一種零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極的製作方法
2023-05-29 15:49:41
專利名稱：一種零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極的製作方法
技術領域：
本發明涉及電解加工技術領域，尤其是一種用於零件內孔壁面微細凹坑電解加工的工具陰極。
背景技術：
目前，應用表明，微細凹坑、凹槽等表面織構能夠存儲潤滑液、容納磨屑、減少表面吸附力、在金屬零件內孔壁產生紊流結構，從而起到減小摩擦、避免表面粘附、增強換熱通道的傳熱性能。目前，尺寸為數微米至數百微米的微小凹坑狀的表面織構已成功地應用於計算機硬碟、機械動密封、滑動軸承等摩擦表面以及預熱器、冷凝器、換熱器等換熱通道內壁紊流結構。然而，零件內孔壁面凹坑結構的加工，尤其是微尺度範圍內，卻是製造業的難題。目前，金屬零件內孔壁面微細凹坑結構的加工方法有以下幾種(1)自激振動加工表面微坑超聲加工裝置裝在車床的拖板上，被加工摩擦副零件(例如缸套)裝在工具機主軸上且以一定的轉速旋轉，微坑超聲加工裝置可沿軸向和橫向方向進給，通過橫向進給控制微坑的深度，通過超聲換能器推動變幅杆給工具頭施加超聲振動，依靠振動衝擊在缸套工作表面形成具有一定分布規律和一定尺寸參數的相互獨立的微坑。該方法必須具備振型關聯顫振或再生型顫振的條件，否則很難實現穩態自激振動。再者，無法採用高密度、高效率的矩陣型非切削工具頭，加工效率低。(2)雷射珩磨該方法是根據實際需要，採用具有特定能量密度的雷射束，有目的地在工件待加工表面上加工出均勻連續、具有特定形狀、角度、深度、寬度、密度的凹腔、紋路、溝槽等。該加工方法工件熱應力小、無需冷卻、對環境汙染小。然而，需要通過粗珩、雷射造型與精珩三道工序，工藝繁瑣，且雷射對缸套材料有燒蝕和微觀汽化作用，造成材料性能的變化。另外，雷射珩磨設備昂貴、操作複雜、維修困難、微坑加工成本高。( 電解加工該方法是基於通電狀態下金屬材料發生電化學溶解原理，利用專門設計的工具電極，控制加工電壓、加工時間來實現微坑結構的加工，不會出現應力和變形，加工表面質量高，克服了上述兩種加工方法的缺陷。但是，電解加工所用的工具電極或掩膜結構的製作卻是其核心難題。2008年9月10日提出申請的中國專利CN10125卯49A 揭露了一種小孔徑內壁面微細凹槽的電解加工工藝及裝置，其先採用紫外光掩膜固化技術，在導電金屬絲的外表面固化一層特定形狀的絕緣層，之後由顯影液將未固化部分去除形成裸露的導電層，最後利用電鑄工藝在金屬絲裸露部分沉積一層與絕緣層厚度相當的金屬，最終得到絕緣段和導電段相間的成形工具陰極。2007年4月11日提出申請的中國專利CN1943951A揭露了一種肋化深小孔電解加工方法及專用工具陰極，其通過在金屬管外表面的凹槽內塗覆環氧樹脂膠製作出了成形工具陰極。該兩種方法存在的共同不足是工具電極過程製作過程複雜，且絕緣膠和導電體結合不夠牢固，電解過程中工具電極很容易發生膠膜脫落現象，造成電解無法進行下去，甚至工件報廢，實用性不高。另外，由於被加工表面未採用屏蔽措施，電解加工過程易產生雜散腐蝕現象。2010年12月8日公告的中國專利CN101491851B揭露了一種金屬零件內孔壁面紊流結構的電化學加工工藝，其通過直接在零件內孔壁面塗覆絕緣膠，將不需要加工部位屏蔽來實現零件內孔壁面微細凹坑的電解加工，但這種方法極難在深孔壁面均勻可靠地塗覆粘結力強的、高結構精度的電解加工用掩膜。上述電解加工用工具電極的製作工藝中的不足大大限制了其在工業中的推廣應用。 因此，開發出一種製作工藝簡單、實用性強、電解加工過程雜散腐蝕小的適合於零件內孔壁面微細凹坑電解加工的專用電極具重要現實意義。
發明內容
本發明的目的是提供一種適於零件內孔壁面微細凹坑電解加工的專用工具陰極。一種零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極，其中包括電絕緣體、導電體、前管頭、後管頭，電絕緣體呈管狀，電絕緣體的外壁規格與待加工的零件內孔規格相配合，電絕緣體的外壁與待加工的零件內孔壁相貼近並能自由穿入取出，電絕緣體採用彈性材料，電絕緣體上設置有用於電解液通過的鏤空孔群；導電體沿軸向穿設於電絕緣體內，導電體外壁與電絕緣體內壁之間存在間隙；前管頭與後管頭結構相同，均包括一錐筒狀外殼和一導電體固定管，錐筒狀外殼與導電體固定管同軸設置，錐筒狀外殼內壁與導電體固定管外壁之間由支撐輻條支撐固定，導電體兩端分別配合穿設於前管頭、後管頭的導電體固定管內；前管頭、後管頭的錐筒狀外殼的小頭可拆卸地嵌設於電絕緣體的前、後端部內，前管頭和後管頭的錐筒狀外殼與電絕緣體的前後端部緊密嵌合。