專(zhuān)利名稱(chēng)：一種零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電解加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工的工具陰極。
背景技術(shù)：
目前，應(yīng)用表明，微細(xì)凹坑、凹槽等表面織構(gòu)能夠存儲(chǔ)潤(rùn)滑液、容納磨屑、減少表面吸附力、在金屬零件內(nèi)孔壁產(chǎn)生紊流結(jié)構(gòu)，從而起到減小摩擦、避免表面粘附、增強(qiáng)換熱通道的傳熱性能。目前，尺寸為數(shù)微米至數(shù)百微米的微小凹坑狀的表面織構(gòu)已成功地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)硬盤(pán)、機(jī)械動(dòng)密封、滑動(dòng)軸承等摩擦表面以及預(yù)熱器、冷凝器、換熱器等換熱通道內(nèi)壁紊流結(jié)構(gòu)。然而，零件內(nèi)孔壁面凹坑結(jié)構(gòu)的加工，尤其是微尺度范圍內(nèi)，卻是制造業(yè)的難題。目前，金屬零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑結(jié)構(gòu)的加工方法有以下幾種(1)自激振動(dòng)加工表面微坑超聲加工裝置裝在車(chē)床的拖板上，被加工摩擦副零件(例如缸套)裝在機(jī)床主軸上且以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，微坑超聲加工裝置可沿軸向和橫向方向進(jìn)給，通過(guò)橫向進(jìn)給控制微坑的深度，通過(guò)超聲換能器推動(dòng)變幅桿給工具頭施加超聲振動(dòng)，依靠振動(dòng)沖擊在缸套工作表面形成具有一定分布規(guī)律和一定尺寸參數(shù)的相互獨(dú)立的微坑。該方法必須具備振型關(guān)聯(lián)顫振或再生型顫振的條件，否則很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)自激振動(dòng)。再者，無(wú)法采用高密度、高效率的矩陣型非切削工具頭，加工效率低。(2)激光珩磨該方法是根據(jù)實(shí)際需要，采用具有特定能量密度的激光束，有目的地在工件待加工表面上加工出均勻連續(xù)、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(yīng)力小、無(wú)需冷卻、對(duì)環(huán)境污染小。然而，需要通過(guò)粗珩、激光造型與精珩三道工序，工藝繁瑣，且激光對(duì)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，激光珩磨設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜、維修困難、微坑加工成本高。( 電解加工該方法是基于通電狀態(tài)下金屬材料發(fā)生電化學(xué)溶解原理，利用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的工具電極，控制加工電壓、加工時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)微坑結(jié)構(gòu)的加工，不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力和變形，加工表面質(zhì)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(jié)構(gòu)的制作卻是其核心難題。2008年9月10日提出申請(qǐng)的中國(guó)專(zhuān)利CN10125卯49A 揭露了一種小孔徑內(nèi)壁面微細(xì)凹槽的電解加工工藝及裝置，其先采用紫外光掩膜固化技術(shù)，在導(dǎo)電金屬絲的外表面固化一層特定形狀的絕緣層，之后由顯影液將未固化部分去除形成裸露的導(dǎo)電層，最后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(dāng)?shù)慕饘?，最終得到絕緣段和導(dǎo)電段相間的成形工具陰極。2007年4月11日提出申請(qǐng)的中國(guó)專(zhuān)利CN1943951A揭露了一種肋化深小孔電解加工方法及專(zhuān)用工具陰極，其通過(guò)在金屬管外表面的凹槽內(nèi)涂覆環(huán)氧樹(shù)脂膠制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(guò)程制作過(guò)程復(fù)雜，且絕緣膠和導(dǎo)電體結(jié)合不夠牢固，電解過(guò)程中工具電極很容易發(fā)生膠膜脫落現(xiàn)象，造成電解無(wú)法進(jìn)行下去，甚至工件報(bào)廢，實(shí)用性不高。