CN107891203A - 一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法及装置，属于电化学机械抛光领域。本发明的高效抛光加工方法包括以下步骤：a、构建活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元，将活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元布置在回转体工件的外围，以便向工件喷射活性电解液和钝性电解液，并在每个活性电解液电解单元与钝性电解液电解单元之间设置机械光整机构以去除钝化膜；b、转动工件，进行抛光加工，在该抛光加工过程中，电解去除、钝化保护、机械去除钝化膜交替进行过程，直到达到加工要求。本发明通过活性电解液加速工件表面高凸部分材料的溶解蚀除，可幅提高电化学机械抛光的加工效率。

Description

一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法及装置

技术领域

本发明涉及电化学机械抛光领域，更具体地说，涉及一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法及装置。

背景技术

电化学机械抛光是一种复合加工工艺，其将电化学溶解和机械去除钝化膜有机的结合在一起，糅合了电化学抛光和机械抛光两种抛光方式的优点。电化学机械抛光，利用钝性电解液在金属表面生成钝化膜的机理，在阴极和工件之间接通电流时，工件表面形成钝化膜，随即通过机械加工，选择性地刨除待抛光表面高凸部分的钝化层而露出新的表面层，新的表面继续被电解作用而溶解，而工件待抛光表面凹陷部分受钝化膜保护，避免被进一步溶解，如此循环往复，即可有选择性地刨除工件待抛光表面的高凸部分，直至整个表面平整，实现工件抛光。电化学机械抛光适用于难加工材料的表面光整加工，其不受工件硬度等因素的影响，该加工方法抛光的表面不会产生变质层﹐无附加应力﹐并可去除或减小原有的应力层，且该加工方法生产效率高，成本低廉。电化学机械抛光加工不同于普通的机械抛光加工的显著特点是，电化学机械抛光中的机械作用去除的是钝化膜而不是金属本身，与单纯的电化学抛光相比，电化学机械抛光增加了机械抛光过程，能够刮出待抛光表面高凸部分的钝化膜，加快抛光的效率。电化学机械抛光方法具有众多优点，因此，该加工方式被广泛应用。

电化学机械抛光中的钝性电解液因能生成钝化膜而保障加工表面质量，但是钝性电解液材料对工件表面高凸部分的电解去除效率比较低，通常导致电化学机械抛光加工整体效率较低，为此，相关技术人员便希望开发一种加工加工方法及装置来提高电化学机械抛光加工效率。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有的电化学机械抛光加工效率低的不足，提供一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法及装置，本发明的技术方案在待抛光工件周围设置多个活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元，通过活性电解液加速工件表面高凸部分材料的蚀除，通过钝性电解液形成钝化膜进行保护，使得电解去除、钝化保护和机械去除钝化膜过程交替进行，大幅提高了电化学机械抛光的加工效率。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法，包括以下步骤：

a、构建活钝交替抛光加工系统：构建活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元，将活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元布置在回转体工件的外围，以便向工件喷射活性电解液和钝性电解液，并在每个活性电解液电解单元与钝性电解液电解单元之间设置机械光整机构；

b、转动工件，进行抛光加工，该抛光加工包括以下分步骤：

b-1、工件与钝性电解液电解单元中的钝性电解液接触，在钝性电解液的作用下生成钝化层，对工件表面进行保护，使工件表面低凹部分的溶解得到抑制；

b-2、由机械光整机构将工件表面高凸部分的钝化层刮除，露出新的表面；

b-3、新的表面与活性电解液电解单元中的活性电解液接触，在电化学溶解的作用下溶解蚀除；

b-4、重复进行上述步骤b-1至b-3，直至工件表面达到加工要求。

更进一步地，所述的活性电解液和钝性电解液均为一种组分或者多种组分组合。

更进一步地，每个电解单元设有独立的电解液循环系统，用以控制电解液进行循环流动工作，并控制电解液的流速。

更进一步地，每个电解单元还独立设置有电解液浓度、温度控制系统，以实现对电解液浓度和温度参数的控制。

本发明的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工装置，包括电源、工件和阴极工件，所述的工件与电源的正极连接，所述的阴极工件与电源的的负极连接，该装置还包括机械光整机构和多个用于为工件提供电解液的电解单元，所述的电解单元包括用于加速溶解蚀除工件表层的活性电解液电解单元和用于生成钝化膜从而保护工件的钝性电解液电解单元，所述的机械光整机构包括由弹性接触辅助装置驱动的磨头，用以与工件产生相对接触摩擦从而刮除工件表面高凸部分的钝化层。

