水電極大氣等離子體加工迴轉零件方法
2023-10-23 03:42:22
專利名稱：水電極大氣等離子體加工迴轉零件方法
技術領域：
本發明屬於等離子體加工碳化矽或融石英等矽基材料迴轉類零件的技術領域。
背景技術：
目前，矽基材料，如碳化矽、融石英等，由於其硬度高、脆性大、化學性質穩定等優點，在航空航天、軍事、能源、晶片製造的高精度零件廣泛應用。而在矽基材料零件中迴轉類零件佔有極大的比例，如半球陀螺諧振子、大曲率非球面光學透鏡、聚光非球面透鏡等。但是由於矽基材料的難加工性，傳統的依靠機械應力去除材料的方法，如超精密磨削、小工具研拋，存在加工周期長、加工表面及亞表面存在損傷等問題，無法滿足零件需具有超光滑表面的要求。近年來，新提出的大氣等離子體加工方式，由於屬於非接觸式化學加工，可在很大程度解決上述問題。但是目前的大氣等離子體加工，多採用固定形狀尺寸的固體電極，難以保證與工件外表面緊密的 貼合，這就會導致不同區域上間隙不同，引起放電不穩定，從而影響加工質量；另外，由於大氣等離子體加工屬於化學反應，在加工時會釋放大量的熱，弓丨起工件的熱變形，這些問題都一定程度上限制了大氣等離子體加工的應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種水電極大氣等離子體加工迴轉零件方法，為了解決當前加工效率低、放電不均勻、工件熱變形等問題。所述的目的是通過以下方案實現的:所述的一種水電極大氣等離子體加工迴轉零件方法，它的步驟方法是:
步驟一:將旋轉成形電極的上端面絕緣連接在升降裝置的豎直運動工作轉軸上；旋轉成形電極為圓形外凸形，旋轉成形電極的工作面直徑尺寸比待加工零件的內表面直徑尺寸小5_-15_ ;旋轉成形電極的中心開有出氣孔，出氣孔通過氣管與混合等離子體氣源導氣連通；使旋轉成形電極與射頻電源的輸出端連接作為大氣等離子體放電的陽極；
步驟二:將待加工零件裝卡在水槽中，並將待加工零件的外表面浸入水槽中的電解質水溶液內，電解質水溶液通過水槽接地作為大氣等離子體放電的陰極；
步驟三:使旋轉成形電極靠近待加工零件的待加工表面，並使它們之間保持一定的放電間隙，放電距離範圍為5mm-15mm ；
步驟四:預熱射頻電源和混合等離子體氣源，預熱時間為5-10分鐘；然後打開混合等離子體氣源，使等離子體氣體的流量為I升/分鐘 40升/分鐘，反應氣體與等離子體氣體的流量比為1:l(Tl:50 ;輔助氣體與反應氣體的流量比為1:l(Tl:1 ；
步驟五:當旋轉成形電極和待加工零件的待加工表面之間的區域內充滿等離子體氣體、反應氣體與輔助氣體的混合氣體後，啟動升降裝置的轉軸轉動，使旋轉成形電極做迴轉運動，啟動射頻電源，逐步增加射頻電源的功率，使功率達到100W-400W，同時控制射頻電源的反射功率為零，在射頻電源工作的過程中持續穩定的通入混合氣體，使旋轉成形電極和待加工零件的待加工表面之間的放電區域產生穩定的等離子體放電；步驟六:根據去除量的要求，控制旋轉成形電極的運動軌跡和在零件表面的駐留時間，用上述產生的大氣等離子體對零件表面進行加工；
步驟七:待加工完成後，關閉射頻電源的電源，關閉混合等離子體氣源，取出待加工零件，對加工去除深度進行測量，以判斷是否達到加工要求。本發明專利的技術優勢:
1、水電極的應用，使得電極可以與工件表面貼合，使得放電均勻，從而提高了加工效率，保證了加工精度，水電極，採用可導電的電解質水溶液，由於水溶液的可流動性，其可自發的貼合在任意形狀的固體表面，形成與工件表面面形完全相同的電極，因此保證了放電距離的均勻性，進而保證了加工的均勻性；
