CN114515877A - 一种弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工方法及工装夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具，其特征在于：包括支承座部件、密封腔部件和阴极部件；支承座部件作为固定底座，且设有供电解液流出的输出通道；密封腔部件用于将待加工件固定于支承座部件的上端，且在位于待加工件的上方位置设有供阴极部件插入的阴极通道，密封腔部件与支承座部件密封连接，且设有与输出通道连通的电解液的输入通道；阴极部件的上端与驱动装置固定连接，阴极部件的下端设有数个单体阴极，单体阴极可插入所述阴极通道，并对待加工件表面进行加工。本发明解决了微结构加工效率低、成本高、损耗重等问题，不产生切削力，提高了工件的精度及性能；阴极可重复使用；阴极部件可按需更换，适应性强。

Description

一种弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工方法及工装夹具

技术领域

本发明涉及一种微结构加工方法，具体涉及一种弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工方法及工装夹具。

背景技术

金属表面的微细结构在增加反应面积、减小摩擦力、减小阻力、提高能源利用率等多种方面有着显著的优势。具有双面交错阵列微结构的弱刚性薄片件厚度较小，刚性差，加工过程中容易因切削力产生变形；薄片件正、反两面均具有微结构特征，且正、反两面具有的微结构特征不同且成一定角度交错分布，不能实现一次成形。

现有的表面微结构的加工方法有微细铣削加工、精密电火花加工、激光加工、电解加工等。其中，微细铣削加工方法加工后加工表面存在残余应力，刀具损耗严重，且效率低，生产成本高。精密电火花加工存在电极损耗，加工表面有再铸层，效率低的问题。激光加工存在表面质量有缺陷的问题。

电解加工是对作为阳极的金属工件在电解液中进行阳极溶解而去除材料，实现工件加工成形的工艺过程。电解加工过程中工具阴极和工件之间不发生接触，材料以离子的形式去除，加工薄片表面特征时不会使薄片因切削力产生变形。采用电解加工可以实现单面特征一次成形，单面阵列特征一致性好；加工表面没有残余应力，且可以获得较好的表面质量，使薄片件在加工完成后可以获得较好的使用性能。同时，电解加工还具有工具阴极无损耗、加工效率高的优点，适合批量生产。因此，需要结合电解加工技术研究一种弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工方法并设计相对应的工装夹具，改善现有加工方法存在的不足。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工方法及工装夹具，以解决目前微结构加工效率低、成本高、损耗重等问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具，其特征在于：包括支承座部件、密封腔部件和阴极部件；所述支承座部件作为固定底座，且设有供电解液流出的输出通道；所述密封腔部件用于将待加工件固定于所述支承座部件的上端，且在位于所述待加工件的上方位置设有供所述阴极部件插入的阴极通道，所述密封腔部件与所述支承座部件密封连接，且设有与所述输出通道连通的电解液的输入通道；所述阴极部件的上端与驱动装置固定连接，所述阴极部件的下端设有数个单体阴极，所述单体阴极可插入所述阴极通道，以对待加工件进行加工。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，所述支承座部件包括上支承座及下支承座，所述上支承座与下支承座固定连接，并在所述上支承座与下支承座的中间设有连通的所述输出通道，在所述上支承座与下支承座的连接处围绕所述输出通道设有第一密封圈。

进一步地，所述输出通道包括收集缩口、第一输出通道及第二输出通道，所述收集缩口的开口在所述上支承座的上端面，并向下形成缩口；所述第一输出通道贯穿所述上支承座与下支承座，并连通所述收集缩口及第二输出通道，所述第二输出通道的开口设在所述下支承座的侧壁。

进一步地，所述密封腔部件包括绝缘腔体件，所述绝缘腔体件套设在所述上支承座上，且所述绝缘腔体件的侧壁开设有输入通道，所述输入通道包括液孔及挡流腔，所述液孔用于输入电解液，所述挡流腔将输入的电解液引流至整流段，所述整流段由位于所述待加工件上方的所述绝缘腔体件的下端面与所述所述待加工件上端面的位面差形成；所述绝缘腔体件与所述上支承座之间设有第二密封圈。

