[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

说明书

本发明公开了一种流道式流体动压电化学复合抛光装置及方法，包括抛光组件、电解液循环装置、直流电源，所述抛光组件包含一动压流道，所述动压流道由楔形入口区、矩形动压区和楔形出口区组成，所述阴极位于矩形动压区上方，所述工件安装在矩形动压区下方，两者之间具有一定间距；所述阴极与直流电源负极相连，所述工件与直流电源正极相连；抛光时，电解液进入动压流道，在矩形动压区形成动压流场，同时，工件被加工表面发生电化学反应；电解液中的磨粒在动压流道内速度场和压力场的作用下，对工件表面的电化学反应层材料进行去除，实现复合抛光。本发明兼具流体动压抛光和电化学抛光的优点，可实现高效加工并可获得光滑无损伤抛光表面。

技术领域

本发明属于精密/超精密加工技术领域，具体涉及一种流道式流体动压电化学复合抛光装置及抛光方法。

背景技术

随着科学技术快速发展，产品更新换代节奏加快，国民经济各部门对具有高表面质量的先进零件的需求大幅提升。特别是对于国防、半导体、光学、精密仪器及航空航天领域的重要零件，除了要求极低的表面粗糙度，还要求表面和亚表面无损伤、无残余应力。流体动压抛光是制造这类零件高质量表面的方法之一，该方法基于流体动压效应，通过流体驱动微细磨粒冲击工件表面实现原子级材料去除，可获得亚纳米级极低表面粗糙度和无损、无变形层的超光滑表面，是一种非常有前景的表面终加工方法。

然而，现有流体动压抛光技术加工效率非常低，虽可获得极低的表面粗糙度，但是对加工前工件初始表面质量的要求也较高，如初始Ra粗糙度低质几纳米至十几纳米，因此，主要适用于本身已经具有较高表面质量的高精度零件的表面加工，如高端光学元件、半导体元件。上述问题的存在，极大地限制了流体动压抛光技术在其他普通高表面质量零件(如精密光学模具、医疗器械领域的零件)中的应用。因此，为满足市场对高表面质量零件的广泛需求，需要提出一种能兼顾高效率、高质量的流体动压抛光技术。

发明内容

为解决上述问题，本发明结合电化学抛光技术，提出一种能兼顾高效率、高质量流道式流体动压电化学复合抛光装置及抛光方法。

本发明所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种流道式流体动压电化学复合抛光的装置，该装置综合流体动压与电化学抛光原理实现，包括抛光组件、电解液循环装置、直流电源，其特征在于，所述抛光组件包括进液板、阴极工具、侧板、工件、底板、底座、液槽；所述底座置于液槽底部；所述底板安装于底座上方；所述阴极工具位于底板上方，由基座和阴极组成；所述阴极工具具有梯形凸起轮廓，所述阴极的工作面与梯形凸起的顶面平齐；所述侧板位于阴极工具和底板之间的两侧；所述阴极工具，侧板，底板所包容的内部区域形成一个动压流道；所述动压流道包括入口区、动压区、出口区，所述入口区为楔形，截面逐渐变小，所述动压区为矩形，具有一定高度和长度，所述出口区为楔形，截面逐渐变大；所述动压区正对阴极工作面的底板上表面设有凹槽，工件安装于凹槽中；所述阴极与直流电源的负极相连，作为阴极；所述工件与直流电源的正极相连，作为阳极；所述进液板位于动压流道入口区一侧，与阴极工具、侧板、底板相连；

所述电解液循环装置包括管道、液箱、过滤装置、搅拌装置、温控装置、阀、泵、压力表、流量计、电解液；所述电解液包括电解质、磨粒、分散剂、添加剂；所述电解液循环装置出口通过管道与抛光组件进液板相连，向所述动压流道供给电解液，所述电解液循环装置入口通过管道与所述抛光组件中的液槽相连，以收集回流电解液；

所述电解液以一定速度进入抛光组件后，在动压流道的动压区中形成动压流场，同时，动压区顶部阴极工作面与底部工件被加工表面间发生电化学反应；电解液中的磨粒在动压流道内速度场和压力场的作用下，将工件表层电化学反应产物去除，实现复合抛光；随后电解液从出口区流出，经管道回流至电解液循环装置。