2、由於水良好的導熱性，有效控制了大氣等離子體加工過程中的反應熱效應，大大降低了工件的熱變形；
3、本發明專利的加工方法本質上屬於非接觸式加工，沒有機械加工接觸應力，不會對工件表面及亞表面造成損傷，可滿足零件設計要求。
圖1是本發明的整體結構示意 圖2是圖1中旋轉成形電極I與待加工零件4之間的位置關係結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一:結合圖1、圖2所示，它的步驟方法是:
步驟一:將旋轉成形電極I的上端面絕緣連接在升降裝置2的豎直運動工作轉軸2-1上；旋轉成形電極I為圓形外凸形，旋轉成形電極I的工作面直徑尺寸比待加工零件4的內表面直徑尺寸小5mm-15mm ;旋轉成形電極I的中心開有出氣孔1_1，出氣孔1_1通過氣管5-1與混合等離子體氣源5導氣連通；使旋轉成形電極I與射頻電源3的輸出端連接作為大氣等離子體放電的陽極；
步驟二:將待加工零件4裝卡在水槽2-2中，並將待加工零件4的外表面浸入水槽2-2中的電解質水溶液內，電解質水溶液通過水槽2-2接地作為大氣等離子體放電的陰極；步驟三:使旋轉成形電極I靠近待加工零件4的待加工表面，並使它們之間保持一定的放電間隙，放電距離範圍為5mm-15mm ；
步驟四:預熱射頻電源3和混合等離子體氣源5，預熱時間為5-10分鐘；然後打開混合等離子體氣源5，使等離子體氣體的流量為I升/分鐘 40升/分鐘，反應氣體與等離子體氣體的流量比為1:l(Tl:50 ;輔助氣體與反應氣體的流量比為1:l(Tl:1 ；
步驟五:當旋轉成形電極I和待加工零件4的待加工表面之間的區域內充滿等離子體氣體、反應氣體與輔助氣體的混合氣體後，啟動升降裝置2的轉軸2-1轉動，使旋轉成形電極I做迴轉運動，啟動射頻電源3，逐步增加射頻電源3的功率，使功率達到100W-400W，同時控制射頻電源3的反射功率為零，在射頻電源3工作的過程中持續穩定的通入混合氣體，使旋轉成形電極I和待加工零件4的待加工表面之間的放電區域產生穩定的等離子體放電；
步驟六:根據去除量的要求，控制旋轉成形電極I的運動軌跡和在零件表面的駐留時間，用上述產生的大氣等離子體對零件表面進行加工；
步驟七:待加工完成後，關閉射頻電源3的電源，關閉混合等離子體氣源5，取出待加工零件4，對加工去除深度進行測量，以判斷是否達到加工要求。所述轉成形電極I的材質為鋁、銅、鐵。所述水槽2-2中的電解質水溶液2-3可通過外部液體循環裝置進行降溫冷卻。所述射頻電源3的頻率為13.56MHz，最大功率為2KW。所述混合等離子體氣源3為三元氣體混合系統，供氣流量為20-100L/min。所述混合等離子體氣源5中的大氣等離子體激發氣體可以為氦氣、氬氣等惰性氣體；反應氣體可以為六氟化硫、四氟化碳、三氟化氮等；輔助氣體可以為氧氣、氫氣、氮氣
坐寸ο所述待加工零件4的材質為碳化矽或融石英等矽基材料。工作原理:由射頻電源3輸出端連接轉成形電極I作為大氣等離子體放電的陽極，電解質水溶液2-3通過水槽2-2接地作為大氣等離子體放電的陰極，待加工零件4外表面與電解質水溶液2-3電極充分接觸，由混合等離子體氣源5提供激發產生等離子體的氣體充滿等離子體成形電極和零件之間的間隙，由射頻電源3提供輸出電能，在轉成形電極I和待加工零件4的放電間隙產生等離子體，同時反應氣體被激發，產生具有反應活性的原子與待加工零件4的表面發生化學反應，並生成揮發性的反應產物被旋轉的等離子體電極帶離零件表面，由此實現 對待加工零件的無損傷快速加工。