进一步地，所述阴极部件包括主轴连杆、阴极定位板、阴极固定板和数个单体阴极，所述主轴连杆的上端与所述驱动装置固定连接；所述阴极定位板上设有数个阴极限位孔，数个所述单体阴极的一端插入所述阴极限位孔与所述阴极固定板固定连接，以此形成一个阴极整体件，所述阴极整体件与所述主轴连杆的下端可拆卸的固定连接。

进一步地，所述绝缘腔体件的上端设有供所述阴极部件置入的凹槽，所述主轴连杆的侧壁设有一圈浅槽，所述浅槽设有O型圈，所述O型圈用于实现所述阴极部件与所述密封腔部件的密封。

进一步地，所述阴极整体件包括正阴极整体件及反阴极整体件，且分别对应所述待加工件的正、反面固定设置不同的单体阴极。

进一步地，所述绝缘腔体件对应所述正阴极整体件及反阴极整体件设有正绝缘腔体件及反绝缘腔体件，所述正绝缘腔体件及反绝缘腔体件根据不同的单体阴极设有对应的阴极通道。

进一步地，所述上支承座和所述主轴连杆上分别在对应位置设有上下对齐的两对不同直径且成角度的销孔对，所述销孔对包括大销孔对及小销孔对；所述阴极整体件及绝缘腔体件也设有用于对齐的销孔对。

进一步地，一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将所述阴极部件分别装配形成所述正阴极整体件及反阴极整体件，至此完成阴极部件的准备；

步骤二、将所述下支承座置于机床工作台上，并将上支承座压紧于下支承座上进行固定，通过第一密封圈完成密封，至此完成支承座部件的装配；

步骤三、将所述主轴连杆与驱动装置的驱动轴固定连接，将O型圈塞入主轴连杆的浅槽中，并对主轴连杆于机床工作台找平；

步骤四、利用主轴连杆的大销孔对及上支承座的大销孔对，将主轴连杆与支承座部件对中，完成找正；

步骤五、将装配好的正阴极整体件通过销孔对与主轴连杆进行定位装配；

步骤六、清理、冲洗上支承座的表面杂物，通过上支承座的大销孔对定位将待加工件平放于上支承座上表面；

步骤七、将所述正绝缘腔体件的销孔对与上支承座的大销孔对定位，并压紧待加工件于上支承座；

步骤八、将阴极整体件的单体阴极与待加工件之间低压短接对刀；

步骤九、试通电解液，检查密封情况；

步骤十、设置电解参数，通入电解液，接通电源，阴极整体件在驱动下，向下振动进给，定向溶解待加工件的表面，加工出所需表面微结构；

步骤十一、完成正面加工后，拆卸正绝缘腔体件并取出待加工件，清理工作区域，并将待加工件翻面，通过上支承座的小销孔对定位，将其平放于上支承座；

步骤十二、将已完成加工的正阴极整体件替换为反阴极整体件，并通过主轴连杆的小销孔对定位，固定于主轴连杆的下端；

步骤十三、将反绝缘腔体件通过上支承座的小销孔对定位，并压紧待加工件于上支承座；

步骤十四、重复步骤八至步骤十；

步骤十五、完成反面加工，取出完成的待加工件，至此完成弱刚性薄片表面阵列微结构的电解加工过程。

本发明的有益效果是：

本发明的加工过程中因阴极部件和工件不发生接触，不产生切削力；通过工装夹具提高了弱刚性薄片的刚性，因此加工时工件不会产生形变，避免了因工件形变而产生的加工误差，使得加工精度得到提高；工件单面阵列特征一次成形，尺寸一致性好；同时工件表面没有残余应力，可获得更好的使用性能；加工过程中阴极无损耗，能够长期多次使用，且仅需两次进给即可完成两面阵列特征的加工成形，加工效率高，可以大幅降低批生产的生产成本；夹具中阴极部件的单体阴极可以任意单独或多个更换，针对不同表面特征的加工，具有较好的适应性。

