CN113638036A - 一种用于大平面工件的抽吸式电解质等离子抛光设备及其抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于大平面工件的抽吸式电解质等离子抛光设备及其抛光方法，该设备包括电解液恒温循环装置，进给装置，半封闭式电解液喷头、电控箱和排气罩。电解液循环系统由电解液存储箱，电解液泵和橡胶水管构成；电解液存储箱中设有加热电阻棒、冷却水管及温度传感器。半封闭式电解液喷头通过预紧螺丝与进给装置Z轴连接，半封闭式电解液喷头通过橡胶水管与电极液存储箱相连。本发明通过电解液泵将电解液送入半封闭式电解液喷头内，使电极液流经通电工件表面实现对大面积工件表面的选择性抛光，通过移动电极液喷头位置实现对整个零件表面的抛光处理，同时实现用小功率电源对大面积工件的表面抛光处理降低加工成本。

Description

一种用于大平面工件的抽吸式电解质等离子抛光设备及其抛 光方法

技术领域：

本发明设计电解质等离子抛光技术领域，特别是一种抽吸式用于大平面工件电解质等离子抛光设备及方法。

背景技术：

电解质等离子抛光技术是一种适用于新型非阀类金属（不锈钢、铜合金、钴铬合金和高温镍基合金等）的高效精密抛光技术，其抛光效率高，抛光过程中不使用、不产生有害物质，特别是针对复杂类工件的表面抛光和去毛刺处理具有独特的优势。电解质等离子抛光最大特点就是要求在工件上施加超过200 V的电压，抛光过程中的电流密度为0.1-0.5A/cm²。然而，当工件表面积过大时就要求电源具有较大的输出功率，相应的电解槽也会很大，进而增加了加工成本。

授权公布号为CN210281639U的中国专利公开了一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置，由机械手臂带动电解液喷头，可以对大面积的工件表面进行抛光处理。但是直接将电解液喷向带电的工件表面会不可避免的对抛光后的工件表面造成电化学腐蚀，抛光质量不可控，同时电解液容易飞溅对抛光设备和操作人员的安全有较大威胁。

授权公布号为CN109554739B的中国专利公开了一种扫描式微弧氧化处理装置和方法，采用抽吸供液的方式使电解液流经工件表面，对工件表面进行微弧氧化处理。该装置的抽液管与没有与工件形成封闭空间，抽液管内无法形成负压很难将电极液抽出形成回液区。

发明内容：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种抽吸式电解质等离子抛光设备及抛光方法，针对大平面非阀金属工件，通过电解液泵将电解液送入半封闭式电解液喷头内，采用抽吸局部抛光处理的方法，实现用小功率电源对大面积工件的表面抛光处理，降低了抛光成本，还可用于对工件表面的选择性局部抛光处理，避免了电解液对未抛光或抛光后的工件表面造成电化学腐蚀。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种用于大平面工件的抽吸式电解质等离子抛光设备，包括电解液恒温循环装置，进给装置，半封闭式电解液喷头、电控箱和排气罩；

电解液存储箱通过两根橡胶管分别与半封闭式电解液喷头的进口和出口相连。进给装置包括工做平台的移动和半封闭式电解液喷头在三个方向的水平移动。抛光时半封闭电解液喷头紧贴工件表面形成封闭空间，抛光完成后依次移动半封闭式电解液喷头实现对整个工件表面的抛光处理。

所诉电解液恒温循环装置设有电解液存储箱、电解液泵、电解液加热电阻棒、电解液冷却管和电解液过滤头。所述电解液存储箱由绝缘材质制作而成，容量为50-200 L，位于抛光设备主体框架一侧。 所述电解液泵由螺栓固定在电解液存储箱端盖上侧，电解液泵类型为隔膜泵或者为绝缘、耐腐蚀材质。电解液泵入口与半封闭式电解液喷头的出口通过橡胶管连通。电解液泵出口位于电解液液面之上。所述电解液加热电阻棒固定在电解液存储箱端盖下侧，加热功率1-3 kW，电解液液面高度须没过加热电阻棒。所述电解液冷却管位于电解液存储箱底部，冷却管材质为高传热性能，通过冷却水对电解液进行冷却进而控制电解液温度。所述电解液过滤头位于电解液液面以下，可以过滤掉电解中的沉淀产物。电解液过滤头通过橡胶管与半封闭式电解液喷头的入口相连。

所述进给装置，包括工件进给装置和半封闭式电解液喷头移动装置。

所述工件进给装置由滚珠丝杠直线运动滑台和工作台构成。工作台由螺栓固定在滚珠丝杠直线运动滑台上，整个滚珠丝杠直线运动装置用螺栓固定在设备框架上。所述工作台上设有夹具，夹具除与工件接触的表面涂有绝缘漆，或者由绝缘材质制作，与工件接触的一侧埋设有导电块并与电控箱电源阳极相连。