更进一步地，每个所述的电解单元均设有独立的电解液循环与参数控制系统，用以控制电解液进行循环流动工作，并控制电解液的流速。

更进一步地，每个所述的电解单元还独立设置有电解液浓度、温度控制系统，用以控制电解液浓度和温度参数。

更进一步地，所述的活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元相间分布在工件的外围，所述的机械光整机构设于每个活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元之间。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法，在待抛光工件周围设置多个活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元，通过活性电解液加速工件表面的溶解蚀除，通过钝性电解液形成钝化膜进行保护，再通过机械光整机构去除工件表面凸起部分的钝化膜，以便活性电解液再次作用在工件高凸部分，在本技术方案中，电解去除-钝化保护-机械去除钝化膜去程交替进行，大幅提高了电化学机械抛光的加工效率。

(2)本发明的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法，每个电解单元还独立设置有电解液循环系统和电解液浓度、温度控制系统，能够很方便地控制电解液的流速、浓度和温度参数，使工件表面溶解蚀除速率、钝化膜生成速率和机械刮除速率保持一致，提高了电化学机械抛光的精度。

(3)本发明的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工装置，该装置设有多个相间分布的活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元，机械光整机构设于每个活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元之间，待加工的工件能够很方便的交替进行电解去除-钝化保护-机械去除钝化膜去程，并且该装置结构简单，经济实用。

附图说明

图1为本发明的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工装置的原理示意图。

示意图中的标号说明：

1、电源；2、工件；3、磨头；4、活性电解液电解单元；5、钝性电解液电解单元。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例

结合图1所示，本实施例的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法，包括以下步骤：

a、构建活钝交替抛光加工系统：构建活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元，将活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元布置在回转体工件的外围，以便向工件喷射活性电解液和钝性电解液，并在每个活性电解液电解单元与钝性电解液电解单元之间设置机械光整机构；优选地，在本实施例中，上述的活性电解液和钝性电解液均为一种组分或者多种组分组合，具体电解液可根据待抛光工件的材质选用现有电解液或自行配置；另外，同样优选地，上述的活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元均设有多个，并且活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元围绕回转体工件相间分布，同时，每个活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元均设有喷射装置，用以将电解液喷射到工件表面；需要说明的是，每个活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元均设有独立的电解液循环系统，用以控制电解液进行循环流动工作，并控制电解液的流速，设置独立的电解液循环系统，使得技术人员可以根据需要分别调控电解液的喷出，以更好地进行电解，同时避免造成电解液的浪费，此外，每个活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元还独立设置有电解液浓度、温度控制系统，以实现对电解液浓度和温度参数的控制，以方便技术人员调控电解溶解蚀除速率，该加工系统使工件表面溶解蚀除速率、钝化膜生成速率和机械刮除速率保持一致，提高了电化学机械抛光的精度；

b、转动工件，进行抛光加工，该抛光加工包括以下分步骤：

b-1、工件与钝性电解液电解单元中的钝性电解液接触，在钝性电解液的作用下生成钝化层，对工件表面进行保护，使工件表面低凹部分的溶解蚀除得到抑制；具体地，钝性电解液电解单元喷射钝性电解液，对工件表面进行保护，尤其是保护工件低凹部分，避免低凹部分进一步进行溶解蚀除，此外，本实施例设有多个活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元，随着工件的转动，整个工件表面都能够进行钝化保护；

