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一种用于加工硬脆绝缘材料的方法及装置

申请号 CN202311703828.9 申请日 2023-12-12 公开(公告)号 CN117719082A 公开(公告)日 2024-03-19
申请人 北京科技大学; 发明人 王津; 贾志新; 陈学兵;
摘要 本公开涉及硬脆绝缘材料的加工技术领域,具体涉及一种用于加工硬脆绝缘材料的方法及装置。所述用于加工硬脆绝缘材料的方法包括:将硬脆绝缘材料制成的 工件 、 工具 电极 和辅助电极置于 树脂 离子溶液中,在所述工具电极和辅助电极之间施加 电压 形成导电 电路 ,在 电场 作用下所述工具电极的表面形成树脂绝缘膜;提高所述电压使所述工具电极和树脂离子溶液之间的电压超过所述树脂绝缘膜的 击穿电压 以产生击穿放电,对所述工件的硬脆绝缘材料进行去除。本公开能够使工件获得较高的表面 质量 、加工效率和加工 精度 ,提高了工件的综合加工质量。
权利要求

1.一种用于加工硬脆绝缘材料的方法,其特征在于,所述方法包括:
将硬脆绝缘材料制成的工件工具电极和辅助电极置于树脂离子溶液中,在所述工具电极和辅助电极之间施加电压形成导电电路,在电场作用下所述工具电极的表面形成树脂绝缘膜;
提高所述电压使所述工具电极和树脂离子溶液之间的电压超过所述树脂绝缘膜的击穿电压以产生击穿放电,对所述工件的硬脆绝缘材料进行去除。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述击穿电压的大小根据所述树脂绝缘膜的厚度确定;
所述树脂包括以下中的任意一种或多种:环树脂、丙烯酸树脂和聚酯树脂。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括,在提高电压之前对所述导电电路中的电流进行检测,以确定所述树脂绝缘膜的绝缘性能是否合格。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
在所述击穿放电过程结束后,降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜;
循环提高所述电压以产生击穿放电和降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜的过程,配合所述工具电极与所述工件的相对运动,对工件进行加工。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:
所述在所述工具电极和辅助电极之间施加电压形成导电电路,包括在所述工具电极和辅助电极之间施加80‑120V电压形成导电电路;
所述提高所述电压使所述工具电极和树脂离子溶液之间的电压超过所述树脂绝缘膜的击穿电压,包括将所述电压提高至200‑400V并持续10‑100μs;
所述降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜,包括将所述电压降低至80‑120V以修复所述树脂绝缘膜。
6.一种用于加工硬脆绝缘材料的装置,其特征在于,所述装置包括:
用于盛装树脂离子溶液的容器;
可调电源;
分别连接在所述可调电源两极的工具电极和辅助电极;
其中,工件、工具电极和辅助电极置于盛装含有树脂离子溶液的容器中,所述可调电源向所述工具电极和辅助电极施加电压形成导电电路,在电场作用下所述工具电极的表面形成树脂绝缘膜;当提高所述电压使所述工具电极和树脂离子溶液之间的电压超过所述树脂绝缘膜的击穿电压时产生击穿放电以对所述工件的硬脆绝缘材料进行去除。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述装置还包括连接在所述可调电源与所述工具电极或辅助电极之间的电流检测模,用于在提高电压之前对所述导电电路中的电流进行检测,以确定所述树脂绝缘膜的绝缘性能是否合格。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述装置还包括分别与所述可调电源和电流检测模块连接的控制模块,所述控制模块用于根据所述电流检测模块的检测结果控制所述可调电源的输出参数。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述输出参数包括电压的大小和输出时间。
