CN110026628B - 一种基于磁致变形电极的电化学加工装置及其电化学加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁致变形电极的电化学加工装置，包括供电电源、用于盛装电解液的电解槽、与所述供电电源电连接的工件、与所述供电电源电连接的电极以及用于在所述电极周围产生磁场的磁源；所述电极由磁致变形材料制成，且能够导电，所述电极在所述磁源产生的磁场中发生变形。相应的，本发明还提供基于所述电化学加工装置的电化学加工方法。本发明提供的基于磁致变形电极的电化学加工装置，受到现有技术水平的限制，现有的电极尺寸最小只能做到几十微米级，可以采用磁致变形材料制作电极，将电极做到几十微米后，可以通过磁场的控制，使其变形，可以得到几百纳米到几百微米的电极，电极尺寸变化跨度大，应用领域广，且操作方便快捷。

Description

一种基于磁致变形电极的电化学加工装置及其电化学加工 方法

技术领域

本发明涉及一种电化学加工技术领域，具体地，涉及一种基于磁致变形电极的电化学加工装置及其电化学加工方法。

背景技术

电化学加工是利用电化学反应(或称电化学腐蚀)对金属材料进行加工的方法。与机械加工相比，电化学加工不受材料硬度、韧性的限制，已广泛用于工业生产中。微细电化学加工主要有微纳加工，微结构处理等，加工时，电极的形状决定工件加工的形状，故改变电机形状即可改变工件上的加工形状，因此，电极的形状对工件表面加工质量的影响是非常重大的。

微细电化学加工中，电极的制作一般为几个微米到几十个微米之间，目前制备方法主要有电极反拷法和电化学腐蚀法。

块电极反拷法加工精度受到反拷块精度的影响，并且反拷法的加工尺寸不易控制，所以电极工具的设计和修正比较麻烦，不够灵活。加工出来的最小电极直径大概在几十个微米左右。

电化学腐蚀法受很多相关加工参数影响，主要利用电化学反应来加工电极，所以会有很多不确定性，导致加工效率不高且加工过程比较繁琐、加工成本高。加工出来的最小电极直径大概在几百个微米左右。

对于发动机等部件的内部弯曲流道的成型，目前尚无良好的加工方法。

基于上述电化学加工方法的种种不足之处，有必要提出一种新型电化学加工装置，解决以上问题。

本发明提出一种基于磁致变形电极的电化学加工装置及其电化学加工方法，通过电极采用磁致变形材料制作而成，可以通过磁场控制电极的形状及大小，操作方便快捷，且使用灵活。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于磁致变形电极的电化学加工装置及其电化学加工方法，通过电极采用磁致变形材料制作而成，可以通过磁场控制电极的形状及大小，操作方便快捷，且使用灵活。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于磁致变形电极的电化学加工装置，包括供电电源、用于盛装电解液的电解槽、与所述供电电源电连接的工件、与所述供电电源电连接的电极以及用于在所述电极周围产生磁场的磁源；

所述电解液为中性、碱性或酸性电解液；

所述电极由磁致变形材料制成，且能够导电，所述电极在所述磁源产生的磁场中发生变形。

优选地，所述电极由铁基合金或镍基合金材料制成。

优选地，还包括与所述磁源相连接的磁场调节器，所述磁场调节器调节磁场的变化以及大小。

优选地，还包括电解液泵，所述电解液泵实现电解液在所述电解槽与所述电极之间的循环流通。

优选地，所述供电电源为直流电源，其包括正极和负极。

优选地，所述正极与所述工件电连接，所述负极与所述电极电连接。

一种基于所述的电化学加工装置的加工方法，包括以下步骤：

S1、磁源产生磁场，电极尺寸变化至预设尺寸；

S2、供电电源供电，在电极与工件之间形成电场；

S3、电解液和工件在电场作用下发生电化学反应，直至得到所需的工件即可。

一种基于所述的电化学加工装置的加工方法，包括以下步骤：

S1、磁源产生磁场，通过磁场调节器控制电极周围的磁场强度及时间，电极周围的磁场强度及时间分布不均匀，使得电极形状变化至预设形状；

S2、供电电源供电，在电极与工件之间形成电场；

S3、电解液和工件在电场作用下发生电化学反应，直至得到所需的工件即可。

一种基于所述的电化学加工装置的加工方法，包括以下步骤：

S1、磁源产生磁场，电极尺寸变化至所需尺寸；

S2、供电电源供电，在电极与工件之间形成电场；

S3、电解液和工件在电场作用下发生电化学反应，直至得到第一流道的工件；

S4、通过磁场调节器改变电极形状，使得电极弯曲；

S5、电解液和工件在电场作用下发生电化学反应，直至得到第二流道的工件；

重复步骤S4和S5，直至得到预设的弯曲流道的工件。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的基于磁致变形电极的电化学加工装置，受到现有技术水平的限制，现有的电极尺寸最小只能做到几十微米级，可以采用磁致变形材料制作电极，将电极做到几十微米后，可以通过磁场的控制，使其变形，可以得到几百纳米到几百微米的电极，电极尺寸变化跨度大，应用领域广，且操作方便快捷，同时，在磁场作用下，电极形状可变，不再局限为直线电极。

