[发明专利]一种微粒射流电沉积成形微金属件的装置及其方法

权利要求书

1.一种微粒射流电沉积成形微金属件装置，其特征在于，包括五轴联动数控机械加工系统、射流电沉积专家系统、电沉积加工单元。

2.根据权利要求1所述的一种微粒射流电沉积成形微金属件装置，其特征在于，所述五轴联动数控加工系统包括五轴联动数控加工机械手、加工工具台、模板预置架，数控加工机械手可按程序指令到达指定位置精确完成工具、工件的抓取以及加工过程如喷嘴扫描等动作，机械手可交替使用两种工具：吸盘和喷嘴，吸盘用于从模板预置架抓取模板，喷嘴用于执行填充式扫描沉积，吸盘和喷嘴放置在工具台上，机械手根据需要从工具台取用和放回两种工具；

(2) 射流电沉积专家系统为安装在数控主机上的加工控制软件程序，它主要实现两个功能，一是给出数控程序，控制机械手的空间角度和运动路径，完成对工具和工件的抓取动作；二是针对该层模板的几何形态，根据技术专家固化在程序内的射流电沉积经验参数和有限元分析程序，选取和优化喷射扫描加工路径以及扫描层数，使金属沉积层按照指定厚度精确地沉积在模板的限定区域内，形成均匀致密的金属沉积层；

(3) 电沉积加工单元包括沉积槽、电源、阴极导板和阳极棒，沉积槽位于阴极导板下方、并通过管道与电解液储液槽连接，阴极导板上安装有模板定位销，可使模板穿过预置定位孔按顺序固定在定位销上，保持指定的位置关系，电源的负极与正极分别与阴极导板和阳极棒相互连接，阳极棒固定于喷嘴的阳极腔内，循环泵、过滤器设置在沉积槽与储液槽之间的管道上，喷嘴通过电解液输送管连接储液槽，电解液输送管安装有调速阀和过滤腔。

3.一种微粒射流电沉积成形微金属件的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)构造出目标实体的CAD模型，并通过专用切片软件对模型按照一定的厚度切片分层处理，数控雕刻机读入相应的切片文件，切制出反映二维轮廓信息的模板，将模板按加工顺序依次在模板预置架放好，备用；

(2) 对阴极导板表面进行研磨、除油、酸洗和水洗，将电源的正负极分别与阳极和阴极相连接；

电沉积前先将微米级三氧化二铝或碳化硅等颗粒与电解液混合并搅拌2小时，再超声搅拌30分钟，使颗粒得到充分润湿、均匀分散；

(3) 驱动五轴联动数控机械手至工具台换上吸盘，吸住模板预置架上的首层模板，空中移位至沉积槽内的定位销上，并将模板穿过定位孔安放至阴极导板；

(4) 驱动五轴联动数控机械手移位至工具台，卸下吸盘换上喷嘴；

(5) 启动电沉积电源；

同时，驱动五轴联动数控机械手调整喷嘴的空间位置，贴近模板表面5-10mm距离，启动电解液泵，喷嘴即将电解液在模板限定范围内，按数控代码指定的扫描路径填充式扫描沉积，喷射速度5-10m/s，数控代码根据专家经验系统，针对该层模板的几何形态，选取和优化扫描路径以及扫描层数，当扫描层数执行结束时，金属沉积即可达到模板相关厚度时，即本次沉积结束，关闭电解液泵；

(6) 驱动机械手移位至工具台，卸下喷嘴换上吸盘，空中移位至模板预置架吸取次层模板，继续沉积；

(7) 当执行完指定次数沉积动作后，目标金属微部件成形，分解模板去除微型腔，得到金属微部件实体。

4.根据权利要求3所述的一种微粒射流电沉积成形微金属件的方法，其特征在于，所述步骤（2）中微米级三氧化二铝颗粒添加量为10-30克/升。