10.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述控制模块在所述击穿放电过程结束后,控制所述可调电源降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜,并循环提高所述电压以产生击穿放电和降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜的过程。

说明书全文

一种用于加工硬脆绝缘材料的方法及装置

技术领域

[0001] 本公开涉及硬脆绝缘材料的加工技术领域,具体涉及一种用于加工硬脆绝缘材料的方法及装置。

背景技术

[0002] 硬脆绝缘材料如玻璃、石英、工程陶瓷具有优良的综合性能,具有超硬、耐磨、电阻率和熔点高以及导热性好等诸多优异的学、化学和物理性能,在汽车、飞机、汽轮机发动机能源、机械电子、航空、航天、化工、生物工程等多个领域有广阔的应用前景。虽然这些硬脆绝缘材料具有优异的性能和十分重要的应用价值,但是其较高的硬度、脆性和电绝缘性,给加工带来了很大的困难。
[0003] 目前硬脆绝缘材料的加工主要采用线锯切割、金刚石砂轮磨削、磨料射流切割、激光切割电解电火花线切割。线锯切割的线锯受力产生明显的弯曲变形,导致二维切割加工精度较差,金刚石砂轮磨削微小结构时砂轮细小,不但易变形甚至易断裂,同时这两种加工方法的工具损耗大,特别是加工表面/亚表面容易产生微裂纹、断面损伤等缺陷,这些缺陷在航空航天领域严苛的工况条件下是致命的。磨料水射流加工的切割面存在斜度影响加工精度。激光切割受限于聚焦问题,仅适用于小厚度零件加工。电解电火花线切割工件时存在放电稳定性差、加工效率低、加工精度差的问题。因此,现有的硬脆绝缘材料加工方法不能满足工件的综合加工要求。发明内容
[0004] 为了解决相关技术中的问题,本公开实施例提供一种用于加工硬脆绝缘材料的方法及装置。
[0005] 第一方面,本公开实施例中提供了一种用于加工硬脆绝缘材料的方法,所述方法包括:
[0006] 将硬脆绝缘材料制成的工件、工具电极和辅助电极置于树脂离子溶液中,在所述工具电极和辅助电极之间施加电压形成导电电路,在电场作用下所述工具电极的表面形成树脂绝缘膜;
[0007] 提高所述电压使所述工具电极和树脂离子溶液之间的电压超过所述树脂绝缘膜的击穿电压以产生击穿放电,对所述工件的硬脆绝缘材料进行去除。
[0008] 根据本公开的实施例,所述击穿电压的大小根据所述树脂绝缘膜的厚度确定;所述树脂包括以下中的任意一种或多种:环树脂、丙烯酸树脂和聚酯树脂。
[0009] 根据本公开的实施例,所述方法还包括,在提高电压之前对所述导电电路中的电流进行检测,以确定所述树脂绝缘膜的绝缘性能是否合格。
[0010] 根据本公开的实施例,所述方法还包括:
[0011] 在所述击穿放电过程结束后,降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜;
[0012] 循环提高所述电压以产生击穿放电和降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜的过程,配合所述工具电极与所述工件的相对运动,对工件进行加工。
[0013] 根据本公开的实施例,所述在所述工具电极和辅助电极之间施加电压形成导电电路,包括在所述工具电极和辅助电极之间施加80‑120V电压形成导电电路;
[0014] 所述提高所述电压使所述工具电极和树脂离子溶液之间的电压超过所述树脂绝缘膜的击穿电压,包括将所述电压提高至200‑400V并持续10‑100μs;
[0015] 所述降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜,包括将所述电压降低至80‑120V以修复所述树脂绝缘膜。
[0016] 第二方面,本公开实施例中提供了一种用于加工硬脆绝缘材料的装置,所述装置包括:用于盛装树脂离子溶液的容器;可调电源;分别连接在所述可调电源两极的工具电极和辅助电极;其中,工件、工具电极和辅助电极置于盛装含有树脂离子溶液的容器中,所述可调电源向所述工具电极和辅助电极施加电压形成导电电路,在电场作用下所述工具电极的表面形成树脂绝缘膜;当提高所述电压使所述工具电极和树脂离子溶液之间的电压超过所述树脂绝缘膜的击穿电压时产生击穿放电以对所述工件的硬脆绝缘材料进行去除。
