体中的工件表面将受到高能粒子的轰击而导致蚀刻。等离子体蚀刻技术具有无污染、效率高等特点。但采用该方法，需用专用设备，成本高。
发明内容
本发明的目的是针对上述微小凹凸结构加工方法的不足，提出了一种效率高、成本低的电解加工方法。
为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明一种微细凹凸结构的电解加工方法，包括以下步骤：
(a)制作带有贯穿孔和盲孔结构，且由金属层A、绝缘层和金属层B组成的模板；
(b)模板固定在模板夹具上，并与工件阳极相隔一定加工间隙；
(c)经过滤器的电解液在泵的作用下喷向模板表面，通过模板上的贯通孔到达加工区域；
(d)将工件阳极、金属层B分别与电解电源Ⅰ的正、负极相连接；将工件阳极、金属层A分别与电解电源Ⅱ的正、负极相连接；
(e)接通电解电源Ⅰ和电解电源Ⅱ，进行电解加工，加工时工件阳极定位在工作平台上，模板在夹具的带动下向工件阳极适量进给；
(f)加工完成时，移出工件阳极，得到预想的微细凹凸结构。
进一步的，所述金属层A(1)、金属层B(3)为表面镀镍的金属铜。
进一步的，所述电解电源Ⅰ(5)和电解电源Ⅱ(6)为双通道输出、电压可调的直流稳压电源或脉冲电源，或为接地端相连接的两台独立的直流稳压电源或者脉冲电源。
与公知技术相比，本发明具有如下技术效果：
1、制作带有贯穿孔和盲孔结构，且由金属层A、绝缘层和金属层B组成的模板，模板可以重复使用，且安装方便，大大降低了成本；
2、使用本发明的加工方法，可以一次同时在工件表面上加工数千直径几十微米到几百微米，深度为几微米到几十微米的微小凹坑结构，以及高度为几微米到几十微米的微小凸起结构，加工所需时间仅为几秒到几分钟，故该方法加工效率高，工艺过程简单；
3、通过控制本发明的模板上贯穿通孔、盲孔的形状和布排方式，可以电解加工出复杂形状和多种布排方式的微小结构；
4、使用本发明可以无需更换电极在工件阳极上一次加工出具有微细凹凸的结构，显著提高了加工效率；
综上所述，利用本发明加工微细凹凸结构，具有成本低、效率高，安装方便，且模板制作简单、可以重复使用的特点。
附图说明
图1为本发明给出的微细凹凸结构电解加工的模板示意图。
图2为本发明给出的微细凹凸结构电解加工示意图。
图3为本发明给出的微细凹凸结构电解加工系统示意图。
图4为本发明给出的微细凹凸结构电解加工过程示意图；
其中：图4(a)是加工初始微细凹凸结构形状示意图；图4(b)是加工中的微细凹凸结构形状示意图；图4(c)是加工完成后微细凹凸结构示意图；图4(d)是加工后的工件阳极示意图。
图中标号名称：1、金属层A；2、绝缘层；3、金属层B；4、模板；5、电解电源Ⅰ；6、电解电源Ⅱ；7、工件阳极；8、加工平台；9、泵；10、过滤器；11、电解液槽；12、压力表；13、溢流阀；14、模板夹具；g、电解液。
具体实施方式
为了进一步了解本发明的内容，以下结合附图和实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
本发明具体的加工实施过程依次经过以下步骤：
(1)、参考图1所示，利用精密钻削技术制作带有贯穿孔和盲孔结构，且由金属层A1、绝缘层2和金属层B3组成的模板4，其中，盲孔直径与贯穿孔直径大小可以相同，也可以不同；钻削盲孔时，钻穿金属层B3，以不能钻到金属层A1为准；金属层A1、金属层B3材质可采用金属铜或镀镍的金属铜；
(2)、参考图2和图3所示，将上述模板4固定在模板夹具14上，并与工件阳极7相隔一定加工间隙，加工间隙为几十微米到数百微米之间；
(3)、参考图2和图3所示，经过滤器10的电解液g在泵9的作用下喷向模板4表面，通过模板4上的贯通孔到达加工区域，电解液g再经模板4与工件阳极7之间的通道流出，并带走加工产物，若电解液压力表12异常，可打开溢流阀13，使电解液流回到电解槽11；
(4)、将工件阳极7、金属层B3分别与电解电源Ⅰ5正、负极相连接；将工件阳极7、金属层A1分别与电解电源Ⅱ6正、负极相连接；设定好加工电压，电源Ⅰ5的正极可设定为10V、15V，电源Ⅱ6正极为20V、25V的加工条件；
(5)、参考图2和图3所示，接通电源Ⅰ5和电源Ⅱ6，进行电解加工，加工时工件阳极7定位在工作平台8上，模板4在夹具14的带动下向工件阳极7适量进给；
(6)、参考图4(a)所示，加工初始，工件阳极表面就可以得到微小凸起结构雏形和微小凹坑雏形；
(7)、参考图4(b)所示，随着加工的进行，工件阳极7表面上微小凸起结构和微小凹坑结构逐渐明显；
(8)、参考图4(c)和(d)所示，加工完成时，移出工件阳极7，得到预想的微细凹凸结构。
Claims (3)
1.一种微细凹凸结构的电解加工方法，其特征在于包括下列步骤：
(a)制作带有贯穿孔和盲孔结构，且由金属层A(1)、绝缘层(2)和金属层B(3)组成的模板(4)；所述模板(4)的中间层为绝缘层(2)，其两边一边为金属层A(1)，一边为金属层B(3)；利用模板(4)进行微细结构加工时，金属层B(3)的正下方是工件阳极(7)；所述盲孔钻穿金属层B(3)，进入到绝缘层(2)，但未到达金属层A(1)；
(b)模板(4)固定在模板夹具(14)上，并与工件阳极(7)相隔一定加工间隙；
(c)经过滤器(10)的电解液(g)在泵(9)的作用下喷向模板(4)表面，通过模板(4)上的贯通孔到达加工区域；
(d)将工件阳极(7)、金属层B(3)分别与电解电源Ⅰ(5)的正、负极相连接；将工件阳极(7)、金属层A(1)分别与电解电源Ⅱ(6)的正、负极相连接；
(e)接通电解电源Ⅰ(5)和电解电源Ⅱ(6)，进行电解加工，加工时工件阳极(7)定位在工作平台(8)上，模板(4)在夹具(14)的带动下向工件阳极(7)适量进给；
(f)加工完成时，移出工件阳极(7)，得到预想的微细凹凸结构。
2.如权利要求1所述的一种微细凹凸结构的电解加工方法，其特征在于，所述金属层A(1)、金属层B(3)为表面镀镍的金属铜。
3.如权利要求1所述的一种微细凹凸结构的电解加工方法，其特征在于，所述电解电源Ⅰ(5)和电解电源Ⅱ(6)为双通道输出、电压可调的直流稳压电源或脉冲电源，或为接地端相连接的两台独立的直流稳压电源或者脉冲电源。
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