所述的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極，其中電絕緣體呈圓管狀。所述的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極，其中導電體為棒狀或管狀。所述的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極，其中導電體外壁與電絕緣體內壁之間的間隙不小於1毫米。所述的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極，其中前管頭、後管頭的外殼採用尼龍材料。所述的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極，其中前管頭、後管頭的外殼採用TVP聚酯材料。所述的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極，其中前管頭、後管頭的外殼採用TPEE聚酯材料。本發明採用上述技術方案後將達到如下的技術效果
本發明的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極，將電絕緣體插入待加工零件內孔內，將導電體插入電絕緣體，前、後管頭分別插入電絕緣體前、後端部嵌合，導電體嵌入前、後管頭上導電體固定管內固定，相向推壓前、後管頭，通過前、後管頭的擠壓力把絕緣體管壁緊緊壓在工件的內孔壁上，以防止電解加工時電解液從電絕緣體和工件孔壁之間的間隙流出，電解液通過前管頭的外殼與導電體之間的支撐輻條間隙通入，電解液再通過後管頭的外殼與導電體之間的支撐輻條間隙流出。如上，本發明技術方案的特點如下
(1)本發明利用彈性電絕緣體受前、後管頭的相向壓力以及加工時內部電解液壓力作用而脹大的特性，將待加工零件內孔壁表面不需要加工的區域進行屏蔽，因此不需要塗膠、 曝光等繁瑣工序，製作過程簡單，且本發明的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極可重複使用，降低了零件內孔壁面微細凹坑電解加工工具陰極生產成本和周期，提高了加工效率；
(2)通過控制本發明的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極上鏤空孔群的形狀和布排方式，可以電解出複雜形狀和多種布排方式的微細凹坑；
(3)本發明可加工的零件內孔深度不受限制，可用於深孔的壁面微細凹坑電解加工。綜上分析，本發明的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極製作簡單、可重複使用，降低了零件內孔壁面微細凹坑電解加工工具陰極的加工成本和周期，提高了零件內孔壁面微細凹坑電解加工的生產效率和可操作性，更有利於實現零件內孔壁面微細凹坑電解加工的工業化生產。
圖1是本發明零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極的具有局部剖視的結構
圖2是本發明的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極對零件內孔加工時的裝配原理圖。圖中標號名稱1電絕緣體，2導電體，3輪轂，4輪輻，5前管頭，6後管頭，7正在進行加工的零件。
具體實施例方式
本發明的一種零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極，如圖1，包括電絕緣體 1、導電體2、前管頭5、後管頭6，電絕緣體1呈管狀，電絕緣體1的外壁規格與待加工的零件內孔規格相配合，電絕緣體1的外壁與待加工的零件內孔壁相貼近並能自由穿入取出， 電絕緣體1採用彈性材料，電絕緣體1上設置有用於電解液通過的鏤空孔群；導電體2沿軸向穿設於電絕緣體1內，導電體2外壁與電絕緣體1內壁之間存在間隙；前管頭5與後管頭 6結構相同，均包括一錐筒狀外殼和一導電體固定管3，導電體固定管3也可稱為輪轂，錐筒狀外殼與導電體固定管3同軸設置，錐筒狀外殼內壁與導電體固定管3外壁之間由支撐輻條4支撐固定，導電體2兩端分別配合穿設於前管頭5、後管頭6的導電體固定管3內可拆卸固定；前管頭5、後管頭6的錐筒狀外殼的小頭可拆卸地嵌設於電絕緣體1的前、後端部內，前管頭5和後管頭6的錐筒狀外殼與電絕緣體1的前、後端部緊密嵌合。本實施例中，電絕緣體1呈圓管狀，導電體2為棒狀或管狀，導電體2外壁與電絕緣體1內壁之間的間隙不小於1毫米；前管頭5、後管頭6的外殼採用尼龍材料或TVP (聚氨酯彈性體)、TPEE (熱塑性聚酯彈性體)等聚酯材料。如圖2，以在內徑為5mm、深為20mm的不鏽鋼件內孔壁面上加工直徑為0. 2mm、孔間距為0. 6mm的微細凹坑為例，對本發明技術方案作進一步詳細的工作描述
