CN106891069B - 一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，属于电解加工领域。本发明的电解加工方法，步骤为：(a)制备双层绝缘板工具阴极：该双层绝缘板工具具有相平行的上层板、中间板和下层板的“日”字形结构，上层板和下层板上分别开设有用于电解加工微坑阵列的孔，绝缘层分别设于上层板和下层板的内外侧表面上；(b)分别在双层绝缘板工具阴极的上下表面上设置工件；(c)在双层绝缘板工具阴极的上下两个腔体内通入电解液，中间板接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。本发明利用双层绝缘板工具阴极实现在两块工件上一次性同时织构大量阵列微坑，表面织构效率和精度高，具有织构面广、织构可控等特点，有着广泛的应用前景。

Description

一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法

技术领域

本发明涉及一种表面织构电解加工方法，更具体地说，涉及一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法。

背景技术

机械零件的表面磨损是机械零件失效的主要形式之一，不仅浪费大量能源与资源，而且导致零部件频繁更换与维修，加快了设备的报废，间接和直接地造成了大量的经济损失，极大地影响了国民经济的发展。摩擦磨损造成的损失是巨大的，因此，减少无用的摩擦损耗，控制和减小磨损，改善润滑性能可减少设备维修次数和费用，可以节约能源和提高资源的利用率。减小磨损，降低摩擦也是工程界长期致力于需要解决的重大技术挑战之一。

改善机械系统的摩擦性能对提高机器的承载能力和使用寿命有着重要作用。工程实践表明，通过改变润滑油的化学成分以及降低润滑油粘度可以减少润滑油中硫、磷含量，降低环境污染；另一种合理的方法是对摩擦副工作表面进行精加工，如表明抛光、研磨等，从而达到减小摩擦副之间的摩擦损耗的目的，但受材料性质和加工精度的影响，粗糙度的提高已经达到了极限水平。表面工程技术的进步为更好地控制材料的摩擦学行为提供了多种有效的解决方法，其中表面织构技术作为精确表面工程提高摩擦副承载能力以及抗磨减摩性能方面有着明显的改善效果。大量的理论研究和工程实践发现，合理的表面织构能够产生流体动压，储存润滑油，为表面提供润滑、容纳磨屑以及减少表面吸附力等效果。并且，随着近年来研究的不断深入，研究人员已经形成共识：摩擦副表面的微小凹坑阵列具有极佳的抗磨减摩性能。

为此，本领域技术人员提出了许多微小凹坑阵列的加工方法，如机械加工、激光加工、电火花加工、电化学射流加工、照相电解加工等。但上述方法在加工难切削材料薄板群孔结构时，都存在一些自身难以克服的不足。活动模板电解加工技术是基于电化学的基本原理，即阳极电化学溶解理论而衍生出来的一种电解加工方法，采用活动模板电解加工技术进行加工是在工件的表面紧贴一层掩模板，掩模板上钻有合适孔径的孔，掩模板与工件贴紧后，工件上形成具有一定孔径的裸露表面，然后进行电解加工，利用阴极模板使电流集中在待加工区域进行小孔加工，非加工区域由于阴极模板的遮蔽，无电解液渗入而不发生电化学反应，未受掩模保护的部分参与反应被蚀除得到所需的小孔。

为了提高工件微小凹坑阵列的加工效率，中国专利号ZL201310640987.9，授权公告日为2016年11月23日，发明创造名称为：蛇形流道活动模板群孔电解加工装置及加工方法，该申请案涉及一种蛇形流道活动模板群孔电解加工装置及加工方法，采用两模板分别紧贴于工件的两侧，两阴极置于工件的两侧，从而实现了工件双面加工，提高了加工效率。但这种加工实质上依然是两个单面加工的简单复合，需要两组电解阴极，仅适用于薄板小孔类零件加工，并且存在电解加工产物排出速度相对较慢等不足，需要对流道结构进行优化设计来保证加工质量。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，采用本发明的技术方案，利用具有导电的中间板和两面绝缘的上层板和下层板的“日”字形结构双层绝缘板工具阴极实现在两块工件上一次性同时织构大量阵列微坑，表面织构效率和精度高，具有织构面广、织构可控和效率高等特点，有着广泛的应用前景。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，包括以下步骤：

