制造電化學(xué)加工用工具的方法以及用該方法制造的工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造電化學(xué)加工用的工具的方法以及用該方法制造的工具，尤其是涉及一種制造型管電解加工鉆孔用的工具的方法以及用該方法制造的工具。
【背景技術(shù)】
[0002]電化學(xué)加工是用電化學(xué)力代替機械力來從工件上去除材料，其被廣泛用來在一些難以加工的導(dǎo)電工件/部件上鉆孔。作為電化學(xué)加工的一種形式，型管電解加工(shaped-tube electrolytic machining, STEM)鉆孔是一種不接觸的電化學(xué)鉆孔工藝，其用施加了電壓的空電極(管型電極)去除材料，可用來產(chǎn)生高深寬比結(jié)構(gòu)的孔。STEM鉆孔技術(shù)可用來在導(dǎo)電工件上鉆出又小又深的孔，被用來加工渦輪葉片上的冷卻空氣孔。
[0003]一般地，用于STEM工藝的型管電極會在其外側(cè)面形成一層樹脂類型或聚合物類型涂層，來獲得電絕緣性能和更好的耐腐蝕性能。而型管電極的前端面被用作陰極加工工具，其上沒有涂層，直接暴露于電解液。在STEM鉆孔過程中，在型管電極的前端區(qū)域發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的氫會降低涂層的結(jié)合力，破壞涂層粘附作用，導(dǎo)致附著失敗，尤其是對于在有氫存在的情況下會發(fā)生氧化的陰極材料而言，所述附著失敗的情況會發(fā)生得更加迅速。此外，電解液高速沖液導(dǎo)致電極前端區(qū)域的涂層結(jié)合力降低，而電極前端區(qū)域附近，在電極與其所鉆的孔之間相互作用之處常發(fā)生涂層刮擦，導(dǎo)致所述電極前端區(qū)域的涂層很容易剝落。當(dāng)所述型管電極用來鉆很深的孔時，涂層甚至可能從所述電極表面脫落下來。所述毀壞和剝落，可能導(dǎo)致工藝過程不穩(wěn)定，所鉆的孔質(zhì)量不合格，甚至?xí)?dǎo)致管型電極發(fā)生彎曲和鉆孔失敗。因此，為了解決這個問題，需要提供一種具有抗剝落涂層的STEM電極。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一方面涉及一種制造型管電解加工用的管型電極的方法。在該方法中，提供了由導(dǎo)電材料制成的管，然后在所述管的外側(cè)面上形成電絕緣層。該形成電絕緣層的步驟包括以下兩個步驟中的至少一個:至少在所述管的外側(cè)面的靠近前端的區(qū)域上用微弧氧化法形成陶瓷涂層；至少在所述管的外側(cè)面的靠近前端的區(qū)域上用下述方法形成搪瓷涂層。該形成搪瓷涂層的方法包括:通過噴涂、刷涂或浸潰的方法將包括搪瓷和粘合劑的漿料至少涂覆于所述管的外側(cè)面的靠近前端的區(qū)域，然后在300攝氏度到1000攝氏度之間的溫度下加熱所述漿料使其擴散。
[0005]本發(fā)明的另一方面涉及一種用于型管電解加工的管型電極。該管型電極包括:由導(dǎo)電材料制成的管、以及在所述管的外側(cè)面上形成的電絕緣層。該電絕緣層包括至少位于所述管的外側(cè)面的靠近前端的區(qū)域上的用微弧氧化法形成的陶瓷涂層和用下述方法形成的搪瓷涂層中的至少一個。其中形成搪瓷涂層的方法包括:通過噴涂、刷涂或浸潰的方法將包括搪瓷和粘合劑的漿料至少涂覆于所述管的外側(cè)面的靠近前端的區(qū)域，然后在300攝氏度到1000攝氏度之間的溫度下加熱所述漿料使其擴散。
【附圖說明】
[0006]通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實施例進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0007]圖1中的示意圖顯示了用一種示例性的型管電解加工(STEM)鉆孔系統(tǒng)在工件上加工小徑深孔的情況。
[0008]圖2中的示意圖顯示了 STEM鉆孔用的一個示例性的管型電極的前端附近部分。
[0009]圖3是STCM鉆孔用的一個示例性的管型電極的橫截面示意圖。
【具體實施方式】
