本發(fā)明涉及一種表面織構(gòu)電解加工方法，更具體地說，涉及一種雙層絕緣板工具陰極表面織構(gòu)的電解加工方法。

背景技術(shù)：

機(jī)械零件的表面磨損是機(jī)械零件失效的主要形式之一，不僅浪費(fèi)大量能源與資源，而且導(dǎo)致零部件頻繁更換與維修，加快了設(shè)備的報廢，間接和直接地造成了大量的經(jīng)濟(jì)損失，極大地影響了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。摩擦磨損造成的損失是巨大的，因此，減少無用的摩擦損耗，控制和減小磨損，改善潤滑性能可減少設(shè)備維修次數(shù)和費(fèi)用，可以節(jié)約能源和提高資源的利用率。減小磨損，降低摩擦也是工程界長期致力于需要解決的重大技術(shù)挑戰(zhàn)之一。

改善機(jī)械系統(tǒng)的摩擦性能對提高機(jī)器的承載能力和使用壽命有著重要作用。工程實踐表明，通過改變潤滑油的化學(xué)成分以及降低潤滑油粘度可以減少潤滑油中硫、磷含量，降低環(huán)境污染；另一種合理的方法是對摩擦副工作表明進(jìn)行精加工，如表明拋光、研磨等，從而達(dá)到減小摩擦副之間的摩擦損耗的目的，但受材料性質(zhì)和加工精度的影響，粗糙度的提高已經(jīng)達(dá)到了極限水平。表面工程技術(shù)的進(jìn)步為更好地控制材料的摩擦學(xué)行為提供了多種有效的解決方法，其中表面織構(gòu)技術(shù)作為精確表面工程提高摩擦副承載能力以及抗磨減摩性能方面有著明顯的改善效果。大量的理論研究和工程實踐發(fā)現(xiàn)，合理的表面織構(gòu)能夠產(chǎn)生流體動壓，儲存潤滑油，為表面提供潤滑、容納磨屑以及減少表面吸附力等效果。并且，隨著近年來研究的不斷深入，研究人員已經(jīng)形成共識：摩擦副表面的微小凹坑陣列具有極佳的抗磨減摩性能。

為此，本領(lǐng)域技術(shù)人員提出了許多微小凹坑陣列的加工方法，如機(jī)械加工、激光加工、電火花加工、電化學(xué)射流加工、照相電解加工等。但上述方法在加工難切削材料薄板群孔結(jié)構(gòu)時，都存在一些自身難以克服的不足?；顒幽０咫娊饧庸ぜ夹g(shù)是基于電化學(xué)的基本原理，即陽極電化學(xué)溶解理論而衍生出來的一種電解加工方法，采用活動模板電解加工技術(shù)進(jìn)行加工是在工件的表面緊貼一層掩模板，掩模板上鉆有合適孔徑的孔，掩模板與工件貼緊后，工件上形成具有一定孔徑的裸露表面，然后進(jìn)行電解加工，利用陰極模板使電流集中在待加工區(qū)域進(jìn)行小孔加工，非加工區(qū)域由于陰極模板的遮蔽，無電解液滲入而不發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，未受掩模保護(hù)的部分參與反應(yīng)被蝕除得到所需的小孔。

為了提高工件微小凹坑陣列的加工效率，中國專利號ZL201310640987.9，授權(quán)公告日為2016年11月23日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為：蛇形流道活動模板群孔電解加工裝置及加工方法，該申請案涉及一種蛇形流道活動模板群孔電解加工裝置及加工方法，采用兩模板分別緊貼于工件的兩側(cè)，兩陰極置于工件的兩側(cè)，從而實現(xiàn)了工件雙面加工，提高了加工效率。但這種加工實質(zhì)上依然是兩個單面加工的簡單復(fù)合，需要兩組電解陰極，僅適用于薄板小孔類零件加工，并且存在電解加工產(chǎn)物排出速度相對較慢等不足，需要對流道結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計來保證加工質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于提供一種雙層絕緣板工具陰極表面織構(gòu)的電解加工方法，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，利用具有導(dǎo)電的中間板和兩面絕緣的上層板和下層板的“日”字形結(jié)構(gòu)雙層絕緣板工具陰極實現(xiàn)在兩塊工件上一次性同時織構(gòu)大量陣列微坑，表面織構(gòu)效率和精度高，具有織構(gòu)面廣、織構(gòu)可控和效率高等特點，有著廣泛的應(yīng)用前景。