[0017] 根据本公开的实施例,所述装置还包括连接在所述可调电源与所述工具电极或辅助电极之间的电流检测模,用于在提高电压之前对所述导电电路中的电流进行检测,以确定所述树脂绝缘膜的绝缘性能是否合格。
[0018] 根据本公开的实施例,所述装置还包括分别与所述可调电源和电流检测模块连接的控制模块,所述控制模块用于根据所述电流检测模块的检测结果控制所述可调电源的输出参数。
[0019] 根据本公开的实施例,所述输出参数包括电压的大小和输出时间。
[0020] 根据本公开的实施例,所述控制模块在所述击穿放电过程结束后,控制所述可调电源降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜,并循环提高所述电压以产生击穿放电和降低所述电压以修复所述树脂绝缘膜的过程。
[0021] 根据本公开实施例提供的技术方案,通过在置于树脂离子溶液中的工具电极和辅助电极之间施加电压,在电场作用下使工具电极表面形成厚度均匀、形态稳定、可自修复的树脂绝缘膜,通过提高电压击穿树脂绝缘膜产生放电以达到硬脆绝缘材料的去除,并通过循环提高电压去除材料和降低电压修复树脂绝缘膜的过程实现工件的加工;本公开的树脂绝缘膜的成膜过程不易受扰动,具有膜层形态均匀、厚度一致性、可自修复等优点,克服了现有加工技术工具损耗大、加工精度低以及工件表面微损伤的问题,能够使工件获得较高的表面质量、加工效率和加工精度,实现了提高工件综合加工质量的技术效果。
[0022] 应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本公开。附图说明
[0023] 结合附图,通过以下非限制性实施方式的详细描述,本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中:
[0024] 图1示出根据本公开实施例的一种用于加工硬脆绝缘材料的方法的流程图
[0025] 图2示出根据本公开实施例的一种用于加工硬脆绝缘材料的装置的结构框图
[0026] 图3示出根据本公开实施例的另一种用于加工硬脆绝缘材料的装置的结构框图;
[0027] 图4示出根据本公开的实施例的控制模块电子设备的结构框图;
[0028] 图5示出适于用来实现根据本公开实施例的控制模块功能的计算机系统的结构示意图。

具体实施方式

[0029] 下文中,将参考附图详细描述本公开的示例性实施例,以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外,为了清楚起见,在附图中省略了与描述示例性实施例无关的部分。
[0030] 在本公开中,应理解,诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在,并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。
[0031] 另外还需要说明的是,在不冲突的情况下,本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
[0032] 在本公开中,如涉及对用户信息或用户数据的获取操作或向他人展示用户信息或用户数据的操作,则所述操作均为经用户授权、确认,或由用户主动选择的操作。
[0033] 如前所述,目前硬脆绝缘材料的加工主要采用线锯切割、金刚石砂轮磨削、磨料水射流切割、激光切割和电解电火花线切割。采用上述加工方法对硬脆绝缘材料工件加工的综合质量不高。其中,电解电火花线切割可对工件进行非接触式加工,电极丝不会因受力产生明显弯曲变形,通过控制放电能量能取得较好的加工精度、较小的电极损耗和较高的表面质量。电解电火花线切割形成火花放电的必要条件是通过电解反应在电极丝表面形成较完整的氢气膜,使电极丝和电解液之间电绝缘,当电极丝和电解液之间的电压超过氢气膜击穿电压阈值时,便发生击穿氢气膜放电。但是,受电解液浮力、电极丝运丝带来的扰动以及放电高温和冲击作用综合影响,氢气膜成膜困难且极易受到破坏,氢气膜厚度变化随机性强,导致放电稳定性差、加工效率低、加工精度差。
