[发明专利]一种流道式流体动压电化学复合抛光装置及方法

权利要求书

1.一种流道式流体动压电化学复合抛光装置，包括抛光组件(1)、电解液循环装置(2)、直流电源(3)，其特征在于，所述抛光组件(1)包括进液板(11)、阴极工具(12)、侧板(13)、工件(14)、底板(15)、底座(16)、液槽(17)；所述底座(16)置于液槽(17)底部；所述底板(15)安装于底座(16)上方；所述阴极工具(12)位于底板(15)上方，包括基座(121)和阴极(122)；所述阴极工具(12)具有梯形凸起轮廓，所述阴极(122)的工作面(1221)与梯形凸起的顶面平齐；所述侧板(13)位于阴极工具(12)和底板(15)之间的两侧；所述阴极工具(12)，侧板(13)，底板(15)所包容的内部区域形成一个动压流道(5)；所述动压流道(5)包括入口区(51)、动压区(52)、出口区(53)，所述入口区(51)为楔形，截面逐渐变小，所述动压区(52)为矩形，具有一定高度H和长度L，所述出口区(53)为楔形，截面逐渐变大；所述动压区(52)正对阴极工作面(1221)的底板(15)上表面设有凹槽，工件(14)安装于凹槽中；所述阴极(122)与直流电源(3)的负极相连，作为阴极；所述工件(14)与直流电源(3)的正极相连，作为阳极；所述进液板(11)位于入口区(51)一侧，与阴极工具(12)、侧板(13)、底板(15)相连；

所述电解液循环装置(2)包括管道(21)、液箱(22)、过滤装置(23)、搅拌装置(24)、温控装置(25)、阀(26)、泵(27)、压力表(28)、流量计(29)、电解液(41)；所述电解液(41)包括电解质、磨粒(42)、分散剂、添加剂；所述电解液循环装置(2)通过出口管道(211)与进液板(11)相连，向所述动压流道(5)供给电解液(41)，所述电解液循环装置(2)通过入口管道(212)与液槽(17)相连，以收集回流电解液(41)；

所述电解液(41)以一定速度进入抛光组件(1)后，在动压流道(5)的动压区(52)中形成动压流场，同时，动压区(52)顶部阴极工作面(1221)与底部工件(14)被加工表面间发生电化学反应；电解液(41)中的磨粒(42)在动压流道(5)内速度场和压力场的作用下，将工件(14)表层电化学反应产物去除，实现复合抛光；随后电解液(41)从出口区(53)流出，经入口管道(212)回流至电解液循环装置(2)。

2.如权利要求1所述的一种流道式流体动压电化学复合抛光装置，其特征在于：所述抛光组件阴极工具(12)上梯形凸起轮廓为倒置形式，在动压流道(5)入口区(51)，其轮廓与水平面夹角α的范围为10°～50°，在动压区(52)，其轮廓保持水平，在出口区(53)，其轮廓与水平面夹角β的范围为5°～30°；所述动压流道(5)动压区(52)的长度L大于工件(14)水平尺寸；所述工件(14)被加工表面与底板(15)上表面平齐。

3.如权利要求1所述的一种流道式流体动压电化学复合抛光装置，其特征在于：所述抛光组件侧板(13)的上下表面与阴极工具(12)、底板(15)相连，所述动压流道(5)动压区(52)的高度H由侧板(13)高度控制，所述动压区(52)的高度H取值范围为0.1mm～5mm。

4.如权力要求1所述的一种流道式流体动压电化学复合抛光装置，其特征在于，所述底板(15)、侧板(13)、基座(121)、进液板(11)采用绝缘材料；所述阴极(122)采用惰性电极材料。

5.如权利要求1所述的一种流道式流体动压电化学复合抛光装置，其特征在于：所述动压流道(5)由进液板(11)、阴极工具(12)、侧板(13)、工件(14)、底板(15)通过螺栓连接组成，各连接面予以密封。

6.一种基于流道式流体动压电化学复合抛光方法，其特征在于，使用权力要求1所述的一种流道式流体动压电化学复合抛光装置，依次通过以下步骤完成：

(一)将工件(14)装夹在底板(15)的凹槽中，随后安装好阴极工具(12)；

(二)配制电解液(41)；将电解液装入电解液循环装置(2)的液箱(22)中，启动温控装置(25)和搅拌装置(24)，使电解液(41)处于恒定温度与均匀分散状态；将阴极(122)与直流电源(3)负极相连，将工件(14)与直流电源(3)正极相连；

(三)启动泵(27)，使电解液循环装置(2)向抛光组件(1)供应电解液(41)，并在动压流道(5)内建立起稳定的动压流场；启动直流电源(3)，使得阴极工具(12)和阳极工件(14)之间发生电化学反应；工件(14)表面材料不断参与电化学反应，生成电化学反应产物，同时，电解液中的磨粒(42)在动压流道(5)速度场和压力场的作用下对电化学反应产物进行去除，实现复合加工；

(四)通过调整动压流道(5)内的流量、压力参数以及流道的几何参数调控动压区的动压与流速的幅值及分布；通过调整直流电源(3)的电流、电压参数和电解液(41)的成分实现对电化学反应特性和电化学产物的调控；通过综合调整动压流场控制参数和电化学加工参数及磨粒粒径、浓度参数，实现对零件表面质量和材料去除率的调控。