根據待加工工件7的要求，製作出外徑為4. 9mm、貫穿群孔直徑為0. 18mm、孔間距為 0. 6mm、管壁厚度為0. 1mm、長為22mm的管狀聚醯亞胺電絕緣體1。將電絕緣體1和直徑為3mm、長為30mm的不鏽鋼管導電體2配合插入待加工工件 7的孔中。將錐度為1 10、大徑為5. 3mm、高為8mm的前管頭5和後管頭6分別置於工件7孔的兩端，並使前、後管頭5、6的外壁分別與絕緣體1的前、後內管壁搭接、前後錐形管頭5和 6的輪轂3與導電體2同軸穿接。相向推壓前、後管頭5、6，以通過前、後管頭5、6的擠壓力把電絕緣體1管壁緊緊壓在工件7的孔壁上，進而防止電解加工時電解液從電絕緣體1和工件7孔壁之間的間隙流
出ο
經前管頭5的輪輻4間隙通入電解液，並調節電解液自後管頭6流出的出口流量， 以調節電絕緣體1管壁的內外壓差；當電絕緣體1的管壁內壓力大於其外壓力時，電絕緣體 1的管壁不斷彈性脹大，直到與零件7的孔壁緊密貼合。接通電源，便可以利用此工具電極進行電解加工。
權利要求
1.一種零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極，其特徵在於包括電絕緣體、 導電體、前管頭、後管頭，電絕緣體呈管狀，電絕緣體的外壁規格與待加工的零件內孔規格相配合，電絕緣體的外壁與待加工的零件內孔壁相貼近並能自由穿入取出，電絕緣體採用彈性材料，電絕緣體上設置有用於電解液通過的鏤空孔群；導電體沿軸向穿設於電絕緣體內，導電體外壁與電絕緣體內壁之間存在間隙；前管頭與後管頭結構相同，均包括一錐筒狀外殼和一導電體固定管，錐筒狀外殼與導電體固定管同軸設置，錐筒狀外殼內壁與導電體固定管外壁之間由支撐輻條支撐固定，導電體兩端分別配合穿設於前管頭、後管頭的導電體固定管內；前管頭、後管頭的錐筒狀外殼的小頭可拆卸地嵌設於電絕緣體的前、後端部內，前管頭和後管頭的錐筒狀外殼與電絕緣體的前後端部緊密嵌合。
2.如權利要求1所述的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極，其特徵在於 電絕緣體呈圓管狀。
3.如權利要求2所述的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極，其特徵在於 導電體為棒狀或管狀。
4.如權利要求3所述的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極，其特徵在於 導電體外壁與電絕緣體內壁之間的間隙不小於1毫米。
5.如權利要求1或2或3或4所述的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極， 其特徵在於前管頭、後管頭的外殼採用尼龍材料。
6.如權利要求1或2或3或4所述的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極， 其特徵在於前管頭、後管頭的外殼採用TVP聚酯材料。
7.如權利要求1或2或3或4所述的零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極， 其特徵在於前管頭、後管頭的外殼採用TPEE聚酯材料。
全文摘要
本發明提供了一種零件內孔壁面微細凹坑電解加工專用工具陰極，其電絕緣體呈管狀並採用彈性材料，電絕緣體上設置有用於電解液通過的鏤空孔群；導電體沿軸向穿設於電絕緣體內，導電體外壁與電絕緣體內壁之間存在間隙；前管頭與後管頭結構相同，均包括一錐筒狀外殼和一導電體固定管，錐筒狀外殼與導電體固定管同軸設置，錐筒狀外殼內壁與導電體固定管外壁之間由支撐輻條支撐固定，導電體兩端分別配合穿設於前管頭、後管頭的導電體固定管內；前管頭、後管頭的錐筒狀外殼的小頭可拆卸地嵌設於電絕緣體的前、後端部內，前管頭和後管頭的錐筒狀外殼與電絕緣體的前後端部緊密嵌合。本發明的工具陰極可提高電解加工的生產效率和可操作性。
文檔編號B23H3/04GK102266989SQ201110224629
公開日2011年12月7日 申請日期2011年8月8日 優先權日2011年8月8日
發明者張明, 明平美, 李新華, 王文倩, 王豔麗, 許焱平 申請人:河南理工大學