[0034] 为进一步提高硬脆绝缘材料的加工稳定性、加工效率及加工精度,本公开提供了一种用于加工硬脆绝缘材料的方法,根据本公开的实施例,首先利用工具电极和辅助电极之间的电场作用使工具电极的表面形成可自修复的树脂绝缘膜,然后提高电压击穿树脂绝缘膜产生放电,从而对硬脆绝缘材料进行去除。本公开考虑了工具电极绝缘膜层的厚度均匀度、形态稳定性和自修复能力,能够对各类金属或非金属工件进行加工,并提高工件的综合加工质量,尤其适用于各类硬脆绝缘材料如玻璃、石英、工程陶瓷的加工。
[0035] 图1示出根据本公开的实施例的一种用于加工硬脆绝缘材料的方法的流程图。如图1所示,所述用于加工硬脆绝缘材料的方法包括以下步骤S101‑S102:
[0036] 在步骤S101中,将硬脆绝缘材料制成的工件、工具电极和辅助电极置于树脂离子溶液中,在所述工具电极和辅助电极之间施加电压形成导电电路,在电场作用下所述工具电极的表面形成树脂绝缘膜;
[0037] 在步骤S102中,提高所述电压使所述工具电极和树脂离子溶液之间的电压超过所述树脂绝缘膜的击穿电压以产生击穿放电,对所述工件的硬脆绝缘材料进行去除。
[0038] 根据本公开的实施例,步骤S101的“将硬脆绝缘材料制成的工件、工具电极和辅助电极置于树脂离子溶液中”可采用以下方式实现:
[0039] 方式一、将工具电极和辅助电极分别浸入盛装有树脂离子溶液的容器中,电源的两极分别与工具电极和辅助电极连接,由此形成导电回路。
[0040] 方式二、将辅助电极设计为供液式,供液式辅助电极兼有导电和向工具电极提供树脂离子溶液的作用,实际加工时,将电源的两极分别与工具电极和供液式辅助电极连接,利用供液式辅助电极持续向工具电极提供树脂离子溶液,从而形成导电回路。
[0041] 其中,树脂离子溶液可以由一定比例的去离子水和树脂混合得到。树脂在水中离解为带有正电荷或负电荷的离子。当置于树脂离子溶液中的工具电极和辅助电极通电时形成电场,在电场作用下,带有正电荷或负电荷的树脂离子向与自身电荷极性相反的一极移动,并在电极处发生沉积,从而形成树脂膜。随着通电时间加长,树脂膜的厚度和面积逐渐增大,在电极表面形成完整的树脂绝缘膜,将电极与树脂离子溶液绝缘。工具电极可以接电源正极,也可以接电源负极,如果工具电极接电源负极,由带正电荷的树脂离子沉积在工具电极表面形成绝缘膜,如果工具电极接电源正极,则由带负电荷的树脂离子沉积在工具电极表面形成绝缘膜。树脂绝缘膜可以隔离工具电极与树脂离子溶液之间的电连接,从而使树脂绝缘膜内外形成电位梯度。随着树脂离子在工具电极表面逐渐沉积,树脂绝缘膜内外的电位梯度逐步加大,当工具电极表面形成完整的树脂绝缘膜层,工具电极与树脂离子溶液完全绝缘。
[0042] 相比于氢气膜或其它气体膜,树脂绝缘膜的形成机理为电沉积,其成膜过程不受溶液浮力、电极运动带来的扰动以及放电高温和冲击作用的综合影响,具有膜层厚度均匀、形态稳定、附着力强、耐冲击等优点,因此加工过程更为稳定,工具电极磨损率也较低,能够提高工件的加工质量和加工效率。
[0043] 具体地,树脂离子溶液中的树脂类型包括但不限于环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂,溶液可以为单一树脂离子溶液,也可以是几种树脂离子的混合溶液。
[0044] 树脂绝缘膜的厚度与工具电极和辅助电极之间通电的电压大小、通电时间和树脂离子的浓度有关,电压越大,通电时间越长,树脂离子的浓度越高,工具电极表面形成的树脂绝缘膜就会越厚。因此,通过合理调整上述三个参数可以得到需要的树脂绝缘膜层厚度。本实施例中采取的电压为80~120V。
[0045] 工具电极可以采用电极丝,也可以采用成形电极,根据工件的形状和加工需求选用不同的电极,如电极丝适于切割直线或贯通的型孔,锥形电极适用加工棱部位,球形电极适于加工弧形部位或孔中心。工具电极的材料选用导电材料,导电材料包括但不限于不锈、钼、、导电玻璃等,推荐使用不易受化学腐蚀且熔点高的金属材料如不锈钢、碳化钨等。
[0046] 步骤S102中的“击穿电压”的大小根据步骤S101中形成的树脂绝缘膜的厚度确定。使树脂绝缘膜击穿的电压可以是脉冲电压,也可普通恒压电压,还可以是一个脉冲电压与一个恒压电压的叠加。在击穿树脂绝缘膜发生火花放电产生的高温会对靠近工具电极的工件产生材料烧蚀,去除工件材料。
[0047] 其中,为便于提高电压来击穿树脂绝缘膜,电源采用可调电源。通过控制电源的电压输出时间来控制放电持续时间来对工件进行加工,电压的输出方式可以是持续式电压输出、间歇式电压输出、脉冲式电压输出,还可以是以上电压输出方式的组合。