所述半封闭式电解液喷头移动装置，整体框架由型材通过角码搭建而成，在三个坐标方向的移动由直线电机驱动，为了防止直线电机被电极液腐蚀设有风琴罩对直线电机进行防腐蚀保护。所述半封闭式电解液喷头由电解液喷头和电解液喷头套构成，两者之间为过盈配合或者胶合连接。所述电解液喷头材质为导电金属，其上设有接线口与电控箱电源阴极相连，作为电解质等离子抛光的阴极板。为了使阴极板面积远大于被抛光区域面积，电解液喷头形状被设计为鸭嘴状，出口形状为细窄矩形。此外在电解液喷头顶端设有矩形套并通过预紧螺栓固定在进给装置的Z轴上，方便拆卸。与设有接线口的一侧相对应的另外一侧设有电解液入口，通过橡胶管与电解液过滤头相连。所述电解液喷头套，材质为绝缘材质，要求具有一定的刚性，可承载一定的负压。顶端与电解液喷头密封配合。相应的在电解液喷头套的一侧设有电解液出口，通过橡胶管与电解液泵相连。为了使电解液顺利被抽出，出口一侧设计为台阶状。此外，电解液喷头套端面与电解液喷口端面之间的距离为10-50mm，防止电极液喷头过于靠近工件发生击穿现象。

所述电控箱，位于设备框架一侧，在电解液存储箱前面方便操作人员观察加工状态。内侧设有电解质等离子抛光电源和各种电控元器件，控制面板可控制抛光电压、抛光时间、抛光轨迹、电解液温度及流速和排气罩的启停。为了使移动的电解液喷头与电源阴极相连，设有电缆架。电缆由电缆挂钩挂设在电缆架上，为移动的电解液喷头供电。

所述排气罩材质为绝缘材质，位于抛光设备的上端，固定在工厂房顶或者墙壁上，大小可以覆盖主要抛光区域。

一种用于大平面工件抽吸式电解质等离子抛光方法，包括如下步骤：

1）根据待抛光工件表面大小选择合适半封闭式电解液喷头，将工作台移除抛光区，用夹具将待抛光工件固定在工作台上，确保夹具上的导电块与工件接触。

2）将工件移动到抛光区域，并设定抛光原点，将半封闭式电解液喷头紧贴工件表面，形成封闭空间，设定半封闭式电解液喷头移动轨迹。

3）设定抛光电压、抛光时间、电解液流速等抛光参数。

4）开始抛光，半封闭式电解液喷头会按照设置路线，跳跃式依次对工件表面进行抛光处理。

5）抛光完成后将工件移除抛光区域，拆装清洗即可。

有益效果：与现有电解质等离子抛光技术相比，本发明的有益效果是：

1)半封闭电解液喷头与工件表面接触形成封闭空间，通过电解液泵将封闭空间抽成负压，然后电解液流经工件表面，工件与电控箱电源阳极相连，电解液喷头为导电材质，并与电控柜中电源的阴极相连；采用抽吸局部抛光处理的方法实现了对工件表面的局部抛光处理。

2)半封闭电解液喷头与工件表面接触形成封闭空间将抛光区域封闭起来防止电解液的流动，避免了电解液对未抛光或抛光后的工件表面造成电化学腐蚀。

3)采用连续局部抛光的方法对大平面工件表面进行抛光处理实现了用小功率电源对大面积零部件的抛光处理，极大地降低了加工成本。

附图说明：

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为电解液恒温循环装置结构示意图；

图3为半封闭式电解液喷头结构示意图；

图4为图3沿A-A线的剖视图；

图5为夹具示意图；

图6为进给装置图。

图中主要附图标记的说明如下：电解液恒温循环装置-1，进给装置-2，电解液喷头-3、电控箱-4，排气罩-5，电解液存储箱-11，电解液泵-12，橡胶管-13，电解液存储箱端盖14，，电阻加热棒-15，电解液过滤头-16，电解液冷却管-17，工作台-21，夹具-22，滚珠丝杠直线移动装置-27，工件-23，电缆线-24，导电块-25，风琴罩-26，拖线链-28，型材-29，电解液收集槽-210，直线电机-211，电解液喷头-31，电解液喷头套-32，控制面板-41，电缆架-42，电解液入口-311，电解液出口-321，接线口-312。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

图1为本发装置的结构示意图，如图1所示，一种用于大平面工件电解质等离子抛光设备，包括电解液恒温循环装置1，进给装置2，半封闭式电解液喷头3、电控箱4和排气罩5。电解液恒温循环装置1通过橡胶管13与半封闭式电解液喷头3相连通，当半封闭式电解液喷头3紧贴工件23表面时形成闭合电解液回路。

