CN108436205A - 一种电解加工气缸套表面微织构的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电解加工气缸套表面微织构的装置，包括电解池；上料机构，输送管的一端插入到电解池中，伸缩软管连接于输送管之间，离心泵设置在输送管插入到电解池一端的端口上部；输送管与阴极相连的一端固定在步进电机Ⅰ上，通过直线模组带动阴极做往复运动，对气缸套长度方向的微织构进行电解加工；直流电源；旋转机构，用于对所述气缸套进行360°旋转，实现对整个内表面的加工。本发明还公开了上述装置的加工方法。本发明采用电解液喷淋加工的方式，使电解液能够充分循环流动，提升了微织构的加工质量；通过两台步进电机分别控制阴极的往复运动和气缸套的旋转运动，实现了对气缸套内表面微织构的定向加工，提高了微织构的加工质量和加工效率。

Description

一种电解加工气缸套表面微织构的装置及方法

技术领域

本发明属于电解加工领域，尤其涉及一种电解加工气缸套表面微织构的装置及方法。

背景技术

气缸套作为机械设备的常用零部件之一，在内燃机、压缩机等设备上发挥着重要的作用，其摩擦学性能的好坏对设备的正常运转有重要影响。研究表明，在气缸套表面加工出具有一定形状的微织构能够起到以下作用：存储润滑剂，作为润滑剂的二次来源；为摩擦面提供额外的流体动压，降低摩擦面的直接接触面积；存储磨粒，减少磨损。

现阶段，气缸套表面微织构的加工技术主要有激光加工、电火花加工、机械加工和电解加工等。激光加工是现阶段加工微织构的常用方法，但在加工过程中会使材料的表面性能发生变化同时还会引起翻边现象；电火花加工具有电极寿命短，加工精度以及效率低等缺点；机械加工过程中，由于刀具与工件之间存在机械作用力，容易导致刀具变形以及毛刺产生；电解加工技术具有非接触、与材料硬度无关、材料性能无变化、工具电极无损耗等特点，更适用于气缸套表面的微织构加工。

目前电解加工微织构存在以下几方面问题：使用浸没加工的方式，即工件浸没在电解液中，这种加工方式会导致工件过度腐蚀，同时也不利于电解液充分循环流动以带走电解产物；电解液流场在工件表面分布不均匀，导致微织构阵列的尺寸不均；电解加工主要是在平面上进行的，而对于弧形面以及圆柱内表面微织构加工的研究鲜有报道。

因此，开展气缸套内表面微织构的电解加工装置的研究，不仅对于异形表面微织构的加工具有重要的借鉴意义，而且在提升摩擦部件的减摩耐磨性能方面具有重要的应用价值。

发明内容

根据上述提出的如何改善其在加工过程中摩擦磨损性能的技术问题，而提供一种电解加工气缸套表面微织构的装置及方法。本发明主要采用电解液喷淋的加工方式，使电解液能够充分循环流动，通过提升电解液流场的均匀性来提升微织构阵列的均匀性；进而实现在气缸套内表面加工微织构阵列，提高加工质量和加工效率。

本发明采用的技术手段如下：

一种电解加工气缸套表面微织构的装置，其特征在于，包括：

电解池，用于盛装电解液；

上料机构，用于将所述电解池内的电解液输送到气缸套内进行电解加工；所述上料机构包括离心泵、伸缩软管、输送管和步进电机Ⅰ，所述输送管的一端插入到所述电解池中，所述伸缩软管连接于所述输送管之间，所述离心泵设置在所述输送管插入到所述电解池一端的端口上部；所述输送管与阴极相连的一端固定在所述步进电机Ⅰ上，通过直线模组带动设置在所述气缸套内部的阴极做往复运动，对所述气缸套长度方向的微织构进行电解加工；