b-2、由机械光整机构将工件表面高凸部分的钝化层刮除，露出新的表面；在工件形成钝化膜以后，使用机械光整机构将工件表面高凸部分的钝化层刮除，使得高凸部分能够继续与活性电解液进行反应，而低凹部分的钝化膜不被刮除，低凹部分即不发生进一步溶解蚀除；

b-3、工件与活性电解液电解单元中的活性电解液接触，在活性电解液的作用下工件表面高凸部分产生溶解蚀除层；活性电解液能够加速工件表面高凸部分的溶解蚀除，加快工件高凸部分的电解速率；

b-4、重复进行上述步骤b-1至b-3，直至工件表面达到加工要求；当工件表面高凸部分产生溶解蚀除后，继续喷射钝性电解液，对工件进行钝化保护，如此循环往复，交替进行电解去除、钝化保护、机械去除钝化膜过程，直到工件表面平整，达到加工要求，本实施例的方法大幅提高了电化学机械抛光的加工效率，非常实用。

本发明的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法，在待抛光工件周围设置活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元，通过活性电解液加速工件表面高凸部分的溶解蚀除，大大提升了抛光效率，同时，每个活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元还独立设置有电解液循环系统和电解液浓度、温度控制系统，提高了电化学机械抛光的精度。

结合图1所示，本发明还给出了一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工装置，该装置包括电源1、工件2和阴极工件3，其中，工件2与电源1的正极连接，阴极工件3与电源1的的负极连接。需要说明的是，该装置还包括机械光整机构和多个用于为工件2提供电解液的电解单元，该电解单元包括用于加速溶解蚀除工件2表层的活性电解液电解单元4和用于生成钝化膜从而保护工件2的钝性电解液电解单元5，优选地，上述的活性电解液电解单元4和钝性电解液电解单元5均设有多个，并且，每个活性电解液电解单元4和钝性电解液电解单元5均设有独立的电解液循环与参数控制系统，用以控制电解液进行循环流动工作，并控制电解液的流速，设置独立的电解液循环系统，使得技术人员可以根据需要分别调控电解液的喷出，以更好地进行电解，同时避免造成电解液的浪费，此外，每个活性电解液电解单元4和钝性电解液电解单元5还独立设置有电解液浓度、温度控制系统，用以控制电解液浓度和温度参数，该控制系统能够方便技术人员调控电解溶解蚀除速率，使工件表面溶解蚀除速率、钝化膜生成速率和机械刮除速率保持一致，提高了电化学机械抛光的精度。另外，作为一种优选方案，本实施例活性电解液电解单元4和钝性电解液电解单元5相间分布在工件2的外围，上述的机械光整机构设于每个活性电解液电解单元4和钝性电解液电解单元5之间，这样，当工件进行转动时，工件2某处表面在接触钝性电解液形成钝化层后，该处即能够随工件2转动到机械光整机构所在位置处，进行机械刮除，工件2继续转动，该处即能够紧接着接触活性电解液，从而进行溶解蚀除，非常方便，而且能够提高工件2表面的抛光精度。

进一步地，上述的机械光整机构包括由弹性接触辅助装置驱动的磨头3，用以与工件2产生相对接触摩擦从而刮除工件2表面高凸部分的钝化层，具体地，磨头3设置在工件2的外围，且该机械光整机构设置有弹性接触辅助装置，能够带动磨头3进行径向移动，该磨头3一直与工件2保持接触状态，以实现对工件2表面的磨削。在工件2抛光过程中，该弹性接触辅助装置始终能够驱动磨头3与工件2的表面接触，使磨头3与工件2产生相对接触摩擦，该弹性接触辅助装置的结构形式有多种，例如使用弹簧驱动磨头3等，此处，对弹性接触辅助装置的结构形式不做具体限定，只要能够驱动磨头3与工件2的表面接触接触即可。另外，每个活性电解液电解单元4和钝性电解液电解单元5均设有喷射装置，用以将电解液喷射到工件2的表面，喷射装置为本领域技术人员所公知的技术，在此就不再赘述。

