CN111843070B - 一种射流电解加工阵列微结构的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开一种射流电解加工阵列微结构的系统及方法，该系统包括电解液供给子系统、电解加工喷头、电解加工电源、工件、电绝缘液体喷头、喷头固定架和电绝缘液体供给子系统。电解加工喷头和电绝缘液体喷头相互交错地固定于喷头固定架上，且2个电解加工喷头中间设有1个电绝缘液体喷头；电解加工喷头和电绝缘液体喷头置于工件的上方；电解加工喷头与电绝缘液体喷头间的距离可调；电解加工喷头与电绝缘液体喷头各自与工件间的距离可调；电绝缘液体喷头与电绝缘液体供给子系统连通；电解加工喷头喷出的电解液的流速可调；电绝缘液体喷头喷出的电绝缘液体的流速可调；喷头固定架可相对于工件作往复直线运动。本发明结构简单，操作容易，能在提高加工效率的同时兼顾高加工稳定性和加工质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解系统及方法，尤其涉及一种射流电解加工阵列微结构的系统及方法。
背景技术
电解加工是一种基于电化学溶解原理实施金属微结构制造的特种加工技术，在工业领域有十分广泛的应用。射流电解是一种特殊形式的电解加工工艺。它是将电解液以高速射流的形式作用于设定区域，以进行选择性溶解去除材料进而获得所需的微结构。射流电解加工具有加工速度快、操作自由度大等工艺优势，复杂制件上形成金属微结构件更受关注和重视。传统的单喷头射流电解加工大都用于加工微坑、微孔和微槽等简单形状特征的微结构，效率偏低，一定程度上限制了射流电解加工技术在工业领域中的应用。多喷头并行射流电解加工显然是直接提高加工效率的有效方式。但是，实施多喷头平行射流电解加工的最大挑战是：相邻喷头喷射的电解液之间会相互串扰，从而造成流场和电场分布的极度不稳定，无法得到预期加工效果。为此，减弱甚至消除多喷头平行射流之间的相互干扰，提高射流电解加工的稳定性已成为多喷头射流电解的研究重点。对此，本发明提出了基于电绝缘性液体进行在线隔离的多喷头并行射流电解加工阵列微结构的技术。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是针对现有射流电解加工方法难以兼顾高加工效率、高限域性、高加工稳定性的不足，提出一种射流电解加工阵列微结构的系统及方法。
本发明的技术方案是：一种射流电解加工阵列微结构的系统，包括电解液供给子系统、电解加工喷头、电解加工电源和工件，其特征在于：它还包括电绝缘液体喷头、喷头固定架和电绝缘液体供给子系统；所述的电解加工喷头和电绝缘液体喷头相互交错地固定于喷头固定架上，且2个电解加工喷头中间设有1个电绝缘液体喷头；所述的电解加工喷头和电绝缘液体喷头置于工件的上方；所述的电解加工喷头与电绝缘液体喷头间的距离可调；所述的电解加工喷头与电绝缘液体喷头各自与工件间的距离可调；所述的电绝缘液体喷头与电绝缘液体供给子系统连通；所述的电解加工喷头喷出的电解液的流速可调；所述的电绝缘液体喷头喷出的电绝缘液体的流速可调；所述的喷头固定架可相对于工件作往复直线运动。
所述的电绝缘液体供给子系统包括电绝缘液体流量控制阀、液压泵和电绝缘液体槽。
所述的电绝缘液体喷头的出口内径为0.05mm~0.5mm。
所述的电解加工喷头的出口内径为0.05mm~0.5mm。
所述的电绝缘液体喷头和电解加工喷头之间的距离为2mm~20mm。
所述的喷头固定架的材质为耐酸、碱腐蚀的非金属固体材料。
所述的电绝缘液体为煤油、硅油或石蜡油。
所述的电解加工喷头与电解加工电源的负极连接，所述的工件与电解加工电源的正极连接。
一种射流电解加工阵列微结构的方法，它包括以下步骤：
S1:调整电解加工喷头的下端出口相对于工件的高度为0.1mm~5mm，打开电解加工喷头的开关，让由电解加工喷头喷出的电解液垂直喷射到工件的表面；