直流电源，用于提供电流与电解液形成回路对所述气缸套内进行电解加工，其正极与作为阳极的所述气缸套相连，负极与所述阴极相连，电源电压为0～30V可调；

旋转机构，用于对所述气缸套进行360°旋转，实现对整个内表面的加工，所述旋转机构包括与所述气缸套尾端固接的卡盘和与所述卡盘相连的步进电机Ⅱ，所述步进电机Ⅱ通过带动所述卡盘旋转从而带动所述气缸套旋转一定角度，实现对该角度下的气缸套长度方向的微织构加工。

进一步地，所述气缸套内部设有带有预设镂空图样的模板，在电解加工时，电解液与所述模板上未覆盖所述气缸套内表面的镂空部分充分接触，进行电解加工。

进一步地，所述阴极设有矩形开口，阴极的尺寸为28mm×15mm×8mm，电解液出口大小为10mm×4mm，电解液从所述阴极上的开口流出，流量为0～200ml/s可调，采用喷淋加工的方式，使电解液与所述模板上未覆盖所述气缸套内表面的镂空部分充分接触，且实现电解液充分循环流动，从而保证带走电解加工过程中的产物。

进一步地，通过所述步进电机Ⅰ带动所述阴极做匀速往复运动，运动速度为0～30mm/s可调，实现电解液在所述气缸套内表面的均匀分布，从而保证微织构阵列的均匀性。

本发明还公开了一种电解加工气缸套表面微织构的方法，其特征在于，采用上述的电解加工气缸套表面微织构的装置进行加工，包括如下步骤：

S1、开启离心泵，待电解液循环流动后，启动步进电机Ⅰ并接通直流电源，阴极做匀速往复运动，沿着气缸套的长度方向进行加工；

S2、待该长度方向加工结束时，断开直流电源，同时关闭步进电机Ⅰ，启动步进电机Ⅱ，带动卡盘将气缸套旋转一定角度，关闭步进电机Ⅱ；

S3、接通直流电源，并启动步进电机Ⅰ，继续对气缸套的长度方向进行加工；

S4、重复上述步骤，直到整个气缸套加工完毕，断开直流电源，关闭离心泵，最后关闭步进电机Ⅰ，取下气缸套，整个加工过程结束。

较现有技术相比，本发明将电解液通过阴极出口喷淋到缸套内壁粘贴的模板表面，使电解液与模板上未覆盖的气缸套内表面充分接触，产生电解腐蚀作用，同时通过离心泵组让电解液循环流动，带走电解过程中的腐蚀产物；步进电机通过直线模组带动阴极做匀速往复运动，实现电解液在气缸套表面的均匀分布，同时改变气缸套表面的电解腐蚀区域，保证微织构阵列加工的均匀性；通过两台步进电机分别控制阴极的往复运动和气缸套的旋转运动，对长度方向和圆周方向的气缸套内表面进行微织构加工。

本发明具有如下优点：

1、采用电解液喷淋加工的方式，使电解液能够充分循环流动，提升了微织构的加工质量；

2、通过两台步进电机分别控制阴极的往复运动和气缸套的旋转运动，实现了对气缸套内表面微织构的定向加工，提高了微织构的加工质量和加工效率。

基于上述理由本发明可在电解加工领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电解加工气缸套表面微织构装置的结构示意图。

图2为本发明阴极结构示意图，其中，(a)为阴极的仰视图，(b)为阴极的左视图，从左视图中可以看出，阴极底部具有与缸套相同的弧度。

图3为本发明方法加工的缸套表面微织构形貌图。

图4为本发明单个微织构轮廓曲线图。

图5为无微织构与有微织构摩擦系数对比图。

图中：1.电解池，2.离心泵，3.伸缩软管，4.输送管，5.直流电源，6.直线模组，7.步进电机Ⅰ，8.气缸套，9.模板，10.阴极，11.往复运动方向，12.卡盘，13.步进电机Ⅱ。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种电解加工气缸套表面微织构的装置，包括：

