专利名称:用于电化学抛光铝轮内凹痕的机器及方法
用于电化学抛光铝轮内凹痕的机器及方法发明背景 发明领域00011本发明总体上涉及电化学抛光,并且更具体地涉及电化学抛光铝轮。相关技术的描述
为了提高由机器100提供的抛光质量,控制器129进一步 包括一个脉冲电路131,该脉冲电路用于允许电流被间歇地施加到阴 极50上,从而允许电解质127更有效地从车轮10沖刷残渣。该控制 器129提供至少一个加工模式和一个抛光模式。在加工模式中,电流 值大以便从车轮10清除实质性量的物质。在抛光模式中,电流较小以 从该车轮10上清除实质性地更少量的物质。因此,带有相对粗糙的最终处理的车轮10可以先被"加工"然后被"抛光",以产生一个最终产
品。利用这种两步过程,它有可能消除初步的机械研磨步骤,迄今为 止,该步骤在电化学加工过程之前进行。 诸位发明人已发现,电解质的温度对铝工件的表面最终处 理的质量有着显著的影响。特别地,用于该电解质的典型工作温度在 27至28摄氏度(81至82华氏度)之间。当使用具有在20至25摄氏 度(68至77华氏度)之间的温度的一种电解质时,该工件具有优异 的表面最终处理,这种最终处理不包括在类似条件下但使用更高温度 的电解质时存在的点蚀。这种意外的结果不但可应用于同铝工件相关 联的工艺,而且可应用于同不同材料的工件相关联的电化学抛光。
10026参看图4,电解质127从一个容器135通过一个泵138并 通过一个管道140被送到一个入口通道143,在图4中,该入口通道 是一个套管145,该套管包围每一个阴极50,这样电解质127可被引 入到围绕阴极50的周边。图3进一步示出了该套管145延伸通过上台 板60并且包围该阴极50。应注意,在图3中, 一个密封件147包围 该套管145。该密封件147由一种柔性非多孔材料组成,该材料包围 阴才及50和入口通道143。虽然所示出的该套管145作为用于^f吏电解质 127围绕在该阴极50周围分散的机构,但该套管145在替代形式中可 以是围绕在该阴极50周围的多个端口,以实现相同的结果。该入口通 道143与该阴极50的周边一致,并且在使用具有一个不同几何形状的 一个阴极50时,该相关联的入口通道143也与该新的阴极50的周边 一致。
00271 参看图5,当该上台板60被定位在车轮10上时,密封件 147被推靠在车轮10上,从而提供上台板60与车轮10之间的不透水 的密封以容纳电解质127。参看图4和图5,该电解质127流经阴极 50周围的套管145并且通过一个出口通道150,在图4中,该出口通 道是车轮10的窗口40。在这种安排中,电解质127可通过窗口 40被 排入一个收集箱153,然后从该收集箱被返回到容器135以再次使用。 如图4所示,该容器135内的电解质127被转移到一个回收站155, 以从该电解质127去除在抛光过程中所产生的杂质。 一种回收技术涉 及用废电解质引入硝酸铁,在这种引入之后,对该流体进行离心分离。 这种技术在于2006年8月21日提交的共同待审的发明名称为 "Process For Regenerating Electrolytes In Electrochemical Polishing Applications,,的美国专利申请号11/465,839中进行了更详细的描述, 该申请转让给了与本申请相同的受让人。还应注意,在图4中,车轮 10放在收集箱153上,这样,车轮10就提供了针对该箱153的密封 以减少电解质的损失。
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本主题发明的阴极50是定制的以便作用于车轮10的窗口 40上,如
图1和图2所示。应该理解,每一个阴极50是可拆卸的, 并且可用一个不同形状的阴极来替代,以容纳车轮上不同形状的凹痕。 图3、图4和图5示出了该阴极50,该阴极可拆卸地附接到上台板60 上。该上台板60可滑动地安装在多个柱160上,这样它可在该第一位 置与该第二位置之间移动,在该第一位置中上台板60与车轮10隔开 (图4),在该第二位置中上台板60邻近于该车轮10 (图5)。还应 理解该上台板60和下台板105与阳极(它是车轮10)并与这些阴极 50是电气电气绝缘的。