2.技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種雙層絕緣板工具陰極表面織構(gòu)的電解加工方法，包括以下步驟：

(a)制備雙層絕緣板工具陰極：該雙層絕緣板工具陰極包括金屬板和絕緣層，所述的金屬板的厚度方向上開設(shè)有上下兩個腔體，使金屬板形成具有相平行的上層板、中間板和下層板的“日”字形結(jié)構(gòu)，所述的上層板和下層板上分別開設(shè)有用于電解加工微坑陣列的孔，所述的絕緣層分別設(shè)于上層板和下層板的內(nèi)外側(cè)表面上；

(b)工件安裝：分別在步驟(a)中的雙層絕緣板工具陰極的上下表面上設(shè)置工件，使工件貼于雙層絕緣板工具陰極的上下表面上；

(c)電解加工：在雙層絕緣板工具陰極的上下兩個腔體內(nèi)通入電解液，使電解液通過孔到達(dá)工件的加工表面，雙層絕緣板工具陰極的中間板接脈沖電源的負(fù)極，工件接脈沖電源的正極，進(jìn)行表面織構(gòu)電解加工。

更進(jìn)一步地，在步驟(c)中，在雙層絕緣板工具陰極的腔體內(nèi)通入濃度不超過10％的NaNO₃電解液，脈沖電源的電壓控制在10V以內(nèi)，電解液壓力控制在0.5Mpa之內(nèi)，電解加工時間不超過60s。

更進(jìn)一步地，所述的雙層絕緣板工具陰極的具體制備方法如下：

(a-1)利用慢走絲切割機(jī)床在金屬板上切割出上下等間距的腔體，使金屬板形成具有相平行的上層板、中間板和下層板的“日”字形結(jié)構(gòu)；

(a-2)在數(shù)控機(jī)床上采用電火花技術(shù)對上層板和下層板加工出用于電解微坑陣列的孔；

(a-3)對中間板的上下表面進(jìn)行保護(hù)，并采用微弧氧化工藝對上層板和下層板的內(nèi)外側(cè)表面進(jìn)行絕緣。

更進(jìn)一步地，步驟(a-1)中所述的金屬板為鎂合金或鋁合金金屬薄板，且金屬板的厚度不超過3mm，金屬板的上下兩面平行度誤差不超過0.01mm。

更進(jìn)一步地，在步驟(a-1)中加工上下腔體時，腔體的厚度不超過0.5mm，且中間板的上下表面平行度誤差不超過0.01mm。

更進(jìn)一步地，在步驟(a-2)中加工孔時，利用陣列式電火花電極加工陣列孔，孔的直徑不超過200μm，相鄰兩個孔的間距不超過500μm。

更進(jìn)一步地，在步驟(a-3)中，微弧氧化電壓不超過500V，微弧氧化時間不超過30s，微弧氧化絕緣層厚度不超過20μm。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：

(1)本發(fā)明的一種雙層絕緣板工具陰極表面織構(gòu)的電解加工方法，其利用具有導(dǎo)電的中間板和兩面絕緣的上層板和下層板的“日”字形結(jié)構(gòu)雙層絕緣板工具陰極，實現(xiàn)了在兩塊工件上一次性同時織構(gòu)大量陣列微坑，表面織構(gòu)效率高，并且電解液在雙層絕緣板工具陰極的腔體內(nèi)流動，易于將電解產(chǎn)物快速排出，表面織構(gòu)質(zhì)量好且穩(wěn)定，具有織構(gòu)面廣、織構(gòu)可控和效率高等特點，有著廣泛的應(yīng)用前景；