另外，由于被加工表面未采用屏蔽措施，電解加工過(guò)程易產(chǎn)生雜散腐蝕現(xiàn)象。2010年12月8日公告的中國(guó)專(zhuān)利CN101491851B揭露了一種金屬零件內(nèi)孔壁面紊流結(jié)構(gòu)的電化學(xué)加工工藝，其通過(guò)直接在零件內(nèi)孔壁面涂覆絕緣膠，將不需要加工部位屏蔽來(lái)實(shí)現(xiàn)零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑的電解加工，但這種方法極難在深孔壁面均勻可靠地涂覆粘結(jié)力強(qiáng)的、高結(jié)構(gòu)精度的電解加工用掩膜。上述電解加工用工具電極的制作工藝中的不足大大限制了其在工業(yè)中的推廣應(yīng)用。 因此，開(kāi)發(fā)出一種制作工藝簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、電解加工過(guò)程雜散腐蝕小的適合于零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工的專(zhuān)用電極具重要現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適于零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工的專(zhuān)用工具陰極。一種零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極，其中包括電絕緣體、導(dǎo)電體、前管頭、后管頭，電絕緣體呈管狀，電絕緣體的外壁規(guī)格與待加工的零件內(nèi)孔規(guī)格相配合，電絕緣體的外壁與待加工的零件內(nèi)孔壁相貼近并能自由穿入取出，電絕緣體采用彈性材料，電絕緣體上設(shè)置有用于電解液通過(guò)的鏤空孔群；導(dǎo)電體沿軸向穿設(shè)于電絕緣體內(nèi)，導(dǎo)電體外壁與電絕緣體內(nèi)壁之間存在間隙；前管頭與后管頭結(jié)構(gòu)相同，均包括一錐筒狀外殼和一導(dǎo)電體固定管，錐筒狀外殼與導(dǎo)電體固定管同軸設(shè)置，錐筒狀外殼內(nèi)壁與導(dǎo)電體固定管外壁之間由支撐輻條支撐固定，導(dǎo)電體兩端分別配合穿設(shè)于前管頭、后管頭的導(dǎo)電體固定管內(nèi)；前管頭、后管頭的錐筒狀外殼的小頭可拆卸地嵌設(shè)于電絕緣體的前、后端部?jī)?nèi)，前管頭和后管頭的錐筒狀外殼與電絕緣體的前后端部緊密嵌合。所述的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極，其中電絕緣體呈圓管狀。所述的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極，其中導(dǎo)電體為棒狀或管狀。所述的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極，其中導(dǎo)電體外壁與電絕緣體內(nèi)壁之間的間隙不小于1毫米。所述的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極，其中前管頭、后管頭的外殼采用尼龍材料。所述的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極，其中前管頭、后管頭的外殼采用TVP聚酯材料。所述的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極，其中前管頭、后管頭的外殼采用TPEE聚酯材料。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后將達(dá)到如下的技術(shù)效果
本發(fā)明的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極，將電絕緣體插入待加工零件內(nèi)孔內(nèi)，將導(dǎo)電體插入電絕緣體，前、后管頭分別插入電絕緣體前、后端部嵌合，導(dǎo)電體嵌入前、后管頭上導(dǎo)電體固定管內(nèi)固定，相向推壓前、后管頭，通過(guò)前、后管頭的擠壓力把絕緣體管壁緊緊壓在工件的內(nèi)孔壁上，以防止電解加工時(shí)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(guò)前管頭的外殼與導(dǎo)電體之間的支撐輻條間隙通入，電解液再通過(guò)后管頭的外殼與導(dǎo)電體之間的支撐輻條間隙流出。如上，本發(fā)明技術(shù)方案的特點(diǎn)如下