(a)制备双层绝缘板工具阴极：该双层绝缘板工具阴极包括金属板和绝缘层，所述的金属板的厚度方向上开设有上下两个腔体，使金属板形成具有相平行的上层板、中间板和下层板的“日”字形结构，所述的上层板和下层板上分别开设有用于电解加工微坑阵列的孔，所述的绝缘层分别设于上层板和下层板的内外侧表面上；

(b)工件安装：分别在步骤(a)中的双层绝缘板工具阴极的上下表面上设置工件，使工件贴于双层绝缘板工具阴极的上下表面上；

(c)电解加工：在双层绝缘板工具阴极的上下两个腔体内通入电解液，使电解液通过孔到达工件的加工表面，双层绝缘板工具阴极的中间板接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极，进行表面织构电解加工。

更进一步地，在步骤(c)中，在双层绝缘板工具阴极的腔体内通入浓度不超过10％的NaNO₃电解液，脉冲电源的电压控制在10V以内，电解液压力控制在0.5Mpa之内，电解加工时间不超过60s。

更进一步地，所述的双层绝缘板工具阴极的具体制备方法如下：

(a-1)利用慢走丝切割机床在金属板上切割出上下等间距的腔体，使金属板形成具有相平行的上层板、中间板和下层板的“日”字形结构；

(a-2)在数控机床上采用电火花技术对上层板和下层板加工出用于电解微坑阵列的孔；

(a-3)对中间板的上下表面进行保护，并采用微弧氧化工艺对上层板和下层板的内外侧表面进行绝缘。

更进一步地，步骤(a-1)中所述的金属板为镁合金或铝合金金属薄板，且金属板的厚度不超过3mm，金属板的上下两面平行度误差不超过0.01mm。

更进一步地，在步骤(a-1)中加工上下腔体时，腔体的厚度不超过0.5mm，且中间板的上下表面平行度误差不超过0.01mm。

更进一步地，在步骤(a-2)中加工孔时，利用阵列式电火花电极加工阵列孔，孔的直径不超过200μm，相邻两个孔的间距不超过500μm。

更进一步地，在步骤(a-3)中，微弧氧化电压不超过500V，微弧氧化时间不超过30s，微弧氧化绝缘层厚度不超过20μm。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，其利用具有导电的中间板和两面绝缘的上层板和下层板的“日”字形结构双层绝缘板工具阴极，实现了在两块工件上一次性同时织构大量阵列微坑，表面织构效率高，并且电解液在双层绝缘板工具阴极的腔体内流动，易于将电解产物快速排出，表面织构质量好且稳定，具有织构面广、织构可控和效率高等特点，有着广泛的应用前景；

(2)本发明的一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，其双层绝缘板工具阴极的制备方法简单可行，加工成本低，制备效率高，加工出的工具阴极精度高；

(3)本发明的一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，其双层绝缘板工具阴极的绝缘层采用微弧氧化工艺进行绝缘，不仅对除中间板以外的其他区域进行有效绝缘，还提高了电解工具阴极的表面强度，使电解工具阴极不易变形，提高了双层绝缘板工具阴极的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法的原理示意图；

图2为本发明中工件表面织构阵列微坑的示意图。

示意图中的标号说明：

1、金属板；1-1、中间板；1-2、上层板；1-3、下层板；1-4、腔体；2、孔；3、绝缘层；4、工件。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例