(2)本發(fā)明的一種雙層絕緣板工具陰極表面織構(gòu)的電解加工方法，其雙層絕緣板工具陰極的制備方法簡單可行，加工成本低，制備效率高，加工出的工具陰極精度高；

(3)本發(fā)明的一種雙層絕緣板工具陰極表面織構(gòu)的電解加工方法，其雙層絕緣板工具陰極的絕緣層采用微弧氧化工藝進(jìn)行絕緣，不僅對除中間板以外的其他區(qū)域進(jìn)行有效絕緣，還提高了電解工具陰極的表面強(qiáng)度，使電解工具陰極不易變形，提高了雙層絕緣板工具陰極的使用壽命。

附圖說明

圖1本發(fā)明的一種雙層絕緣板工具陰極表面織構(gòu)的電解加工方法的原理示意圖；

圖2為發(fā)明中工件表面織構(gòu)陣列微坑的示意圖。

示意圖中的標(biāo)號說明：

1、金屬板；1-1、中間板；1-2、上層板；1-3、下層板；1-4、腔體；2、孔；3、絕緣層；4、工件。

具體實施方式

為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。

實施例

結(jié)合圖1所示，本實施例的一種雙層絕緣板工具陰極表面織構(gòu)的電解加工方法，包括以下步驟：

(a)制備雙層絕緣板工具陰極：該雙層絕緣板工具陰極包括金屬板1和絕緣層3，金屬板1采用鎂合金或鋁合金金屬薄板較佳，具有易于加工，結(jié)構(gòu)適用性強(qiáng)，成本較低等優(yōu)點；金屬板1的厚度方向上開設(shè)有上下兩個腔體1-4，使金屬板1形成具有相平行的上層板1-2、中間板1-1和下層板1-3的“日”字形結(jié)構(gòu)，在本實施例中優(yōu)選地，上下兩個腔體1-4的厚度相等，不僅加工方便，而且使中間板1-1與工件4距離相等，電解速度一致，工件4的電解加工質(zhì)量穩(wěn)定。上層板1-2和下層板1-3上分別開設(shè)有用于電解加工微坑陣列的孔2，本實施例中的孔2為按一定間距陣列排列、尺寸一致的圓孔，便于電解加工出高精度陣列微孔，提高工件表面抗磨減摩性能；絕緣層3分別設(shè)于上層板1-2和下層板1-3的內(nèi)外側(cè)表面上，這樣，通過中間板1-1導(dǎo)電，其余區(qū)域絕緣，形成雙層絕緣板工具陰極，腔體1-4用于通入電解液實現(xiàn)工件4的表面織構(gòu)電解加工。

(b)工件安裝：分別在步驟(a)中的雙層絕緣板工具陰極的上下表面上設(shè)置工件4，使工件4貼于雙層絕緣板工具陰極的上下表面上，這樣，電解液通過腔體1-4進(jìn)入雙層絕緣板工具陰極內(nèi)，并通過孔2使電解液接觸工件4的加工表面，從而利用陽極腐蝕原理實現(xiàn)工件4表面裸露部位的電解加工，而被遮擋的部位不被腐蝕，進(jìn)而在工件4表面加工出微坑陣列；電解加工間隙通過腔體1-4的高度來確定。

(c)電解加工：在雙層絕緣板工具陰極的上下兩個腔體1-4內(nèi)通入電解液，使電解液通過孔2到達(dá)工件4的加工表面，雙層絕緣板工具陰極的中間板1-1接脈沖電源的負(fù)極，工件4接脈沖電源的正極，進(jìn)行表面織構(gòu)電解加工。具體地，在雙層絕緣板工具陰極的腔體1-4內(nèi)通入濃度不超過10％的NaNO₃電解液，脈沖電源的電壓控制在10V以內(nèi)，電解液壓力控制在0.5Mpa之內(nèi)，電解加工時間不超過60s，利用腔體1-4通入電解液，電解液流速相對較快，從而使電解腐蝕物更加快速排出，提高加工效率和精度，且通過腔體1-4通入的電解液，流速分布也更加均勻，實現(xiàn)一次性在兩個工件4上織構(gòu)出大面積陣列微坑。