[0048] 一般来说,电源电压对工件的加工结果起着重要影响,升高电压,放电产生的火花所携带的能量以及放电频率都会随之增大,加工区温度升高,工件材料被迅速去除,即加工速率随电压升高而增大,但是,高温会对工件表面产生较大的热影响,导致工件的加工精度降低,所以,如何找到加工效率和加工精度之间的平衡点是制约工件综合加工质量提高的难点。
[0049] 相比激光切割,本公开的加工方法能够实现较大厚度工件切割加工。同时,由于树脂绝缘膜具有膜层厚度均匀、形态稳定、附着力强、耐冲击等优点,因此加工过程中所需的击穿电压和击穿放电对工件产生的热效应也相对稳定,能够提高工件的表面质量和加工精度,使工件获得较高的综合质量。另外,稳定的树脂绝缘源可以降低加工过程中工具电极的磨损率,节省了反复修理工具电极所需的工时,从而提高了工件的加工效率。
[0050] 另外,本公开的加工方法的放电诱发机理为工具电极与辅助电极之间的电位差导致的树脂绝缘膜内外形成电位梯度,与工件的材质导电与否无关,因此可用于加工导电材料或非导电材料制成的工件,尤其适用于硬脆绝缘材料的去除。
[0051] 进一步地,在提高电压之前为了确定树脂绝缘膜的绝缘性能是否合格,还可以对导电电路中的电流进行检测。电流的检测方法可以为:在导电电路中串联电流检测装置如电流测试仪、电流表等,电流检测装置的连接位置可以是电源与工具电极之间或电源与辅助电极之间。当检测到的电流值达到或低于某个阈值,证明树脂绝缘膜的绝缘性能达到预定的要求,所述阈值可以是零,也可以是接近零的值。
[0052] 虽然树脂绝缘膜层的稳定性好,但放电处的树脂膜层仍可被破坏,因此,为了进一步提高加工质量和加工稳定性,可以采取在击穿放电过程结束后,降低电压以使树脂绝缘膜自修复,并循环提高电压以产生击穿放电和降低电压以修复树脂绝缘膜的过程,对工件进行加工。
[0053] 电源恢复到低电压状态后,工具电极表面树脂膜层破坏的位置将发生树脂分子的沉积来自动修复树脂膜层。其中,修复树脂绝缘膜所需的低电压可以与初始电压一致,也可以根据加工需求采取与初始电压不同的其它电压值。
[0054] 具体地,步骤S102中的“工件材料去除‑树脂绝缘膜修复”过程的循环方式包括但不限于以下两种形式:
[0055] 循环方式一:采用“树脂绝缘膜快速修复”的方式,即一次放电结束后上降低电压至修复电压,使树脂绝缘膜进行自修复。在该方式中,可将控制放电持续时间的电压输出时间控制在较小值,如10‑100μs。
[0056] 循环方式二:采用“树脂绝缘膜集中修复”的方式,即采用连续多次输出高电压对树脂绝缘膜进行多次击穿放电,对工件进行材料去除,多次击穿放电过程结束后,降低电压至修复电压,使树脂绝缘膜进行集中修复。
[0057] 两种循环方式相比较,由于循环方式一中两次击穿放电之间树脂绝缘膜层受到的破坏较小,更容易进行自修复,因此,更容易通过电压的控制来达到修复过程,修复后的树脂绝缘膜层能够达到与原膜层较为一致的厚度和形态,修复质量更好,因此能够获得更为优质的工件加工质量。另外,也可以采取以上两种循环方式组合的形式。
[0058] 在实际的工件加工过程中,可采用进给系统使工件和工具电极发生相对运动,“工件材料去除‑树脂绝缘膜修复”的循环过程结合工件和工具电极的相对运动完成整个加工过程。其中,工件和工具电极的相对运动可以是工件固定,进给系统与工具电极连接,使工具电极运动,也可以是工具电极固定,进给系统与工件连接,使工件发生运动。
[0059] 本公开采用的加工方式为非接触加工,加工过程无切削力,克服了线锯切割和金刚石砂轮磨削加工工具损耗大和表面微损伤的问题,以及加工微小结构时电极变形甚至断裂的问题。本公开的加工方法切割精度高,克服了磨料水射流加工的切割面存在斜度影响加工精度的问题。本方法克服了激光切割受限聚焦只能进行小厚度零件加工的问题。本方法能够在工具电极表面形成厚度均匀、形态稳定、可自修复的树脂绝缘膜层,克服了电解电火花加工因氢气膜不稳地带来的放电稳定性差、加工效率低的问题。
[0060] 根据本公开另一方面的实施例,提供一种用于加工硬脆绝缘材料的装置,图2示出根据本公开的实施例的装置的结构框图。其中,该装置可以通过软件硬件或者两者的结合实现成为电子设备的部分或者全部。