电解池1，用于盛装电解液；

上料机构，用于将所述电解池1内的电解液输送到气缸套8内进行电解加工；所述上料机构包括离心泵2、伸缩软管3、输送管4和步进电机Ⅰ7，所述输送管4的一端插入到所述电解池1中，所述伸缩软管3连接于所述输送管4之间，所述离心泵2设置在所述输送管4插入到所述电解池1一端的端口上部；所述输送管4与阴极10相连的一端固定在所述步进电机Ⅰ7上，通过直线模组6带动输送管4运动，输送管与设置在所述气缸套8内部的阴极10相连，所述阴极10随之做往复运动，运动速度为0～30mm/s可调，对所述气缸套8长度方向的微织构进行电解加工；所述气缸套8内部设有带有预设镂空图样的模板9，在电解加工时，电解液与所述模板9上未覆盖所述气缸套8内表面的镂空部分充分接触，进行电解加工。所述阴极10(如图2所示)设有矩形开口，阴极的尺寸为28mm×15mm×8mm，电解液出口大小为10mm×4mm，电解液从所述阴极10上的开口流出，流量为0～200ml/s可调，采用喷淋加工的方式，使电解液与所述模板9上未覆盖所述气缸套8内表面的镂空部分充分接触，且实现电解液充分循环流动，从而保证带走电解加工过程中的产物。通过所述步进电机Ⅰ7带动所述阴极10做匀速往复运动，实现电解液在所述气缸套8内表面的均匀分布，从而保证微织构阵列的均匀性。

直流电源5，用于提供电流与电解液形成回路对所述气缸套8内进行电解加工，其正极与作为阳极的所述气缸套8相连，负极与所述阴极10相连，电源电压为0～30V可调；

旋转机构，用于对所述气缸套8进行360°旋转，实现对整个内表面的加工，所述旋转机构包括与所述气缸套8尾端固接的卡盘12和与所述卡盘12相连的步进电机Ⅱ13，所述步进电机Ⅱ13通过带动所述卡盘12旋转从而带动所述气缸套8旋转一定角度，实现对该角度下的气缸套长度方向的微织构加工。

实施例

本发明还公开了一种电解加工气缸套表面微织构的方法，采用上述的电解加工气缸套表面微织构的装置进行加工，包括如下步骤：

电解加工前，将模板9粘附在整个气缸套8的内壁，将气缸套8作为阳极与电源5的正极连接，阴极10与电源5的负极连接，通过电解液的流动形成回路，实现对气缸套8的电解加工。

首先，开启离心泵2，待电解液循环流动后，启动步进电机Ⅰ7并接通直流电源5，电源电压设置为10V，电解液流量设置为45ml/s，阴极10以10mm/s的速度做匀速往复运动，沿着气缸套8的长度方向进行加工；

待该长度方向加工结束时，断开直流电源5，同时关闭步进电机Ⅰ7，启动步进电机Ⅱ13，带动卡盘12将气缸套8旋转一定角度，关闭步进电机Ⅱ13；

接通直流电源5，并启动步进电机Ⅰ7，继续对气缸套8的长度方向进行加工；

重复上述步骤，直到整个气缸套8加工完毕，断开直流电源5，关闭离心泵2，最后关闭步进电机Ⅰ7，取下气缸套8，整个加工过程结束。

将电解加工后的气缸套进行清洗，试验采用PhilipsXL-30TMP分析型扫描电子显微镜来观察气缸套的表面形貌，用OLYMPUS公司LEXT(OLS3100)型3D激光共聚焦显微镜观察微织构的轮廓曲线，如图3和图4所示。