本實施例的一種雙層絕緣板工具陰極表面織構(gòu)的電解加工方法，其雙層絕緣板工具陰極的具體制備方法如下：

(a-1)利用慢走絲切割機(jī)床在金屬板1上切割出上下等間距的腔體1-4，使金屬板1形成具有相平行的上層板1-2、中間板1-1和下層板1-3的“日”字形結(jié)構(gòu)；上述的金屬板1采用整體鎂合金或鋁合金金屬薄板，且金屬板1的厚度不超過3mm，且用精密檢測儀器對鎂合金或鋁合金金屬板1上下面進(jìn)行平行度檢測，確保金屬板1的上下兩面平行度誤差不超過0.01mm，以保證制備的工具陰極精度高且穩(wěn)定；另外，在加工上下腔體1-4時，通過控制慢走絲線切割切割間隙、切割電流和切割軌跡等參數(shù)對金屬板1的腔體1-4進(jìn)行切割，腔體1-4的厚度不超過0.5mm，切割電流一般不超過1A，且要求中間板1-1的上下表面平行度誤差不超過0.01mm，在保證了表面織構(gòu)加工要求的情況下，提高了工具陰極的可加工性和加工精度。

(a-2)在數(shù)控機(jī)床上采用電火花技術(shù)對上層板1-2和下層板1-3加工出用于電解微坑陣列的孔2，該孔2為按一定間距陣列排列、尺寸一致的圓孔最佳；具體在加工孔2時，利用陣列式電火花電極加工陣列孔，孔2的直徑不超過200μm，相鄰兩個孔2的間距不超過500μm。

(a-3)對中間板1-1的上下表面進(jìn)行保護(hù)，并采用微弧氧化工藝對上層板1-2和下層板1-3的內(nèi)外側(cè)表面進(jìn)行絕緣；上述的微弧氧化電壓不超過500V，微弧氧化時間不超過30s，微弧氧化絕緣層3厚度不超過20μm，具體可采用保護(hù)紙對中間板1-1的上下表面進(jìn)行保護(hù)，使保護(hù)紙與中間板1-1的上下表面完全貼合，工藝過程簡單，不僅對除中間板1-1以外的其他區(qū)域進(jìn)行有效絕緣，還提高了電解工具陰極的表面強(qiáng)度，使電解工具陰極不易變形，提高使用壽命。

為了進(jìn)一步提高雙層絕緣板工具陰極的制備精度，本實施例中，在步驟(a-1)之前，還包括前清洗步驟，具體為，將加工后的金屬板1放入超聲波清洗設(shè)備中并加入水基性溶劑清洗至少30min，取出吹干；在步驟(a-1)之后，還包括中間清洗步驟，具體為，將加工后的金屬板1放入超聲波清洗設(shè)備中并加入水基性溶劑清洗至少60min，取出吹干；在步驟(a-3)之后，還包括后清洗步驟，具體為，將制備好的電解工具陰極放入超聲波清洗設(shè)備中并加入水基性溶劑清洗至少30min，取出吹干待用。通過上述清洗步驟，保證了制備的電解工具陰極的尺寸精度穩(wěn)定可靠，從而提高了工件表面電解織構(gòu)的精度。

本發(fā)明的一種雙層絕緣板工具陰極表面織構(gòu)的電解加工方法，其利用具有導(dǎo)電的中間板和兩面絕緣的上層板和下層板的“日”字形結(jié)構(gòu)雙層絕緣板工具陰極，實現(xiàn)了在兩塊工件上一次性同時織構(gòu)大量陣列微坑，表面織構(gòu)效率高，并且電解液在雙層絕緣板工具陰極的腔體內(nèi)流動，易于將電解產(chǎn)物快速排出，表面織構(gòu)質(zhì)量好且穩(wěn)定，具有織構(gòu)面廣、織構(gòu)可控和效率高等特點，有著廣泛的應(yīng)用前景。

以上示意性地對本發(fā)明及其實施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性地設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。