[发明专利]套筒类零件内曲面无掩膜微结构的加工方法

说明书

技术领域

本发明中的套筒类零件内曲面无掩膜微结构的加工方法，属于电化学加工领域。

背景技术

表面形貌对润滑接触副的摩擦性能影响已成为摩擦副工程设计和应用中必须考虑的问题，摩擦系数是评价润滑接触副摩擦性能的重要参数。摩擦副表面微细结构的制造引起了国内外研究人员的普遍关注，对表面微结构作用的认识主要包括磨损颗粒吸收、蓄油及流体动力学等方面。

曲面摩擦副（如轴/轴承套，活塞环/缸体之间的摩擦副）作为摩擦副的一种，其表面微结构的加工比平面微结构的加工要更加困难，在曲面上加工微细结构比较有代表性的研究方法有：机床自激振动加工技术、激光珩磨技术、振动冲击加工方法、超声加工及陶瓷球喷射技术等，但这几种方法都存在表面质量不高，加工工艺繁琐，制造成本过高等问题。另外，随着表面微结构向更小尺度、更高图形密度延伸，激光加工等串行微结构工艺将面临加工效率和加工成本的瓶颈，而且与曲面外表面微结构的加工相比，内表面微结构的加工更是限制了上述技术的应用。比如，在孔径Φ50mm、宽度40mm的轴承内表面加工直径及间距均为10mm的凹坑，则微特征数量将达到上千万个，解决加工效率问题对串行本质的工艺将是一项颇具挑战性的难题。

微细电解加工作为加工方式的一种，其主要优点包括：加工工件表面不存在热变形、内应力和微裂纹等缺陷；可实现批量加工，成本低；与材料硬度无关等。微细电解加工可以分为有掩膜和无掩膜两种形式，这里的有掩模和无掩模都是针对被加工表面而言的。无掩膜微细电解是研究各种能够增强加工过程非线性效应的技术（如非线性工作介质、脉冲电流、多场复合加工等）在微尺度下影响加工定域性及工艺稳定性的机理，寻求在更小加工尺度和加工复杂程度方面的新突破，但此方法一般都采用微细探针作为阴极，加工成本高且效率低，严重限制了在工业上的应用。本专利正是基于无掩膜微细电解加工的原理，提出一种大面积、高效率、低成本、高质量的套筒类零件（如轴承套）内表面微结构加工方案。

发明内容 

本发明的目的是针对现有套筒类零件内表面微细结构加工技术的不足，提供一种高精度、高效率、低成本、大面积的无掩膜微结构加工方法。

一种套筒类零件内曲面无掩膜微结构的电解加工方法，包括下列步骤：

1）制作绝缘屏蔽膜：采用两种方式：平面加工和曲面加工，平面加工绝缘屏蔽膜要求制得的绝缘屏蔽膜必须是柔性绝缘薄膜，其柔性绝缘薄膜的表面微结构通过刻蚀、激光加工方法制得，将平面加工制得的柔性屏蔽膜固定于圆柱体外表面，将附着在圆柱体上的绝缘屏蔽膜作为电解加工的圆柱体模具；曲面加工屏蔽膜通过浸渍涂胶及滚动光刻相结合的方法在圆柱体外表面制作微结构图形，制得绝缘屏蔽膜，作为电解加工的圆柱体模具；

2）用夹持装置固定圆柱体模具与套筒类零件，同时控制它们之间的间隙与同轴度；

3）用恒流泵控制电解液流动，使电解液充满圆柱体模具与套筒类零件之间的间隙，并能够均匀地流动于圆柱体模具与套筒类零件之间的间隙；

4）将圆柱体模具作为电解阴极，套筒类零件作为电解阳极，分别与高频窄脉冲电源连接，通电实施电解；

5）电解结束时，先断电，然后停止电解液的流动，从套筒类零件中退出圆柱体模具，并从夹持装置上卸下套筒类零件，完成加工。

在圆柱体表面形成的绝缘屏蔽膜微结构的截面形状为方形、圆形、菱形，尺寸大小可从微米级到毫米级。

圆柱体模具与套筒类零件间隙的大小控制在100微米以内，同轴度误差控制在5微米以内。

  在套筒外部上面设置四个周向均布的出液孔同时出液，下面设置四个周向均布的进液孔同时进液，进液孔与出液孔在周向相差45°。

采用高频窄脉冲电源以高频窄脉冲周期性的间歇供电代替传统的连续直流供电方式。

作为阳极的套筒类零件其表面无掩模，作为阴极的圆柱体模具可多次使用。采用平面柔性绝缘屏蔽膜或浸渍涂胶及滚动光刻相结合的方法，能在圆柱体外表面制作形成具有微细结构图形的绝缘屏蔽膜，利用高频窄脉冲微细电解加工的方式，最终能在无掩模的内曲面表面制造出微结构，更重要的是附着有电解屏蔽膜的圆柱体可作为模具，能够多次重复利用，从而大大降低了加工成本。