选用铬基陶瓷复合镀活塞环分别与原始气缸套以及电解加工后的气缸套配对，在同样的试验参数下，进行摩擦磨损试验，测量两种配对副的摩擦系数，如图5所示。

综上，本发明提供的装置的电源电压可达0～20V，电解液流量可达0～200ml/s，阴极往复运动速度可达0～30mm/s。本发明加工出的微织构的深度可以达到0～45μm。用此方法加工出的气缸套与铬基陶瓷复合镀活塞环配对进行摩擦磨损试验，试验结果显示摩擦系数明显降低，与原始气缸套相比，此方法处理后的气缸套配对副的摩擦系数由0.121降低到0.117，降幅达3.31％。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种电解加工气缸套表面微织构的装置，其特征在于，包括：

电解池(1)，用于盛装电解液；

上料机构，用于将所述电解池(1)内的电解液输送到气缸套(8)内进行电解加工；所述上料机构包括离心泵(2)、伸缩软管(3)、输送管(4)和步进电机Ⅰ(7)，所述输送管(4)的一端插入到所述电解池(1)中，所述伸缩软管(3)连接于所述输送管(4)之间，所述离心泵(2)设置在所述输送管(4)插入到所述电解池(1)一端的端口上部；所述输送管(4)与阴极(10)相连的一端固定在所述步进电机Ⅰ(7)上，通过直线模组(6)带动设置在所述气缸套(8)内部的阴极(10)做往复运动，对所述气缸套(8)长度方向的微织构进行电解加工；

直流电源(5)，用于提供电流与电解液形成回路对所述气缸套(8)内进行电解加工，其正极与作为阳极的所述气缸套(8)相连，负极与所述阴极(10)相连；

旋转机构，用于对所述气缸套(8)进行360°旋转，实现对整个内表面的加工，所述旋转机构包括与所述气缸套(8)尾端固接的卡盘(12)和与所述卡盘(12)相连的步进电机Ⅱ(13)，所述步进电机Ⅱ(13)通过带动所述卡盘(12)旋转从而带动所述气缸套(8)旋转一定角度，实现对该角度下的气缸套长度方向的微织构加工。

2.根据权利要求1所述的电解加工气缸套表面微织构的装置，其特征在于，所述气缸套(8)内部设有带有预设镂空图样的模板(9)，在电解加工时，电解液与所述模板(9)上未覆盖所述气缸套(8)内表面的镂空部分充分接触，进行电解加工。

3.根据权利要求2所述的电解加工气缸套表面微织构的装置，其特征在于，所述阴极(10)设有矩形开口，电解液从所述阴极(10)上的开口流出，采用喷淋加工的方式，使电解液与所述模板(9)上未覆盖所述气缸套(8)内表面的镂空部分充分接触，且实现电解液充分循环流动，从而保证带走电解加工过程中的产物。

4.根据权利要求1所述的电解加工气缸套表面微织构的装置，其特征在于，通过所述步进电机Ⅰ(7)带动所述阴极(10)做匀速往复运动，实现电解液在所述气缸套(8)内表面的均匀分布，从而保证微织构阵列的均匀性。

5.一种电解加工气缸套表面微织构的方法，其特征在于，采用权利要求1-4任意一项权利要求所述的电解加工气缸套表面微织构的装置进行加工，包括如下步骤：

S1、开启离心泵(2)，待电解液循环流动后，启动步进电机Ⅰ(7)并接通直流电源(5)，阴极(10)做匀速往复运动，沿着气缸套(8)的长度方向进行加工；

S2、待该长度方向加工结束时，断开直流电源(5)，同时关闭步进电机Ⅰ(7)，启动步进电机Ⅱ(13)，带动卡盘(12)将气缸套(8)旋转一定角度，关闭步进电机Ⅱ(13)；

S3、接通直流电源(5)，并启动步进电机Ⅰ(7)，继续对气缸套(8)的长度方向进行加工；

S4、重复上述步骤，直到整个气缸套(8)加工完毕，断开直流电源(5)，关闭离心泵(2)，最后关闭步进电机Ⅰ(7)，取下气缸套(8)，整个加工过程结束。