[0029从图l可清楚地看出,在一个车轮10内有多个窗口 40。 在本主题发明的一个实施方案中,两个窗口 4(H皮同时抛光,但也可以 抛光一个单一的窗口 。本主题发明还被设计成使车轮10或者另 一个工 件对位,这样不同的窗口可以由相同的阴极进行抛光。然而,因为该 电化学抛光工艺要求高电流,所以用于电化学抛光的现有技术设计使 用一个单一的阴极。另外,下台板105是可以对位的,这样,具有多 个凹痕30的车轮10可被旋转以将不同的凹痕30与用于抛光的这些阴 极50对齐。具体地, 一个CNC控制的伺服驱动电动机163驱动一个 滑轮165,该滑轮驱动一个传送带167以转动一个第二滑轮170,该第 二滑轮转动一个轴172,由此转动下台板105以及附接到该下台板的 车轮IO 。通过这样作,有可能使该车轮10对位,这样不同的窗口40 与用于抛光的这些阴极50对齐。作为其结果,如图1所示,抛光该车 轮IO内的八个窗口仅仅要求将该车轮10对位四次,而不是当只有一 个单一的阴极50在一个窗口 40上工作时将车轮10对位八次。
10030! 该电解质127包括氯化钠(NaCl)或硝酸钠(NaN03) 与水的溶液。尽管优选氯化钠作为用于加工步骤的电解质,该步骤针 对去除物质,而优选硝酸钠作为抛光步骤的电解质,该步骤针对表面
14最终处理。用于典型用途的电解质127流可在25至55加仑/每分钟之 间。作为一个特别实例,对于具有20英寸直径的车轮10和与该尺寸 成比例的多个凹痕30而言,该电解质流可在45至50加仑/每分钟之 间。对于具有18英寸直径的一个车轮10和与该尺寸成比例的多个凹 痕30而言,该电解质流可在30至35加仑/每分钟之间。阴极50与窗 口 40的壁35之间的空隙107典型地约为0.75毫米,然而,在工作过 程中要求更大抛光程度的区域中,这种空隙可能略小,应记住太小的 空隙会导致阴极50与阳极之间的不希望的电弧,该阳极是车轮10。
00311 通过电解质127围绕这些阴极50流动,该控制器129的 脉冲电路131能够将电流接通和断开,这样电解质有机会不但将车轮 10冷却而且进一步清洗掉可能已在车轮10内的窗口 40的壁35上堆 积的任何杂质。
0032j 到目前为止,讨论一直针对电化学抛光车轮10内的一个 窗口 40。如图1和图2所示,该凹痕30还可以是一个凹穴45,该凹 穴不延伸穿过该车轮10的壁135。因此,为了抛光凹穴45,必须以一 种不同的方式引导电解质127。图6示出的台板60具有从中延伸的一 个阴极180。 一个密封件182包围该阴极180,以在上台板60被置于 该凹穴45上时提供一种不透水的密封。这种i殳计的目的是在该阴极 180的多个侧面和表面上方传送电解质127。特别地,该阴极180的一 侧上的一个入口通道185将电解质127引入到目前被封闭的一个室 187。该电解质127流过该阴极180并且通过一个出口通道189被清除 出该室187,然后该电解质从该出口通道被传送到收集箱153,如图4 所示。就图1中所示的车轮10而言,图6中所示的上台板60具有两 个定位销190 (图6),这两个定位销安装在螺栓孔25内,这些螺栓 孔邻近于纟寺抛光的凹穴45。
[00331 本主题发明还涉及用于电化学抛光铝车轮10的壁35内的已知几何形状的多个凹痕30的一种方法。 一个车轮空间限定了车轮 10将在该机器100中所占据的空间。该方法包括在一个台板105上安 装一个铝车轮10以及通过如阳极靴115将至少一个阳极附接到该车 轮10上的步骤。将至少一个阴极50位于该车轮10的凹痕30内,从 而限定了该阴极50与该阳极之间的一个空隙107。 一种电解质127被_ 引入该空隙内,然后将电流引入到阴极50与阳极之间。使电流产生脉 动以允许流动的电解质127从该凹痕30的表面沖刷杂质。该电解质在 抛光过程中被再循环,而且进一步,该电解质通过一个回收过程被回 收,如本文中以上描述的过程。