權利要求
1.水電極大氣等離子體加工迴轉零件方法，其特徵在於它的步驟方法是: 步驟一:將旋轉成形電極(I)的上端面絕緣連接在升降裝置(2)的豎直運動工作轉軸(2-1)上；旋轉成形電極(I)為圓形外凸形，旋轉成形電極(I)的工作面直徑尺寸比待加工零件(4)的內表面直徑尺寸小5mm-15mm ;旋轉成形電極(I)的中心開有出氣孔(1_1 )，出氣孔(1-1)通過氣管(5-1)與混合等離子體氣源(5)導氣連通；使旋轉成形電極(I)與射頻電源(3)的輸出端連接作為大氣等離子體放電的陽極； 步驟二:將待加工零件(4)裝卡在水槽(2-2)中，並將待加工零件(4)的外表面浸入水槽(2-2)中的電解質水溶液內，電解質水溶液通過水槽(2-2)接地作為大氣等離子體放電的陰極； 步驟三:使旋轉成形電極(I)靠近待加工零件(4)的待加工表面，並使它們之間保持一定的放電間隙，放電距離範圍為5mm-15mm ； 步驟四:預熱射頻電源(3)和混合等離子體氣源(5)，預熱時間為5-10分鐘；然後打開混合等離子體氣源(5)，使等離子體氣體的流量為I升/分鐘 40升/分鐘，反應氣體與等離子體氣體的流量比為1:l(Tl:50 ;輔助氣體與反應氣體的流量比為1:l(Tl:1 ； 步驟五:當旋轉成形電極(I)和待加工零件(4)的待加工表面之間的區域內充滿等離子體氣體、反應氣體與輔助氣體的混合氣體後，啟動升降裝置(2)的轉軸(2-1)轉動，使旋轉成形電極(I)做迴轉運動，啟動射頻電源(3)，逐步增加射頻電源(3)的功率，使功率達到100W-400W,同時控制射頻電源(3)的反射功率為零，在射頻電源(3)工作的過程中持續穩定的通入混合氣體，使旋轉成形電極(I)和待加工零件(4)的待加工表面之間的放電區域產生穩定的等離子體放電； 步驟六:根據去除量的要求，控制旋轉成形電極(I)的運動軌跡和在零件表面的駐留時間，用上述產生的大氣等離子體對零件表面進行加工； 步驟七:待加工完成後，關閉射頻電源(3)的電源，關閉混合等離子體氣源(5)，取出待加工零件(4)，對加工去除深度進行測量，以判斷是否達到加工要求。
2.根據權利要求1所述的水電極大氣等離子體加工迴轉零件方法，其特徵在於所述旋轉成形電極(I)的材質為鋁、銅、鐵。
3.根據權利要求1所述的水電極大氣等離子體加工迴轉零件方法，其特徵在於所述混合等離子體氣源(5)中的大氣等離子體激發氣體可以為氦氣、氬氣等惰性氣體；反應氣體可以為六氟化硫、四氟化碳、三氟化氮等；輔助氣體可以為氧氣。
全文摘要
水電極大氣等離子體加工迴轉零件方法，它屬於等離子體加工碳化矽或融石英等矽基材料迴轉類零件的技術領域。它是為了解決放電不均勻、工件熱變形等問題。它的步驟一旋轉成形電極的上端面連接轉軸上；旋轉成形電極為圓形外凸形；步驟二待加工零件的外表面浸入水槽中的電解質水溶液內；步驟三旋轉成形電極靠近待加工零件的待加工表面；步驟四預熱射頻電源和混合等離子體氣源；步驟五使旋轉成形電極做迴轉運動，啟動射頻電源；步驟六控制旋轉成形電極的運動軌跡和在零件表面的駐留時間；步驟七取出待加工零件。本發明的水電極的應用，使得電極與工件表面無間隙貼合，放電均勻，保證了加工精度，提高了加工穩定性。
文檔編號B23H3/00GK103212755SQ20131017703
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月14日 優先權日2013年5月14日
發明者王波, 李鐸, 姚英學, 金會良, 李娜, 辛強, 金江 申請人:哈爾濱工業大學