(1)本發(fā)明利用彈性電絕緣體受前、后管頭的相向壓力以及加工時(shí)內(nèi)部電解液壓力作用而脹大的特性，將待加工零件內(nèi)孔壁表面不需要加工的區(qū)域進(jìn)行屏蔽，因此不需要涂膠、 曝光等繁瑣工序，制作過(guò)程簡(jiǎn)單，且本發(fā)明的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極可重復(fù)使用，降低了零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工工具陰極生產(chǎn)成本和周期，提高了加工效率；
(2)通過(guò)控制本發(fā)明的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極上鏤空孔群的形狀和布排方式，可以電解出復(fù)雜形狀和多種布排方式的微細(xì)凹坑；
(3)本發(fā)明可加工的零件內(nèi)孔深度不受限制，可用于深孔的壁面微細(xì)凹坑電解加工。綜上分析，本發(fā)明的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極制作簡(jiǎn)單、可重復(fù)使用，降低了零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工工具陰極的加工成本和周期，提高了零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工的生產(chǎn)效率和可操作性，更有利于實(shí)現(xiàn)零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工的工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極的具有局部剖視的結(jié)構(gòu)
圖2是本發(fā)明的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極對(duì)零件內(nèi)孔加工時(shí)的裝配原理圖。圖中標(biāo)號(hào)名稱(chēng)1電絕緣體，2導(dǎo)電體，3輪轂，4輪輻，5前管頭，6后管頭，7正在進(jìn)行加工的零件。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一種零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極，如圖1，包括電絕緣體 1、導(dǎo)電體2、前管頭5、后管頭6，電絕緣體1呈管狀，電絕緣體1的外壁規(guī)格與待加工的零件內(nèi)孔規(guī)格相配合，電絕緣體1的外壁與待加工的零件內(nèi)孔壁相貼近并能自由穿入取出， 電絕緣體1采用彈性材料，電絕緣體1上設(shè)置有用于電解液通過(guò)的鏤空孔群；導(dǎo)電體2沿軸向穿設(shè)于電絕緣體1內(nèi)，導(dǎo)電體2外壁與電絕緣體1內(nèi)壁之間存在間隙；前管頭5與后管頭 6結(jié)構(gòu)相同，均包括一錐筒狀外殼和一導(dǎo)電體固定管3，導(dǎo)電體固定管3也可稱(chēng)為輪轂，錐筒狀外殼與導(dǎo)電體固定管3同軸設(shè)置，錐筒狀外殼內(nèi)壁與導(dǎo)電體固定管3外壁之間由支撐輻條4支撐固定，導(dǎo)電體2兩端分別配合穿設(shè)于前管頭5、后管頭6的導(dǎo)電體固定管3內(nèi)可拆卸固定；前管頭5、后管頭6的錐筒狀外殼的小頭可拆卸地嵌設(shè)于電絕緣體1的前、后端部?jī)?nèi)，前管頭5和后管頭6的錐筒狀外殼與電絕緣體1的前、后端部緊密嵌合。本實(shí)施例中，電絕緣體1呈圓管狀，導(dǎo)電體2為棒狀或管狀，導(dǎo)電體2外壁與電絕緣體1內(nèi)壁之間的間隙不小于1毫米；前管頭5、后管頭6的外殼采用尼龍材料或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(nèi)徑為5mm、深為20mm的不銹鋼件內(nèi)孔壁面上加工直徑為0. 2mm、孔間距為0. 6mm的微細(xì)凹坑為例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的工作描述