[0061] 如图2所示,一种用于加工硬脆绝缘材料的装置包括:用于盛装含有树脂离子溶液的容器201;可调电源202;分别连接在可调电源202两极的工具电极203和辅助电极204;其中,工件、工具电极203和辅助电极204置于容器201中,可调电源202向工具电极203和辅助电极204施加电压形成导电电路,在电场作用下工具电极203的表面形成树脂绝缘膜;当提高电压使工具电极203和树脂离子溶液之间的电压超过树脂绝缘膜的击穿电压时产生击穿放电以对工件的硬脆绝缘材料进行去除。
[0062] 其中,工具电极203可以连接可调电源202的负极,也可以连接可调电源202的正极,本实施例中以工具电极203连接可调电源202的负极为例进行说明。其中,树脂离子溶液中的树脂类型包括但不限于环氧树脂、丙烯酸树脂和聚酯树脂。
[0063] 以下对采用本装置对工件进行材料去除的过程进行详细描述。首先通过可调电源202输出一定的电压,使工具电极203与辅助电极204之间的树脂离子溶液中形成电场,在电场作用下携带正电荷的树脂离子沉积于工具电极203表面,形成树脂绝缘膜。树脂绝缘膜将工具电极203与树脂离子溶液之间的电连接隔离,使树脂绝缘膜内外形成电位梯度。持续施加电压一段时间后,工具电极203表面会形成完整的树脂绝缘膜,此时提高可调电源202的输出电压至树脂绝缘膜的击穿电压,使得工具电极203表面的树脂绝缘膜层内外形成高电位梯度进而发生击穿放电,火花放电产生的高温会对靠近工具电极203的工件产生材料烧蚀,从而去除工件材料。其中,使树脂绝缘膜形成的初始电压和击穿树脂绝缘膜产生放电的击穿电压由树脂绝缘膜的厚度确定,本实施例中初始电压为80‑120V,击穿电压为200‑
400V,控制击穿电压的输出时间以维持放电持续时间为10‑100μs。
[0064] 在提高可调电源202的电压之前,为了确保树脂绝缘膜的绝缘性能达到一定的要求,可以在电路中连接电流检测模块205,电流检测模块205包括但不限于电流测试仪、万用表、电流表等,其连接位置可以是可调电源202与工具电极203之间或可调电源202与辅助电极204之间。当检测到的电流值达到或低于某个阈值,证明树脂绝缘膜的绝缘性能符合要求,所述阈值可以是零,也可以是接近零的值。可以进行一次性放电对工件进行材料去除,也可以采取多次循环放电进行材料去除。
[0065] 进一步地,还可以通过调节可调电源202的电压对树脂绝缘膜进行修复,一次击穿放电过程结束后,将可调电源202的电压恢复到低压电状态,以使工具电极203表面破坏的树脂绝缘膜进行重新沉积修复,为下一次击穿放电过程做准备,然后循环提高电压以产生击穿放电和降低电压以修复树脂绝缘膜的过程,对工件进行加工。
[0066] 其中,修复树脂绝缘膜所需的低电压可以与初始电压一致,也可以根据加工需求采取与初始电压不同的其它电压值。
[0067] 为了进一步提高装置的可操作性,本装置还可以设置控制模块。控制模块分别与可调电源202和电流检测模块205电连接,控制模块用于采集电流检测模块205的检测数据,根据检测结果控制可调电源202的输出参数,其中,可调电源202的输出参数包括但不限于电压的大小、频率、输出时间等。
[0068] 具体地,控制模块内置有采集单元、判断单元和指令单元,判断单元可预设电流阈值,该电流阈值可为零或接近零的值。采集单元采集电流检测模块205的电流检测值并将其传输给判断单元,当电流检测值达到预设的电流阈值,判断单元判断树脂绝缘膜的绝缘性能合格,当电流检测值高于预设的电流阈值,则判断树脂绝缘膜的绝缘性能不合格。判断单元将判断结果传输给指令单元,指令单元根据判断结果向可调电源202发出相应指令。若判断结果为合格,指令单元发出提高电压至击穿电压的指令,若判断结果为不合格,则指令单元发出维持初始电压输出的指令。可调电源202可提供的电压类型包括但不限于脉冲电压、普通恒压电压或脉冲电压与恒压电压的叠加,根据可调电源202可提供的电压类型及实际的加工需求,控制模块可设置不同的指令以控制可调电源202的电压输出。
[0069] 除此之外,控制模块还可用于在击穿放电过程结束后,控制可调电源202降低电压以修复所述树脂绝缘膜,并循环提高电源以产生击穿放电和降低所述电压以修复树脂绝缘膜的过程。“工件材料去除‑树脂绝缘膜修复”的过程控制模式可采用“树脂绝缘膜快速修复”的方式,即一次放电结束后马上降低电压至修复电压,使树脂绝缘膜进行自修复,或采用“树脂绝缘膜集中修复”的方式,即采用电压对树脂绝缘膜进行多次击穿放电,对工件进行材料去除,待多次击穿放电结束后,降低电压至修复电压,使树脂绝缘膜进行集中修复。