0034虽然已对本发明的多个具体实施方案进行了详细描述,但 本领域的普通技术人员将会理解,可根据本披露中总体上传授的内容 开发这些细节的各种修改和替代形式。在此说明的目前优选的实施方 案仅仅旨在是说明性的而并非对本发明的范围进行限制,本发明的范 围将由所附的权利要求书及其全部等效物而给予全部的宽度。
权利要求
1. 一种机器,该机器用于在一个铝工件的壁内对已知几何结构的凹痕进行电化学抛光,其中一个工件空间限定了一个工件在该机器中将会占据的空间,并且其中该机器包括a)一个上台板;b)从该上台板延伸的一个阴极,其中该阴极与一个凹痕相关联,并且其中该阴极具有与该凹痕的形状相似但较小的一种形状、并且被适配为有待定位于该凹痕附近以限定二者间的一个空隙,该空隙用于在该阴极与该凹痕之间引入一种电解质;c)与该上台板对齐的一个下台板,其中该下台板被适配为接收该工件,并且其中该上台板与该下台板彼此相对可移动,这样在一个第一位置中这些阴极可与该下台板隔离开而在一个第二位置该阴极接近于该下台板,使该阴极邻近于安装到该下台板上的一个工件的凹痕的位置;d)用于与该工件接触的多个阳极靴,其中这些靴是电传导性的,这样当这些靴接触工件时,该工件本身作为一个阳极;e)一个入口通道,该入口通道将电解质引入在该阴极与该工件的凹痕之间的空隙内;f)一个出口通道,该出口通道将电解质从该阴极与该工件的凹痕之间的空隙除去;g)一个电源,该电源在该上台板的阴极与该下台板的阳极之间通过其间的电解质提供电流;以及h)一个控制器,该控制器用于控制在该阴极与该阳极之间的电流。
2. 根据权利要求1所述的机器,其中该工件是一个轮。
3. 根据权利要求1所述的机器,其中至少两个阴极从该上台板延 伸,其中每个阴极与一个凹痕相关联,其中每个阴极具有与该凹痕的 形状相似但较小的一种形状、并且被适配为有待定位于该凹痕附近以限定在二者间的 一个空隙,该空隙用于在该阴极与该凹痕之间引入一 种电解质,并且其中该上台板与该下台板彼此相对可移动,这样在一 个第一位置中这些阴极可与该下台板隔离来而在一个第二位置中这些 阴极接近于该下台板使这些阴极邻近安装到该下台板上的一个工件的 凹痕的位置。
4. 根据权利要求1所述的机器,其中该控制器进一步包括一个脉 冲电路,该脉冲电路用于允许将该电流被间歇地施加到该阴极上,由 此容许该电解质更有效地从该阳极上冲刷残渣。
5. 根据权利要求4所述的机器,其中该控制器具有至少一种加工 模式以及一种抛光模式,并且其中在该加工模式中,该电流是高值以 便从该工件上除去一个实质性量的物质,而在一种抛光模式中该电流 较低以便从该工件上除去实质上较少量的材料。
6. 根据权利要求1所述的机器,其中该凹痕是延伸通过该工件壁 的一个窗口,该入口通道围绕该阴极,这样该电解质可以围绕该阴极 的周边而引入,并且该出口通道是该窗口,这样该电解质可以通过该 窗口排放。
7. 根据权利要求6所述的机器,其中该通道是在该阴极的周边附 近的一系列的开口。
8. 根据权利要求6所述的机器,其中该通道是围绕该阴极的周边 的一个套管。
9. 根据权利要求1所述的机器,其中该凹痕是在该工件壁内的一 个凹穴,该入口通道是在该凹穴的一个侧面上的一个缝隙,并且该出 口通道是在该凹穴的相对侧面上的一个缝隙,这样电解质可以从该凹 穴的 一个侧面引入该空隙并且从该凹穴的相对侧面排出。
10. 根据权利要求1所述的机器,其中该阴极是可移动地附装到该 上台板上,这样可以安装不同的阴极以容纳不同形状的多个凹痕。
11. 根据权利要求1所述的机器,其中该上台板是可滑动地进行安 装以便在该第 一 位置与该第二位置之间移动。
12. 根据权利要求1所述的机器,其中使该上台板以及该下台板与 附接到二者上的这些阳极以及这些阴极电气绝缘。