附图说明

图1为本发明的工装夹具的结构剖视图；

图2为本发明的工装夹具的A处结构放大图；

图3为本发明的工装夹具的俯视图；

图4为本发明的待加工件正面的俯视图；

图5为本发明的工装夹具的正阴极整体件的立体图；

图6为本发明的待加工件反面的俯视图；

图7为本发明的工装夹具的反阴极整体件的立体图。

附图标记：1.下支承座，2第一密封圈，3.上支承座，4.第二密封圈，5.绝缘腔体件，6.主轴连杆，7.阴极固定板，8.阴极定位板，9.单体阴极，10.待加工件，11.通液孔，12.挡流腔，13.整流段，14.收集缩口，15.第一输出通道，16.第二输出通道。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如附图所示，本发明实施例的一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具，其特征在于：包括支承座部件、密封腔部件和阴极部件；所述支承座部件作为固定底座，且设有供电解液流出的输出通道；所述密封腔部件用于将待加工件10固定于所述支承座部件的上端，且在位于所述待加工件10的上方位置设有供所述阴极部件插入的阴极通道，所述密封腔部件与所述支承座部件密封连接，且设有与所述输出通道连通的电解液的输入通道；所述阴极部件的上端与驱动装置固定连接，所述阴极部件的下端设有数个单体阴极9，所述单体阴极9可插入所述阴极通道，以对待加工件10进行加工。在接通电源后，单体阴极9、电解液及待加工件10的表面发生反应，从而在待加工件10的表面加工出微结构。

在本实施例中，所述支承座部件包括上支承座3及下支承座1，所述上支承座3与下支承座1固定连接，并在所述上支承座3与下支承座1的中间设有连通的所述输出通道，在所述上支承座3与下支承座1的连接处围绕所述输出通道设有第一密封圈2。其中，所述输出通道包括收集缩口14、第一输出通道15及第二输出通道16，所述收集缩口14的开口在所述上支承座3的上端面，并向下形成缩口，以便于电解液的流通；所述第一输出通道15贯穿所述上支承座3与下支承座1，并连通所述收集缩口14及第二输出通道16，所述第二输出通道16的开口设在所述下支承座1的侧壁，用于将电解液引出。

在本实施例中，所述密封腔部件包括绝缘腔体件5，所述绝缘腔体件5套设在所述上支承座3上，且所述绝缘腔体件5的侧壁开设有输入通道，所述输入通道包括液孔11及挡流腔12，所述液孔11用于输入电解液，所述挡流腔12将输入的电解液引流至整流段13，所述整流段13由位于所述待加工件10上方的所述绝缘腔体件5的下端面与所述所述待加工件10上端面的位面差形成，电解液进入后经过挡流腔12及整流段13整流后收敛汇聚流出，流场形式为带挡流、整流段的收敛式侧流；所述绝缘腔体件5与所述上支承座3之间设有第二密封圈4。

在本实施例中，所述阴极部件包括主轴连杆6、阴极定位板8、阴极固定板7和数个单体阴极9，所述主轴连杆6的上端与所述驱动装置固定连接；所述阴极定位板8上设有数个阴极限位孔，用于定位单体阴极9的位置，数个所述单体阴极9的一端插入所述阴极限位孔与所述阴极固定板7固定连接，以此形成一个阴极整体件，所述阴极整体件与所述主轴连杆6的下端可拆卸的固定连接。

在本实施例中，所述绝缘腔体件5的上端设有供所述阴极部件置入的凹槽，所述主轴连杆6的侧壁设有一圈浅槽，所述浅槽设有O型圈，所述O型圈用于实现所述阴极部件与所述密封腔部件的密封，且便于定位调节、避免刚性冲击。其中，通过所述密封腔部件、支承座部件及所述阴极部件的分别密封，共同构成电解液压力腔。

在本实施例中，所述阴极整体件包括正阴极整体件及反阴极整体件，且分别对应所述待加工件10的正、反面固定设置不同的单体阴极9。

在本实施例中，所述绝缘腔体件5对应所述正阴极整体件及反阴极整体件设有正绝缘腔体件及反绝缘腔体件，所述正绝缘腔体件及反绝缘腔体件根据不同的单体阴极9设有对应的阴极通道。

在本实施例中，所述上支承座3和所述主轴连杆6上分别在对应位置设有上下对齐的两对不同直径且成一定角度的销孔对，所述销孔对包括大销孔对及小销孔对；所述阴极整体件及绝缘腔体件5也设有用于对齐的销孔对。以此实现待加工件10的正、反两面交错阵列特征加工时，待加工件10和所述阴极部件改变角度定位，从而实现待加工件10的正、反两面特征的交错加工。