2、本发明提供的基于磁致变形电极的电化学加工装置，对于一些需要加工特殊形状的工件，可以在电极的周围设置不同的磁场强度，通过各个区域磁场强度的不同，使得电极各个区域的形变程度不同，从而得到异性的电极，进一步实现工件的异性加工。

3、本发明提供的基于磁致变形电极的电化学加工装置，由于电极周围存在磁场，故电极在形变的过程中，会产生一定的搅动，可以使得流场更好的进入两极之间，促进排屑。

附图说明

图1为本发明基于磁致变形电极的电化学加工装置的结构示意图；

图2为本发明基于磁致变形电极的电化学加工装置电极变化的结构示意图；

图3为本发明基于磁致变形电极的电化学加工装置电极变化的另一实施方式的结构示意图；

图4为本发明基于磁致变形电极的电化学加工装置电极变化的另一实施方式的结构示意图；

图5为本发明基于电化学加工装置的电化学加工方法的实施例一的流程图；

图6为本发明基于电化学加工装置的电化学加工方法的实施例二的流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，一种基于磁致变形电极的电化学加工装置，包括供电电源1、用于盛装电解液的电解槽2、与所述供电电源1电连接的工件3、与所述供电电源1电连接的电极4以及用于在所述电极4周围产生磁场的磁源5；

所述电极4由磁致变形材料制成，且能够导电，所述电极4在所述磁源5产生的磁场中发生变形。

所述供电电源1用于给所述电极4和工件3提供电流，便于电极4和工件3进行电化学反应，实现电化学加工。本实施例中，所述供电电源1为直流电源，其包括正极和负极，所述正极与所述工件3电连接，所述负极与所述电极4电连接。

所述电解槽2用于盛装电解液，实现电化学反应，所述电极4和所述工件3均位于所述电解液内部，便于通电后，在所述电极4与所述工件3之间产生电化学反应，实现所述工件3的微加工。

为了便于实现电解液在所述电解槽2与所述电极4之间的流通，还设置有电解液泵6，所述电解液泵6用于实现电解液在所述电解槽2与所述电极4之间的循环流通，便于所述电极4和所述工件3在所述电解液内部进行电化学反应，实现对所述工件3的微加工。

所述工件3与所述供电电源1的正极电连接，其与所述电极4均位于所述电解液内部，便于通电后产生电场，发生电化学反应，实现对所述工件3的电化学加工。

所述电极4与所述供电电源1的负极电连接，其与所述工件3相互配合，实现电化学反应。所述电极4由磁致变形材料制成，且能够导电，一方面，保证所述电极4能够在磁场变化的情况下发生形变，便于匹配不同形状的加工要求，且电化学加工过程中，还能通过磁场的变化，改变加工形状，用以满足市场需求。另一方面，所述电极4能够导电，保证其能够在电场作用下，与所述工件3发生电化学反应，实现对所述工件3的微加工。具体的，所述电极4由铁基合金或镍基合金材料制成。

为了便于所述电极4的安装，还包括底座7，所述底座7用于固定安装所述电极4，用以保证电化学反应过程中，所述电极4的位置始终不变，从而进一步保证电化学加工的质量。

所述磁源5用于提供磁场，该磁场分布于所述电极的周围，保证电极4能够在该磁场的作用下产生变形，保证电极4的尺寸及形状满足预设要求。具体将所述电极改变为何种形状，何种大小，由需要微加工的工件的要求决定。

为了能够更好的控制所述电极4形状及大小的变化，还包括与所述磁源相连接的磁场调节器8，所述磁场调节器8用于调节磁场的变化以及大小，保证所述电极4的形状及大小满足预设要求。

本实施例提供的磁致变形电极的电化学加工装置，工作时，首先按照工件需加工的具体形状，确定所述电极4的具体形状，打开磁源5，并通过所述磁场调节器8控制所述电极4周围各个区域的磁场的大小、时间等参数，电极4在磁场的作用下产生形变，直至其变形为预设的形状及尺寸，即可开始电化学反应，操作方便快捷，灵活度高，装置的成本低。