该装置在使用时，转动工件2，并使钝性电解液电解单元5喷射钝性电解液，工件2与钝性电解液电解单元5中的钝性电解液接触，在钝性电解液的作用下生成钝化层，对工件2表面进行保护，使工件2表面低凹部分的溶解蚀除得到抑制，接着工件2转动到磨头3所在位置处，工件2与磨头3接触，磨头3对工件2进行机械磨削，刮除工件表面高凸部分的溶解蚀除层，使工件2露出新的表面，随后，使活性电解液电解单元4喷射活性电解液，工件2露出的新的表面与活性电解液接触，在电化学溶解的作用下溶解蚀除，随着工件2的转动，工件2表面交替进行电解去除、钝化保护和机械去除钝化膜过程，最终完成工件2的抛光加工。

本发明的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工装置，该装置能够使待加工的工件很方便的交替进行电解去除-钝化保护-机械去除钝化膜去程，并且该装置结构简单，经济实用。

本发明的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法及装置，通过活性电解液加速工件表面高凸部分材料的蚀除，通过钝性电解液形成钝化膜进行保护，使得电解去除、钝化保护和机械去除钝化膜过程交替进行，大幅提高了电化学机械抛光的加工效率，并且本发明的技术方案结构简单，易于操作，经济实用。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、构建活钝交替抛光加工系统：构建活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元，将活性电解液电解单元和钝性电解液电解单元布置在回转体工件的外围，以便向工件喷射活性电解液和钝性电解液，并在每个活性电解液电解单元与钝性电解液电解单元之间设置机械光整机构；

b、转动工件，进行抛光加工，该抛光加工包括以下分步骤：

b-1、工件与钝性电解液电解单元中的钝性电解液接触，在钝性电解液的作用下生成钝化层，对工件表面进行保护，使工件表面低凹部分的溶解得到抑制；

b-2、由机械光整机构将工件表面高凸部分的钝化层刮除，露出新的表面；

b-3、新的表面与活性电解液电解单元中的活性电解液接触，在电化学溶解的作用下溶解蚀除；

b-4、重复进行上述步骤b-1至b-3，直至工件表面达到加工要求。

2.根据权利要求1所述的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法，其特征在于：所述的活性电解液和钝性电解液均为一种组分或者多种组分组合。

3.根据权利要求1所述的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法，其特征在于：每个电解单元设有独立的电解液循环系统，用以控制电解液进行循环流动工作，并控制电解液的流速。

4.根据权利要求3所述的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工方法，其特征在于：每个电解单元还独立设置有电解液浓度、温度控制系统，以实现对电解液浓度和温度参数的控制。

5.一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工装置，包括电源(1)、工件(2)和阴极工件(3)，所述的工件(2)与电源(1)的正极连接，所述的阴极工件(3)与电源(1)的的负极连接，其特征在于：还包括机械光整机构和多个用于为工件(2)提供电解液的电解单元，所述的电解单元包括用于加速溶解蚀除工件(2)表层的活性电解液电解单元(4)和用于生成钝化膜从而保护工件(2)的钝性电解液电解单元(5)，所述的机械光整机构包括由弹性接触辅助装置驱动的磨头(3)，用以与工件(2)产生相对接触摩擦从而刮除工件(2)表面高凸部分的钝化层。

6.根据权利要求5所述的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工装置，其特征在于：每个所述的电解单元均设有独立的电解液循环与参数控制系统，用以控制电解液进行循环流动工作，并控制电解液的流速。

7.根据权利要求6所述的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工装置，其特征在于：每个所述的电解单元还独立设置有电解液浓度、温度控制系统，用以控制电解液浓度和温度参数。

8.根据权利要求5所述的一种回转体活钝交替电化学机械高效抛光加工装置，其特征在于：所述的活性电解液电解单元(4)和钝性电解液电解单元(5)相间分布在工件(2)的外围，所述的机械光整机构设于每个活性电解液电解单元(4)和钝性电解液电解单元(5)之间。