参考附图4及6，可见待加工件10的两个表面需加工特征部位成一定角度交错分布。本发明可根据实际需求调整更换阴极整体件及绝缘腔体件5，以满足实际加工需求。

本发明的一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将所述阴极部件分别装配形成所述正阴极整体件及反阴极整体件，至此完成阴极部件的准备；

步骤二、将所述下支承座1置于机床工作台上，并将上支承座3压紧于下支承座1上进行固定，通过第一密封圈2完成密封，至此完成支承座部件的装配；

步骤三、将所述主轴连杆6与驱动装置的驱动轴固定连接，将O型圈塞入主轴连杆6的浅槽中，并对主轴连杆6于机床工作台找平；

步骤四、利用主轴连杆6的大销孔对及上支承座3的大销孔对，将主轴连杆6与支承座部件对中，完成找正；

步骤五、将装配好的正阴极整体件通过销孔对与主轴连杆6进行定位装配；

步骤六、清理、冲洗上支承座3的表面杂物，通过上支承座3的大销孔对定位将待加工件10平放于上支承座3上表面；

步骤七、将所述正绝缘腔体件的销孔对与上支承座3的大销孔对定位，并压紧待加工件10于上支承座3；

步骤八、将阴极整体件的单体阴极9与待加工件10之间低压短接对刀；

步骤九、试通电解液，检查密封情况；

步骤十、设置电解参数，通入电解液，接通电源，阴极整体件在驱动下，向下振动进给，定向溶解待加工件10的表面，加工出所需表面微结构；

步骤十一、完成正面加工后，拆卸正绝缘腔体件并取出待加工件10，清理工作区域，并将待加工件10翻面，通过上支承座3的小销孔对定位，将其平放于上支承座3；

步骤十二、将已完成加工的正阴极整体件替换为反阴极整体件，并通过主轴连杆6的小销孔对定位，固定于主轴连杆6的下端；

步骤十三、将反绝缘腔体件通过上支承座3的小销孔对定位，并压紧待加工件10于上支承座3；

步骤十四、重复步骤八至步骤十；

步骤十五、完成反面加工，取出完成的待加工件10，至此完成弱刚性薄片表面阵列微结构的电解加工过程。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具，其特征在于：包括支承座部件、密封腔部件和阴极部件；所述支承座部件作为固定底座，且设有供电解液流出的输出通道；所述密封腔部件用于将待加工件（10）固定于所述支承座部件的上端，且在位于所述待加工件（10）的上方位置设有供所述阴极部件插入的阴极通道，所述密封腔部件与所述支承座部件密封连接，且设有与所述输出通道连通的电解液的输入通道；所述阴极部件的上端与驱动装置固定连接，所述阴极部件的下端设有数个单体阴极（9），所述单体阴极（9）可插入所述阴极通道，以对待加工件（10）进行加工。

2.根据权利要求1所述的一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具，其特征在于：所述支承座部件包括上支承座（3）及下支承座（1），所述上支承座（3）与下支承座（1）固定连接，并在所述上支承座（3）与下支承座（1）的中间设有连通的所述输出通道，在所述上支承座（3）与下支承座（1）的连接处围绕所述输出通道设有第一密封圈（2）。

3.根据权利要求2所述的一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具，其特征在于：所述输出通道包括收集缩口（14）、第一输出通道（15）及第二输出通道（16），所述收集缩口（14）的开口在所述上支承座（3）的上端面，并向下形成缩口；所述第一输出通道（15）贯穿所述上支承座（3）与下支承座（1），并连通所述收集缩口（14）及第二输出通道（16），所述第二输出通道（16）的开口设在所述下支承座（1）的侧壁。

4.根据权利要求3所述的一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具，其特征在于：所述密封腔部件包括绝缘腔体件（5），所述绝缘腔体件（5）套设在所述上支承座（3）上，且所述绝缘腔体件（5）的侧壁开设有输入通道，所述输入通道包括液孔（11）及挡流腔（12），所述液孔（11）用于输入电解液，所述挡流腔（12）将输入的电解液引流至整流段（13），所述整流段（13）由位于所述待加工件（10）上方的所述绝缘腔体件（5）的下端面与所述待加工件（10）上端面的位面差形成；所述绝缘腔体件（5）与所述上支承座（3）之间设有第二密封圈（4）。