[0070] 本装置的放电诱发机理为工具电极与辅助电极之间的电位差导致的树脂绝缘膜内外形成电位梯度,与工件的材质导电与否无关,因此可用于加工导电材料或非导电材料制成的工件,尤其适用于硬脆绝缘材料的去除,且由于树脂绝缘膜的形成机理为电沉积,膜层的厚度和形态不受溶液浮力、电极运动带来的扰动以及放电高温和冲击作用的综合影响,可控性强,因此采用本装置去除工件材料能够提高工件的表面质量、加工效率和加工精度,使工件获得较高的综合质量。
[0071] 作为另一种实现方式,本公开还提供一种用于加工硬脆绝缘材料的装置,图3示出根据本公开的实施例的装置的结构框图。
[0072] 如图3所示,一种用于加工硬脆绝缘材料的装置包括:可调电源301;分别连接在可调电源301两极的工具电极302和辅助电极供液装置303;辅助电极供液装置303兼具电极和向工具电极302持续提供树脂离子溶液的作用;可调电源301向工具电极302和辅助电极供液装置303施加电压,由此形成导电电路,在电场作用下工具电极302的表面形成树脂绝缘膜;当提高述可调电源301的电压使工具电极302和树脂离子溶液之间的电压超过树脂绝缘膜的击穿电压时产生击穿放电以对硬脆绝缘材料制成的工件进行材料去除。
[0073] 其中,工具电极302可以连接可调电源301的正极或负极,本实施例中,以工具电极302连接可调电源301的负极,辅助电极供液装置303连接可调电源301的正极为例进行说明。采用本装置对工件进行材料去除的过程为:首先由可调电源301输出一定的电压,同时由辅助电极供液装置303向工具电极302施加树脂离子溶液并持续至加工结束,工具电极
302与辅助电极供液装置303之间的树脂离子溶液中形成电场,当树脂离子携带正电荷,在电场作用下树脂离子便会移动至位于负极的工具电极表面,并逐渐沉积形成树脂绝缘膜。
树脂绝缘膜将工具电极302与树脂离子溶液之间的电连接隔离,使树脂绝缘膜内外形成电位梯度。持续施加电压一段时间后,工具电极302表面会形成完整的树脂绝缘膜,此时提高可调电源301的输出电压至树脂绝缘膜的击穿电压,使得工具电极302表面的树脂绝缘膜内外形成高电位梯度,进而发生击穿放电,火花放电产生的高温会对靠近工具电极302的工件产生材料烧蚀,使材料去除。加工结束后关闭可调电源301,并切断辅助电极供液装置303的供液输出。
[0074] 辅助电极供液装置303为中空结构以容纳树脂离子溶液,辅助电极供液装置303可自带供液动力装置以便向工具电极302持续提供树脂离子溶液,也可通过管路与供液系统连接。供液系统包括用于存放树脂离子溶液的液槽和用于抽吸树脂离子溶液的动力,通过管路将动力泵的进口和出口分别与液槽和辅助电极供液装置303连接,实际加工时,可以通过动力泵将液槽中的树脂离子溶液抽出并持续供给辅助电极供液装置303,进而由辅助电极供液装置303提供给工具电极302及其附近的工件。其中,动力泵可以采取离心泵齿轮泵、叶片泵等各类形式的液压泵。供液系统还可以在动力泵和辅助电极供液装置303之间设置流量调节装置,以根据实际加工需要调节树脂离子溶液的供给流速。流量调节装置可以采用流量调节,如球阀式、油针式、旋塞式、闸阀式、电磁式等各类流量调节阀均可。
[0075] 除此之外,辅助电极供液装置303的可以设计为中空的喷嘴结构,喷嘴结构可以更均匀地将树脂离子溶液施加于工具电极302和工件表面,从而使放电高温产生的热效应能够更好地在树脂离子溶液中传导,进一步提高工件的加工质量。
[0076] 同样地,本装置中也可以设置电流检测模块304和控制模块,该部分内容与前述实施例相关内容类似,在此不做赘述。
[0077] 本公开有关装置的实施例中的控制模块可采取软件形式、硬件形式或软硬结合的形式,还可以是小程序、计算机系统等。
[0078] 本公开还公开了一种电子设备,图4示出根据本公开的实施例的电子设备的结构框图。
[0079] 如图4所示,所述电子设备包括存储器和处理器,其中,存储器用于存储一条或多条计算机指令,其中,所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现根据本公开的实施例中控制模块的功能。
[0080] 图5示出适于用来实现本公开实施例的控制模块的计算机系统的结构示意图。