图2为电解液恒温循环装置结构示意图，参照图2所示，所述电解液恒温循环装置1包含电解液存储箱11，电解液泵12和橡胶管13。其中电极液泵12通过螺栓固定在电解液存储箱端盖14上，通过橡胶管13与电解液入口311相连通。电解液存储箱11内设有电阻加热棒15，电解液过滤头16和电解液冷却管17。电阻加热棒15固定在电解液存储箱端盖14上，加热部分位于电解液液面以下。电解液过滤头16通过另一根橡胶管13与电解液出口321相连通。

所述进给装置2包括设备整体龙门框架，工作台21，夹具22和滚珠丝杠直线移动装置27。参照图6所示，设备整体框架由型材29和直线电机211搭建而成，半封闭式电解液喷头3在整体框架的带动下可以实现在X、Y和Z方向的自由移动。整体框架2各个方向上的直线电机211的控制通过拖线链28集成到电控柜4中。工作台21通过螺栓固定在滚珠丝杠直线移动装置27的移动滑台上，方便工件的装卸，抛光时工件置于工作台21上面。夹具22上设有凹槽用于放置导电块25，两者尺寸相匹配，导电块的数量不做限定。该导电块通过电缆线24将工件与电控箱4中电源的正极相连。抛光时，工件被夹具22夹持且与导电块25接触。滚珠丝杠直线移动装置27通过螺栓固定在设备整体龙门框架上且可以沿着龙门框架移动。为了避免进给装置2的直线电机被电解液腐蚀，采用风琴罩26对给进给装置2的直线电机211进行防腐蚀保护。在整体框架底部设有绝缘材质电解液收集槽210，收集半封闭式电解液喷头3中剩余的电解液。

图3为半封闭式电解液喷头结构示意图，图4为图3沿A-A线的剖视图。参照图3、4所示，所述半封闭式电解液喷头3包括电解液喷头31和电解液喷头套32，两者之间为过盈配合或者胶合以确保其密封性。电解液喷头为导电材质并与电控柜中电源的阴极相连，为了保证阴极面积大于被抛光区域面积，电解液喷头31外形设置为鸭嘴状。在其一侧设有接线口312通过电缆与电控箱4中电源的阴极相连，在另外一侧设有电解液入口311，通过橡胶管13与电解液过滤头16相连。与电解液喷头31相对应地在电解液喷头套32上设有电解液出口321并通过橡胶管13与电解液泵相连。为了更好地使电解液回流，电解液喷头套32被设计为台阶状。此外为了防止电解液喷头31与工件23之间发生击穿现象，电解液喷头套32端口应高出电解液喷头31端口10-50 mm（如图4所示）。为方便半封闭式电解液喷头3的更换，在电解液喷头31的顶部设有矩形套，使半封闭式电解液喷头3通过预紧螺丝固定在进给装置2的Z轴上。

所述电控箱4，位于设备框架一侧，在电解液存储箱11前面，方便操作人员观察加工状态。内侧设有电解质等离子抛光电源和各种电控元器件，控制面板41可控制抛光电压、抛光时间、抛光轨迹、电解液温度及流速和排气罩5的启停。为了使移动的电解液喷头31与电源阴极相连，设有电缆架42。电缆由电缆挂钩挂设在电缆架上，为移动的电解液喷头31供电。

所述排气罩5材质为绝缘材质，位于抛光设备的上端，固定在工厂房顶或者墙壁上，大小可以覆盖主要抛光区域。

一种用于大平面工件的抽吸式电解质等离子抛光方法，具体包括如下步骤：

1）根据待抛光工件23表面大小选择半封闭式电解液喷头3，通过抽出滚珠丝杠直线运动滑台将固定在上面的工作台21移出抛光区域，用夹具22将待抛光工件23固定在工作台21上，确保夹具上的导电块25与工件23接触，导电块与电控箱电源阳极相连，电解液喷头为导电材质，并与电控柜中电源的阴极相连。

2）将工作台21移回抛光区域，并设定抛光原点，通过电控柜4的控制面板41上的控制按键，电解液喷头罩上端与电解液喷头配套，下端紧贴工件表面，形成封闭空间，通过电解液泵抽负压形成封闭空间，设定半封闭式电解液喷头3移动轨迹。

3）通过控制面板41设定抛光电压、抛光时间、电解液流速等抛光参数。

4）电解液在封闭起来的抛光区域流动，半封闭式电解液喷头3会按照设置路线，跳跃式依次对工件23表面进行抛光处理，在电解液喷头顶端设有矩形套并通过预紧螺栓固定在进给装置的Z轴上，进给装置带动工件做平台的移动和半封闭式电解液喷头在三个方向的水平移动，完成整个工件23表面的抛光，也可以根据需要在工件的局部进行抛光。