结合图1所示，本实施例的一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，包括以下步骤：

(a)制备双层绝缘板工具阴极：该双层绝缘板工具阴极包括金属板1和绝缘层3，金属板1采用镁合金或铝合金金属薄板较佳，具有易于加工，结构适用性强，成本较低等优点；金属板1的厚度方向上开设有上下两个腔体1-4，使金属板1形成具有相平行的上层板1-2、中间板1-1和下层板1-3的“日”字形结构，在本实施例中优选地，上下两个腔体1-4的厚度相等，不仅加工方便，而且使中间板1-1与工件4距离相等，电解速度一致，工件4的电解加工质量稳定。上层板1-2和下层板1-3上分别开设有用于电解加工微坑阵列的孔2，本实施例中的孔2为按一定间距阵列排列、尺寸一致的圆孔，便于电解加工出高精度阵列微孔，提高工件表面抗磨减摩性能；绝缘层3分别设于上层板1-2和下层板1-3的内外侧表面上，这样，通过中间板1-1导电，其余区域绝缘，形成双层绝缘板工具阴极，腔体1-4用于通入电解液实现工件4的表面织构电解加工。

(b)工件安装：分别在步骤(a)中的双层绝缘板工具阴极的上下表面上设置工件4，使工件4贴于双层绝缘板工具阴极的上下表面上，这样，电解液通过腔体1-4进入双层绝缘板工具阴极内，并通过孔2使电解液接触工件4的加工表面，从而利用阳极腐蚀原理实现工件4表面裸露部位的电解加工，而被遮挡的部位不被腐蚀，进而在工件4表面加工出微坑阵列；电解加工间隙通过腔体1-4的高度来确定。

(c)电解加工：在双层绝缘板工具阴极的上下两个腔体1-4内通入电解液，使电解液通过孔2到达工件4的加工表面，双层绝缘板工具阴极的中间板1-1接脉冲电源的负极，工件4接脉冲电源的正极，进行表面织构电解加工。具体地，在双层绝缘板工具阴极的腔体1-4内通入浓度不超过10％的NaNO₃电解液，脉冲电源的电压控制在10V以内，电解液压力控制在0.5Mpa之内，电解加工时间不超过60s，利用腔体1-4通入电解液，电解液流速相对较快，从而使电解腐蚀物更加快速排出，提高加工效率和精度，且通过腔体1-4通入的电解液，流速分布也更加均匀，实现一次性在两个工件4上织构出大面积阵列微坑。

本实施例的一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，其双层绝缘板工具阴极的具体制备方法如下：

(a-1)利用慢走丝切割机床在金属板1上切割出上下等间距的腔体1-4，使金属板1形成具有相平行的上层板1-2、中间板1-1和下层板1-3的“日”字形结构；上述的金属板1采用整体镁合金或铝合金金属薄板，且金属板1的厚度不超过3mm，且用精密检测仪器对镁合金或铝合金金属板1上下面进行平行度检测，确保金属板1的上下两面平行度误差不超过0.01mm，以保证制备的工具阴极精度高且稳定；另外，在加工上下腔体1-4时，通过控制慢走丝线切割切割间隙、切割电流和切割轨迹等参数对金属板1的腔体1-4进行切割，腔体1-4的厚度不超过0.5mm，切割电流一般不超过1A，且要求中间板1-1的上下表面平行度误差不超过0.01mm，在保证了表面织构加工要求的情况下，提高了工具阴极的可加工性和加工精度。

(a-2)在数控机床上采用电火花技术对上层板1-2和下层板1-3加工出用于电解微坑阵列的孔2，该孔2为按一定间距阵列排列、尺寸一致的圆孔最佳；具体在加工孔2时，利用阵列式电火花电极加工阵列孔，孔2的直径不超过200μm，相邻两个孔2的间距不超过500μm。

(a-3)对中间板1-1的上下表面进行保护，并采用微弧氧化工艺对上层板1-2和下层板1-3的内外侧表面进行绝缘；上述的微弧氧化电压不超过500V，微弧氧化时间不超过30s，微弧氧化绝缘层3厚度不超过20μm，具体可采用保护纸对中间板1-1的上下表面进行保护，使保护纸与中间板1-1的上下表面完全贴合，工艺过程简单，不仅对除中间板1-1以外的其他区域进行有效绝缘，还提高了电解工具阴极的表面强度，使电解工具阴极不易变形，提高使用寿命。