[0081] 如图5所示,计算机系统包括处理单元,其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的程序或者从存储部分加载到随机访问存储器(RAM)中的程序而执行上述实施例中的各种方法。在RAM中,还存储有计算机系统操作所需的各种程序和数据。处理单元、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出(I/O)接口也连接至总线。
[0082] 以下部件连接至I/O接口:包括键盘鼠标等的输入部分;包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分;包括硬盘等的存储部分;以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分。通信部分经由诸如因特网的网络执行通信过程。驱动器也根据需要连接至I/O接口。可拆卸介质,诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等,根据需要安装在驱动器上,以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分。其中,所述处理单元可实现为CPU、GPU、TPU、FPGA、NPU等处理单元。
[0083] 特别地,根据本公开的实施例,上文描述的控制模块的控制功能可以被实现为计算机软件程序。例如,本公开的实施例包括一种计算机程序产品,其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序,所述计算机程序包含用于执行上述控制功能方法的程序代码。在这样的实施例中,该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装,和/或从可拆卸介质被安装。
[0084] 附图中的流程图和框图,图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上,流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分,所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意,在有些作为替换的实现中,方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如,两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以按相反的顺序执行,这依所涉及的功能而定。也要注意的是,框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合,可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现,或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0085] 描述于本公开实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现,也可以通过可编程硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中,这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。
[0086] 作为另一方面,本公开还提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质可以是上述实施例中电子设备或计算机系统中所包含的计算机可读存储介质;也可以是单独存在,未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序,所述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本公开的方法。
[0087] 以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解,本公开中所涉及的发明范围,并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案,同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。