根據(jù)待加工工件7的要求，制作出外徑為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(zhǎng)為22mm的管狀聚酰亞胺電絕緣體1。將電絕緣體1和直徑為3mm、長(zhǎng)為30mm的不銹鋼管導(dǎo)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和后管頭6分別置于工件7孔的兩端，并使前、后管頭5、6的外壁分別與絕緣體1的前、后內(nèi)管壁搭接、前后錐形管頭5和 6的輪轂3與導(dǎo)電體2同軸穿接。相向推壓前、后管頭5、6，以通過(guò)前、后管頭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(jìn)而防止電解加工時(shí)電解液從電絕緣體1和工件7孔壁之間的間隙流
出ο
經(jīng)前管頭5的輪輻4間隙通入電解液，并調(diào)節(jié)電解液自后管頭6流出的出口流量， 以調(diào)節(jié)電絕緣體1管壁的內(nèi)外壓差；當(dāng)電絕緣體1的管壁內(nèi)壓力大于其外壓力時(shí)，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(jìn)行電解加工。
權(quán)利要求
1.一種零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極，其特征在于包括電絕緣體、 導(dǎo)電體、前管頭、后管頭，電絕緣體呈管狀，電絕緣體的外壁規(guī)格與待加工的零件內(nèi)孔規(guī)格相配合，電絕緣體的外壁與待加工的零件內(nèi)孔壁相貼近并能自由穿入取出，電絕緣體采用彈性材料，電絕緣體上設(shè)置有用于電解液通過(guò)的鏤空孔群；導(dǎo)電體沿軸向穿設(shè)于電絕緣體內(nèi)，導(dǎo)電體外壁與電絕緣體內(nèi)壁之間存在間隙；前管頭與后管頭結(jié)構(gòu)相同，均包括一錐筒狀外殼和一導(dǎo)電體固定管，錐筒狀外殼與導(dǎo)電體固定管同軸設(shè)置，錐筒狀外殼內(nèi)壁與導(dǎo)電體固定管外壁之間由支撐輻條支撐固定，導(dǎo)電體兩端分別配合穿設(shè)于前管頭、后管頭的導(dǎo)電體固定管內(nèi)；前管頭、后管頭的錐筒狀外殼的小頭可拆卸地嵌設(shè)于電絕緣體的前、后端部?jī)?nèi)，前管頭和后管頭的錐筒狀外殼與電絕緣體的前后端部緊密嵌合。
2.如權(quán)利要求1所述的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極，其特征在于 電絕緣體呈圓管狀。
3.如權(quán)利要求2所述的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極，其特征在于 導(dǎo)電體為棒狀或管狀。
4.如權(quán)利要求3所述的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極，其特征在于 導(dǎo)電體外壁與電絕緣體內(nèi)壁之間的間隙不小于1毫米。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極， 其特征在于前管頭、后管頭的外殼采用尼龍材料。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極， 其特征在于前管頭、后管頭的外殼采用TVP聚酯材料。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極， 其特征在于前管頭、后管頭的外殼采用TPEE聚酯材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種零件內(nèi)孔壁面微細(xì)凹坑電解加工專(zhuān)用工具陰極，其電絕緣體呈管狀并采用彈性材料，電絕緣體上設(shè)置有用于電解液通過(guò)的鏤空孔群；導(dǎo)電體沿軸向穿設(shè)于電絕緣體內(nèi)，導(dǎo)電體外壁與電絕緣體內(nèi)壁之間存在間隙；前管頭與后管頭結(jié)構(gòu)相同，均包括一錐筒狀外殼和一導(dǎo)電體固定管，錐筒狀外殼與導(dǎo)電體固定管同軸設(shè)置，錐筒狀外殼內(nèi)壁與導(dǎo)電體固定管外壁之間由支撐輻條支撐固定，導(dǎo)電體兩端分別配合穿設(shè)于前管頭、后管頭的導(dǎo)電體固定管內(nèi)；前管頭、后管頭的錐筒狀外殼的小頭可拆卸地嵌設(shè)于電絕緣體的前、后端部?jī)?nèi)，前管頭和后管頭的錐筒狀外殼與電絕緣體的前后端部緊密嵌合。本發(fā)明的工具陰極可提高電解加工的生產(chǎn)效率和可操作性。
文檔編號(hào)B23H3/04GK102266989SQ201110224629
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者張明, 明平美, 李新華, 王文倩, 王艷麗, 許焱平 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)