S2: 调整电绝缘液体喷头的下端出口相对于工件的高度为0.1mm~5mm，打开电绝缘液体喷头的开关，让由电绝缘液体喷头喷出的电绝缘液体垂直喷射到工件的表面；
S3:驱动喷头固定架相对于工件作直线运动，与此同时，协同调整电绝缘液体的流速、电解液的流速、两相邻的电绝缘液体喷头与电解加工喷头之间的距离，以使电解液和电绝缘液体在工件的表面上形成电解液流与电绝缘液体流隔界明显且交错分布的稳定流路；
S4:将喷头固定架移动到加工起始位置；
S5:驱动喷头固定架按设定轨迹移动，在驱动喷头固定架移动的同时，使电解加工喷头和工件分别与电解加工电源的负极和正极连通；
S6:当喷头固定架移动到设计轨迹终点时，断开电解加工电源，关停电解加工喷头和电绝缘液体喷头，完成加工。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、结构简单，易于实现。只需在常规多喷头射流电解系统中间隔加入电绝缘液体喷头，通过调整电解加工喷头与电绝缘液体喷头之间的间隔及各自相对于工件的距离，并调整电解液和电绝缘液体流速，可使电绝缘液体在工件表面形成即时掩膜效果，即可在动态扫描加工过程中对两侧电解液流进行隔断、约束，能及时消除两侧电解液的串扰，形成稳定加工流路;
2、限域性好，加工精度高。在电绝缘液体的即时掩膜作用下，电解液的流动范围受到限制。通过调整电绝缘液体的流速，可将电解加工喷头喷出的电解液约束在电解加工喷头下方正对的工件区域内，且电绝缘液体作为即时掩膜，在动态扫描加工过程中能始终保护工件表面的非加工部分，有效地减弱了加工区域边缘的杂散腐蚀现象，提高了微结构加工的限域性和微细尺寸加工能力，加工精度高。
附图说明
图1为本发明一种射流电解加工阵列微结构的系统结构示意图。
图2为电绝缘液体冲击开相邻两侧电解液的流场变化示意图。
图中标号及名称：1、喷头固定架；2、电绝缘液体喷头；3、电解加工喷头；4、电绝缘液体供给子系统；4-1、电绝缘液体流量控制阀；4-2；液压泵、4-3、电绝缘液体槽；5、电解液供给子系统；5-1、电解液流量控制阀；5-2、液压泵；5-3、电解液槽；6、电绝缘液体；7、电解液；8、工件；9、电解加工电源；10、液体混合区。
具体实施方式
下面结合附图1和附图2对本发明专利的实施作进一步描述。
一种射流电解加工阵列微结构的系统，它包括由电解液流量控制阀5-1、液压泵5-2和电解液槽5-3组成的电解液供给子系统5、电解加工喷头3、电解加工电源9、工件8、煤油喷头2、材质为聚丙烯的喷头固定架1和由煤油流量控制阀4-1、液压泵4-2和煤油槽4-3组成的煤油供给子系统4；电解加工喷头3和煤油喷头2相互交错地固定于喷头固定架1上，且2个电解加工喷头3中间设有1个煤油喷头2；电解加工喷头3和煤油喷头2置于工件8的上方；电解加工喷头3与煤油喷头2间的距离可调；电解加工喷头3与煤油喷头2各自与工件8间的距离可调；煤油喷头2与煤油供给子系统4连通；电解加工喷头3喷出的电解液7的流速可调；煤油喷头2喷出的煤油6的流速可调；喷头固定架1可相对于工件8作往复直线运动；电解加工喷头3与电解加工电源9的负极连接，工件8与电解加工电源9的正极连接。
煤油喷头2的出口内径为1mm。
电解加工喷头3的出口内径为0.3mm。
煤油喷头2和电解加工喷头3之间的距离为5mm。
一种基于上述系统的射流电解加工阵列微结构的方法，它包括以下步骤：
S1:调整电解加工喷头3的下端出口相对于工件8的高度为0.3mm，打开电解加工喷头3的开关，让由电解加工喷头3喷出的电解液7垂直喷射到工件8的表面；
S2: 调整煤油喷头2的下端出口相对于工件8的高度为1mm，打开煤油喷头2的开关，让由煤油喷头2喷出的煤油6垂直喷射到工件8的表面；
S3:驱动喷头固定架1相对于工件8作直线运动，与此同时，协同调整煤油6的流速、电解液7的流速、两相邻的煤油喷头2与电解加工喷头3之间的距离，以使电解液7和煤油6在工件8的表面上形成电解液流与煤油流隔界明显且交错分布的稳定流路；