5）局部抛光完成后，依次移动半封闭式电解液喷头实现对整个工件表面的抛光处理，然后，将工作平台21移出抛光区域，拆装清洗即可。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于大平面工件的抽吸式电解质等离子抛光设备，其特征在于，包括电解液恒温循环装置，进给装置，半封闭式电解液喷头、电控箱和排气罩；

电解液恒温循环装置通过橡胶水管与半封闭式电解液喷头相连通，半封闭式电解液喷头通过预紧螺丝与进给装置Z轴相连实现在三个坐标方向的水平移动；排气罩位于整个装置的上方，固定在厂房房顶或墙壁上；

抛光时半封闭电解液喷头紧贴工件表面形成封闭空间。

2.根据权利要求书1所述的一种用于大平面工件的抽吸式电解质等离子抛光设备，其特征在于，电解液恒温循环装置包括电解液存储箱、电解液泵和橡胶水管；电解液泵固定在电解液存储箱上用于输送电解液，橡胶水管设有两根分别与半封闭式电解液喷头的入口和出口相连。

3.根据权利要求书1所述的用于大平面工件的抽吸式电解质等离子抛光设备，其特征在于，进给装置包括设备整体龙门框架，工作台，夹具和滚珠丝杠直线移动装置，工作台通过螺栓固定在滚珠丝杠直线移动滑台上，工作台上设有夹具用于装夹工件，滚珠丝杠直线移动滑台用螺栓固定在设备框架上。

4.根据权利要求书3所述的用于大平面工件的抽吸式电解质等离子抛光设备，其特征在于，所述的夹具除与工件接触的表面均涂有绝缘漆，或者由绝缘材质制作，与工件接触的一侧埋设有导电块并与电控箱电源阳极相连。

5.根据权利要求书1所述的用于大平面工件的抽吸式电解质等离子抛光设备，其特征在于，所述的半封闭式电解液喷头，由内部电解液喷头和外部电解液喷头罩构成，两者之间为过盈配合，喷头尺寸根据被加工工件的形状大小做选择。

6.根据权利要求书1所述的用于大平面工件的抽吸式电解质等离子抛光设备，其特征在于，电解液喷头为导电材质，并与电控柜中电源的阴极相连；电解液喷头形状类似于鸭嘴喷头，进口与橡胶水管相连。

7.根据权利要求书6所述的用于大平面工件的抽吸式电解质等离子抛光设备，其特征在于，电解液喷头罩为具有刚性的绝缘材质，上端与电解液喷头配套，下端紧贴工件表面，形成封闭空间；电解液喷头罩一侧略长于电解液喷头，并设有电解液出口与另一根橡胶水管相连；电解液泵工作时，在封闭空间内形成负压将电解液抽到工件表面进行抛光处理。

8.根据权利要求书6所述的用于大平面工件的抽吸式电解质等离子抛光设备，其特征在于，电控箱位于设备框架一侧，内侧设有电解质等离子抛光电源和各种电控元器件。

9.基于权利要求1所述的用于大平面工件的抽吸式电解质等离子抛光设备的大平面工件电解质等离子抛光方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据待抛光工件表面大小选择半封闭式电解液喷头的尺寸，通过抽出滚珠丝杠直线运动滑台将固定在上面的工作台移出抛光区域，用夹具将待抛光工件固定在工作台上，确保夹具上的导电块与工件接触，导电块与电控箱电源阳极相连，电解液喷头为导电材质，并与电控柜中电源的阴极相连；

(2)将工作台移回抛光区域，并设定抛光原点，通过电控柜的控制面板上的控制按键控制电解液喷头接触工件，此时电解液喷头罩上端与电解液喷头配套，下端紧贴工件表面，形成封闭空间，通过电解液泵抽负压形成低压封闭空间，设定半封闭式电解液喷头移动轨迹；

(3)通过控制面板设定抛光参数，所述的抛光参数是抛光电压、抛光时间、电解液流速；

(4)电解液在封闭起来的抛光区域流动，半封闭式电解液喷头按照设置路线，跳跃式依次对工件表面进行抛光处理，在电解液喷头顶端设有矩形套并通过预紧螺栓固定在进给装置的Z轴上，进给装置带动工件做平台的移动和半封闭式电解液喷头在三个方向的水平移动，完成整个工件表面的抛光，也可以根据需要在工件的局部进行抛光；

(5)局部抛光完成后，依次移动半封闭式电解液喷头实现对整个工件表面的抛光处理，然后，将工作平台移出抛光区域，拆装清洗即可。

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