5.根据权利要求4所述的一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具，其特征在于：所述阴极部件包括主轴连杆（6）、阴极定位板（8）、阴极固定板（7）和数个单体阴极（9），所述主轴连杆（6）的上端与所述驱动装置固定连接；所述阴极定位板（8）上设有数个阴极限位孔，数个所述单体阴极（9）的一端插入所述阴极限位孔与所述阴极固定板（7）固定连接，以此形成一个阴极整体件，所述阴极整体件与所述主轴连杆（6）的下端可拆卸的固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具，其特征在于：所述绝缘腔体件（5）的上端设有供所述阴极部件置入的凹槽，所述主轴连杆（6）的侧壁设有一圈浅槽，所述浅槽设有O型圈，所述O型圈用于实现所述阴极部件与所述密封腔部件的密封。

7.根据权利要求6所述的一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具，其特征在于：所述阴极整体件包括正阴极整体件及反阴极整体件，且分别对应所述待加工件（10）的正、反面固定设置不同的单体阴极（9）。

8.根据权利要求7所述的一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具，其特征在于：所述绝缘腔体件（5）对应所述正阴极整体件及反阴极整体件设有正绝缘腔体件及反绝缘腔体件，所述正绝缘腔体件及反绝缘腔体件根据不同的单体阴极（9）设有对应的阴极通道。

9.根据权利要求8所述的一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具，其特征在于：所述上支承座（3）和所述主轴连杆（6）上分别在对应位置设有上下对齐的两对不同直径且成角度的销孔对，所述销孔对包括大销孔对及小销孔对；所述阴极整体件及绝缘腔体件（5）也设有用于对齐的销孔对。

10.根据上述任一项权利要求中的一种用于弱刚性薄片表面阵列微结构电解加工的工装夹具的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将所述阴极部件分别装配形成所述正阴极整体件及反阴极整体件，至此完成阴极部件的准备；

步骤二、将所述下支承座（1）置于机床工作台上，并将上支承座（3）压紧于下支承座（1）上进行固定，通过第一密封圈（2）完成密封，至此完成支承座部件的装配；

步骤三、将所述主轴连杆（6）与驱动装置的驱动轴固定连接，将O型圈塞入主轴连杆（6）的浅槽中，并对主轴连杆（6）于机床工作台找平；

步骤四、利用主轴连杆（6）的大销孔对及上支承座（3）的大销孔对，将主轴连杆（6）与支承座部件对中，完成找正；

步骤五、将装配好的正阴极整体件通过销孔对与主轴连杆（6）进行定位装配；

步骤六、清理、冲洗上支承座（3）的表面杂物，通过上支承座（3）的大销孔对定位将待加工件（10）平放于上支承座（3）上表面；

步骤七、将所述正绝缘腔体件的销孔对与上支承座（3）的大销孔对定位，并压紧待加工件（10）于上支承座（3）；

步骤八、将阴极整体件的单体阴极（9）与待加工件（10）之间低压短接对刀；

步骤九、试通电解液，检查密封情况；

步骤十、设置电解参数，通入电解液，接通电源，阴极整体件在驱动下，向下振动进给，定向溶解待加工件（10）的表面，加工出所需表面微结构；

步骤十一、完成正面加工后，拆卸正绝缘腔体件并取出待加工件（10），清理工作区域，并将待加工件（10）翻面，通过上支承座（3）的小销孔对定位，将其平放于上支承座（3）；

步骤十二、将已完成加工的正阴极整体件替换为反阴极整体件，并通过主轴连杆（6）的小销孔对定位，固定于主轴连杆（6）的下端；

步骤十三、将反绝缘腔体件通过上支承座（3）的小销孔对定位，并压紧待加工件（10）于上支承座（3）；

步骤十四、重复步骤八至步骤十；

步骤十五、完成反面加工，取出完成的待加工件（10），至此完成弱刚性薄片表面阵列微结构的电解加工过程。

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