为了进一步提高双层绝缘板工具阴极的制备精度，本实施例中，在步骤(a-1)之前，还包括前清洗步骤，具体为，将加工后的金属板1放入超声波清洗设备中并加入水基性溶剂清洗至少30min，取出吹干；在步骤(a-1)之后，还包括中间清洗步骤，具体为，将加工后的金属板1放入超声波清洗设备中并加入水基性溶剂清洗至少60min，取出吹干；在步骤(a-3)之后，还包括后清洗步骤，具体为，将制备好的电解工具阴极放入超声波清洗设备中并加入水基性溶剂清洗至少30min，取出吹干待用。通过上述清洗步骤，保证了制备的电解工具阴极的尺寸精度稳定可靠，从而提高了工件表面电解织构的精度。

本发明的一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，其利用具有导电的中间板和两面绝缘的上层板和下层板的“日”字形结构双层绝缘板工具阴极，实现了在两块工件上一次性同时织构大量阵列微坑，表面织构效率高，并且电解液在双层绝缘板工具阴极的腔体内流动，易于将电解产物快速排出，表面织构质量好且稳定，具有织构面广、织构可控和效率高等特点，有着广泛的应用前景。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)制备双层绝缘板工具阴极：该双层绝缘板工具阴极包括金属板(1)和绝缘层(3)，所述的金属板(1)的厚度方向上开设有上下两个腔体(1-4)，使金属板(1)形成具有相平行的上层板(1-2)、中间板(1-1)和下层板(1-3)的“日”字形结构，所述的上层板(1-2)和下层板(1-3)上分别开设有用于电解加工微坑阵列的孔(2)，所述的绝缘层(3)分别设于上层板(1-2)和下层板(1-3)的内外侧表面上；

(b)工件安装：分别在步骤(a)中的双层绝缘板工具阴极的上下表面上设置工件(4)，使工件(4)贴于双层绝缘板工具阴极的上下表面上；

(c)电解加工：在双层绝缘板工具阴极的上下两个腔体(1-4)内通入电解液，使电解液通过孔(2)到达工件(4)的加工表面，双层绝缘板工具阴极的中间板(1-1)接脉冲电源的负极，工件(4)接脉冲电源的正极，进行表面织构电解加工。

2.根据权利要求1所述的一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，其特征在于：在步骤(c)中，在双层绝缘板工具阴极的腔体(1-4)内通入浓度不超过10％的NaNO₃电解液，脉冲电源的电压控制在10V以内，电解液压力控制在0.5Mpa之内，电解加工时间不超过60s。

3.根据权利要求1或2所述的一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，其特征在于：所述的双层绝缘板工具阴极的具体制备方法如下：

(a-1)利用慢走丝切割机床在金属板(1)上切割出上下等间距的腔体(1-4)，使金属板(1)形成具有相平行的上层板(1-2)、中间板(1-1)和下层板(1-3)的“日”字形结构；

(a-2)在数控机床上采用电火花技术对上层板(1-2)和下层板(1-3)加工出用于电解微坑阵列的孔(2)；

(a-3)对中间板(1-1)的上下表面进行保护，并采用微弧氧化工艺对上层板(1-2)和下层板(1-3)的内外侧表面进行绝缘。

4.根据权利要求3所述的一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，其特征在于：步骤(a-1)中所述的金属板(1)为镁合金或铝合金金属薄板，且金属板(1)的厚度不超过3mm，金属板(1)的上下两面平行度误差不超过0.01mm。

5.根据权利要求3所述的一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，其特征在于：在步骤(a-1)中加工上下腔体(1-4)时，腔体(1-4)的厚度不超过0.5mm，且中间板(1-1)的上下表面平行度误差不超过0.01mm。

6.根据权利要求3所述的一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，其特征在于：在步骤(a-2)中加工孔(2)时，利用阵列式电火花电极加工阵列孔，孔(2)的直径不超过200μm，相邻两个孔(2)的间距不超过500μm。

7.根据权利要求3所述的一种双层绝缘板工具阴极表面织构的电解加工方法，其特征在于：在步骤(a-3)中，微弧氧化电压不超过500V，微弧氧化时间不超过30s，微弧氧化绝缘层(3)厚度不超过20μm。