13. 根据权利要求1所述的机器,进一步包括围绕每个阴极以及入 口通道的柔性非多孔材料,其中这种材料被被适配为配合抵靠在该工 件上,以便在该上台板与该工件之间提供一种不透水的密封。
14. 根据权利要求1所述的机器,其中这些阳极靭从离开该工件空 间的一个第一位置可移动至该工件空间内的一个第二位置,这样这些 靴将会接触安装在该工件空间内的 一个工件。
15. 根据权利要求1所述的机器,其中该下台板是可转位的,这样 具有多个凹痕的一个工件可以被旋转以便将不同的凹痕与该阴极对齐。
16. 根据权利要求1所述的机器,进一步包括用于在电解质已经 通过在该阴极与该阳极之间的空隙后收集电解质的一个收集器箱。
17. 对一个铝工件的壁内具有已知几何结构的多个凹痕进行电化 学抛光的一种方法,其中一个工件空间限定了在该机器内一个工件将 会占据的空间,并且其中该方法包括以下步骤a) 将一个铝工件安装在一个台板上;b) 将至少一个阳极附接到该工件上;c) 将至少一个阴极定位在该工件的一个凹痕内,由此限定在该 阴极与该阳极之间的 一个空隙;d) 在该空隙内引入一个电解质流;e) 在该阴极与该阳极之间引入电流;并且f) 使该电流形成脉冲以容许该流动的电解质沖刷该凹痕表面。
18. 根据权利要求17所述的方法,其中该工件是一个轮。
19. 根据权利要求17所述的方法,其中使该电流形成脉沖的步骤 是一个两步的过程,其中在一个加工步骤中该电流是较大的以除去实 质性量的物质而在一个随后的抛光步骤中该电流是较小的以除去一个 实质上较小量的物质。
20. 根据权利要求19所述的方法,其中用于该加工步骤的电流是大约50毫秒的导通并且25毫秒的关断。
21. 根据权利要求19所述的方法,其中用于该抛光步骤的电流是 大约40毫秒的导通并且20毫秒的关断。
22. 根据权利要求17所述的方法,其中该电流是在大约4,000安培 与15,000安培之间并且电压是在大约0伏特与30伏特之间的直流电 压。
23. 根据权利要求17所述的方法,其中使电流形成脉冲的速率为 在大约20至50毫秒之间的导通并且在大约8至35毫秒之间的关断。
24. 根据权利要求17所述的方法,其中该电解质流在25至55加 仑/分钟的范围内。
25. 根据权利要求18所述的方法,其中对于具有20英寸直径的一 个轮,该流速是在45至50加仑/分钟之间。
26. 根据权利要求18所述的方法,其中对于具有18英寸直径的一 个轮,该流速是在30至35加仑/分钟之间。
27. 根据权利要求17所述的方法,其中对该电解质进行再循环以 提供该空隙内的电解质。
28. 根据权利要求17所述的方法,其中在再循环之前对该电解质 进行过滤以除去残渣。
29. 根据权利要求17所述的方法,其中该电解质的温度是维持在 68至77华氏度之间。
30. 对一个铝工件的壁内已知的几何结构的凹痕进行电化学抛光 的一种方法,其中一个工件空间在该机器内限定了一个工件将会占据 的空间,并且其中该方法包括以下步骤a)将一个铝工件安装在一个台板上;b) 将至少一个阳极附接到该工件上;c) 将至少一个阴极定位在该工件内的凹痕中,由此限定在该阴 才及和该阳极之间的 一个空隙;d) 将一个电解质流引入该空隙内电解质;并且e) 将一个脉沖电流引入该阴极和该阳极之间,其中该电流在一个预定的期间上导通以便将该工件凹痕抛光、并且然后在一个预定的 较短期间上关断以便容许该流动的电解质沖刷该凹痕表面。
全文摘要
用于对一个铝工件(例如一个轮)壁内的凹痕进行电化学抛光的一种机器具有附接到上台板上的一个阴极。该工件被安装在作为阳极的一个下台板上。将电解质通过该阴极和该阳极之间同时施加一个电流,该电流通过阴极和阳极。使电流选择性地成为脉动以使抛光作用最大化但同时容许冲刷掉残余物质并且冷却该阴极以及该工件。
文档编号B23H9/12GK101505901SQ200780031366
公开日2009年8月12日 申请日期2007年8月24日 优先权日2006年8月24日
发明者H·吉赛尔, J·科罗斯肯伊, S·J·科马蒂 申请人:美国挤压研磨公司