S4:将喷头固定架1移动到加工起始位置；
S5:驱动喷头固定架1按设定轨迹移动，在驱动喷头固定架1移动的同时，使电解加工喷头3和工件8分别与电解加工电源9的负极和正极连通；
S6:当喷头固定架1移动到设计轨迹终点时，断开电解加工电源9，关停电解加工喷头3和煤油喷头2，完成加工。
Claims (9)
1.一种射流电解加工阵列微结构的系统，包括电解液供给子系统（5）、电解加工喷头（3）、电解加工电源（9）和工件（8），其特征在于：它还包括电绝缘液体喷头（2）、喷头固定架（1）和电绝缘液体供给子系统（4）；所述的电解加工喷头（3）和电绝缘液体喷头（2）相互交错地固定于喷头固定架（1）上，且2个电解加工喷头（3）中间设有1个电绝缘液体喷头（2）；所述的电解加工喷头（3）和电绝缘液体喷头（2）置于工件（8）的上方；所述的电解加工喷头（3）与电绝缘液体喷头（2）间的距离可调；所述的电解加工喷头（3）与电绝缘液体喷头（2）各自与工件（8）间的距离可调；所述的电绝缘液体喷头（2）与电绝缘液体供给子系统（4）连通；所述的电解加工喷头（3）喷出的电解液（7）的流速可调；所述的电绝缘液体喷头（2）喷出的电绝缘液体（6）的流速可调；所述的喷头固定架（1）可相对于工件（8）作往复直线运动。
2.根据权利要求1所述的一种射流电解加工阵列微结构的系统，其特征在于：所述的电绝缘液体供给子系统（4）包括电绝缘液体流量控制阀（4-1）、液压泵（4-2）和电绝缘液体槽（4-3）。
3.根据权利要求1所述的一种射流电解加工阵列微结构的系统，其特征在于：所述的电绝缘液体喷头（2）的出口内径为0.05mm~0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种射流电解加工阵列微结构的系统，其特征在于：所述的电解加工喷头（3）的出口内径为0.05mm~0.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种射流电解加工阵列微结构的系统，其特征在于：所述的电绝缘液体喷头（2）和电解加工喷头（3）之间的距离为2mm~20mm。
6.根据权利要求1所述的一种射流电解加工阵列微结构的系统，其特征在于：所述的喷头固定架（1）的材质为耐酸、碱腐蚀的非金属固体材料。
7.根据权利要求1所述的一种射流电解加工阵列微结构的系统，其特征在于：所述的电绝缘液体（6）为煤油、硅油或石蜡油。
8.根据权利要求1所述的一种射流电解加工阵列微结构的系统，其特征在于：所述的电解加工喷头（3）与电解加工电源（9）的负极连接，所述的工件（8）与电解加工电源（9）的正极连接。
9.一种射流电解加工阵列微结构的方法，该方法使用权利要求1~8中任一项所述的一种射流电解加工阵列微结构的系统，其特征在于：它包括以下步骤：
S1:调整电解加工喷头（3）的下端出口相对于工件（8）的高度为0.1mm~5mm，打开电解加工喷头（3）的开关，让由电解加工喷头（3）喷出的电解液（7）垂直喷射到工件（8）的表面；
S2: 调整电绝缘液体喷头（2）的下端出口相对于工件（8）的高度为0.1mm~5mm，打开电绝缘液体喷头（2）的开关，让由电绝缘液体喷头（2）喷出的电绝缘液体（6）垂直喷射到工件（8）的表面；
S3:驱动喷头固定架（1）相对于工件（8）作直线运动，与此同时，协同调整电绝缘液体（6）的流速、电解液（7）的流速、两相邻的电绝缘液体喷头（2）与电解加工喷头（3）之间的距离，以使电解液（7）和电绝缘液体（6）在工件（8）的表面上形成电解液流与电绝缘液体流隔界明显且交错分布的稳定流路；
S4:将喷头固定架（1）移动到加工起始位置；
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