需要说明的是，受到现有技术水平的限制，现有的电极尺寸最小只能做到几十微米级，可以采用磁致变形材料制作电极，将电极做到几十微米后，可以通过磁场的控制，使其变形，可以得到几百纳米到几百微米的电极，电极尺寸变化跨度大，应用领域广，且操作方便快捷。其次，对于一些需要加工特殊形状的工件，可以在电极的周围设置不同的磁场强度，通过各个区域磁场强度的不同，使得电极各个区域的形变程度不同，从而得到异性的电极，进一步实现工件的异性加工。最后，由于电极周围存在磁场，故电极在形变的过程中，会产生一定的搅动，可以使得流场更好的进入两极之间，促进排屑。

如图2所示，在电极逐步进给加工的过程，可以利用磁场调节器8控制磁场的变化，使得电极变小，完成微小尺寸的加工。

如图3所示，在电极逐步进给加工的过程，可以利用磁场调节器8控制磁场的变化，使得电极变形，完成异形形状的加工。

如图4所示，在电极逐步进给加工的过程，可以利用磁场调节器8控制磁场的变化，使得电极弯曲，完成内部弯曲流道的加工成形。

相应的本发明还提供基于上述电化学加工装置的电化学方法。

下面通过具体实施例说明通过上述电化学加工装置进行电化学加工的过程：

实施方式一

如图2、3及5所示，将电极尺寸或形状改变至预设的电极尺寸或形状，具体包括以下步骤：

S1、磁源5产生磁场，电极尺寸或形状变化至预设尺寸或形状。

此处，若磁场强度不能将电极尺寸或形状改变至所需的尺寸或形状，可以通过磁场调节器8改变磁场强度、时间等参数，使得电极尺寸或形状变化为预设尺寸或形状。

S2、供电电源1供电，在电极4与工件3之间形成电场。

S3、电解液和工件3在电场作用下发生电化学反应，直至得到所需的工件即可。

需要说明的是，若要得到工件的异形形状的加工，可以通过磁场调节器8控制电极4周围的磁场强度及时间，使得电极4周围的磁场强度及时间分布不均匀，以便得到所需的异形形状的加工。

实施方式二

如图4和6所示，电化学反应过程中，改变电极的形状，得到弯曲流道的工件，具体包括以下步骤：

S1、磁源5产生磁场，电极尺寸变化至所需尺寸。

此处，若磁场强度不能将电极尺寸改变至所需的尺寸，可以通过磁场调节器8改变磁场强度、时间等参数，使得电极尺寸变化为预设尺寸。

S2、供电电源1供电，在电极与工件之间形成电场。

S3、电解液和工件3在电场作用下发生电化学反应，直至得到第一流道的工件。

S4、通过磁场调节器8改变电极形状，使得电极4弯曲。

S5、电解液和工件在电场作用下发生电化学反应，直至得到第二流道的工件。

重复步骤S4和S5，直至得到预设的弯曲流道的工件。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于磁致变形电极的电化学加工装置，其特征在于，包括供电电源、用于盛装电解液的电解槽、与所述供电电源电连接的工件、与所述供电电源电连接的电极以及用于在所述电极周围产生磁场的磁源；

所述电解液为中性、碱性或酸性电解液；

所述电极由磁致变形材料制成，且能够导电，所述电极在所述磁源产生的磁场中发生变形；

所述电极由铁基合金或镍基合金材料制成；

还包括与所述磁源相连接的磁场调节器，所述磁场调节器调节磁场的变化以及大小；

还包括电解液泵，所述电解液泵实现电解液在所述电解槽与所述电极之间的循环流通；

所述供电电源为直流电源，其包括正极和负极；

所述正极与所述工件电连接，所述负极与所述电极电连接。

2.一种基于权利要求1所述的电化学加工装置的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、磁源产生磁场，电极尺寸变化至预设尺寸；

S2、供电电源供电，在电极与工件之间形成电场；

S3、电解液和工件在电场作用下发生电化学反应，直至得到所需的工件即可。

3.一种基于权利要求1所述的电化学加工装置的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、磁源产生磁场，通过磁场调节器控制电极周围的磁场强度及时间，电极周围的磁场强度及时间分布不均匀，使得电极形状变化至预设形状；

S2、供电电源供电，在电极与工件之间形成电场；

S3、电解液和工件在电场作用下发生电化学反应，直至得到所需的工件即可。

4.一种基于权利要求1所述的电化学加工装置的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、磁源产生磁场，电极尺寸变化至所需尺寸；

S2、供电电源供电，在电极与工件之间形成电场；

S3、电解液和工件在电场作用下发生电化学反应，直至得到第一流道的工件；

S4、通过磁场调节器改变电极形状，使得电极弯曲；

S5、电解液和工件在电场作用下发生电化学反应，直至得到第二流道的工件；

重复步骤S4和S5，直至得到预设的弯曲流道的工件。

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