[0010]除非另作定義，權(quán)利要求書和說明書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請說明書以及權(quán)利要求書中使用的“一個”或者“一”等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮愃频脑~語意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件?！斑B接”或者“相連”等類似的詞語可包括物理的或者機械的連接，也可包括電氣的連接，不管是直接的還是間接的。
[0011]本文中所使用的近似性的語言可用于定量表述，表明在不改變基本功能的情況下可允許數(shù)量有一定的變動。因此，用“大約”、“左右”等語言所修正的數(shù)值不限于該準(zhǔn)確數(shù)值本身。在一些實施例中，“大約”或“約”表示允許其修正的數(shù)值在正負(fù)百分之十(10%)的范圍內(nèi)變化，比如，“約100”表示的可以是90到110之間的任何數(shù)值。此外，在“大約第一數(shù)值到第二數(shù)值”的表述中，大約同時修正第一和第二數(shù)值兩個數(shù)值。在某些情況下，近似性語言可能與測量儀器的精度有關(guān)。
[0012]本發(fā)明實施例涉及型管電解加工(STEM)鉆孔、STEM鉆孔工具、以及制造STEM鉆孔工具的方法。如圖1所示，在一種示例性的STEM鉆孔過程中，可用管型電極102在工件104上加工小徑深孔。所述管型電極102用夾持裝置106夾持，其中該夾持裝置106還可作為電源連接器，接于電源108的陰極。電源108的陽極連接于工件104。所述管型電極102是長的，具有兩個縱長端，其中前端作用于被鉆孔的工件104，另一端(尾端)連接于電解液歧管110。該電解液歧管110通過泵114與電解液槽112相連，以通過所述泵114從所述電解液槽112向所述電解液歧管110提供加壓的電解液。所述管型電極102內(nèi)有電解液通道116，用來讓電解液從所述電解液歧管110流到管型電極102與工件104相互作用的電極前端。用驅(qū)動裝置118來驅(qū)動所述管型電極102動作。在驅(qū)動裝置118和連接于管型電極102的電解液歧管110之間可設(shè)置一個連接機構(gòu)120來實現(xiàn)驅(qū)動裝置118和管型電極102之間的剛性連接，以使驅(qū)動裝置118能驅(qū)動電極準(zhǔn)確進(jìn)給。用控制裝置122來控制所述STEM鉆孔過程，所述控制裝置122為驅(qū)動裝置118提供進(jìn)給控制，為泵114和電解液槽112提供壓力和電解液條件控制，為電源108提供功率調(diào)節(jié)器控制。為了防止所述長的管型電極102在STEM鉆孔過程中發(fā)生偏移，可在工件104和夾持裝置106之間設(shè)置一個可拆卸的導(dǎo)套124，用來引導(dǎo)管型電極102的運動。
[0013]在本發(fā)明的一些實施例中，所述管型電極102長達(dá)1000毫米或更長，且其口徑可小于2毫米，比如，約為1.6毫米或更小，因此，通過該管型電極102可加工獲得深寬比高達(dá)300:1或更高的孔。
[0014]如圖2所示，一般地，所述管型電極102為外側(cè)面上覆有電絕緣層132的導(dǎo)電管130。在STEM鉆孔的過程中，從電解液通道116流出的電解液沖刷所述管型電極102的沒有覆蓋電絕緣層的前端面134、以及位于該前端面上的電絕緣層和管型電極基體的連接處136。
[0015]在本發(fā)明的實施例中，以數(shù)十微米厚度的陶瓷或搪瓷涂層為所述管型電極的電絕緣層。其中所述陶瓷或搪瓷涂層的厚度可以是大于10微米，或進(jìn)一步地，大于30微米，或更進(jìn)一步地，大于50微米。所述陶瓷或搪瓷涂層通過一定方法制成，不僅能提供好的電絕緣性能和可靠的抗腐蝕性能，涂層與基體的結(jié)合力也好，表面質(zhì)量硬且平滑，這可確保電極前端部分的陶瓷或搪瓷涂層能耐受電解液的強力沖刷、以及電極與其所鉆的孔的內(nèi)壁之間頻繁的刮擦，而不會從電極基體上剝落下來。
[0016]其中，所述陶瓷涂層是通過微弧氧化(micro arc oxidat1n,MAO)法獲得的,所述搪瓷涂層是通過以下方法獲得的:將包括搪瓷和粘合劑的漿料通過噴涂、刷涂或浸潰的方法覆于基體的表面，在約300至1000攝氏度的溫度下加熱所述漿料使其擴散。微弧氧化法和前述制備搪瓷涂層的方法都是有成本效益的涂層制備方法，所述用微弧氧化法制得的陶瓷涂層和用前述方法制得的搪瓷涂層是堅硬致密的涂層，有極好的抗化學(xué)腐蝕性能和低孔隙度，用于需要持續(xù)幾個小時才能完成一次鉆的STEM深孔加工過程時，可給STEM電極提供極好的抗刮擦性能。
[0017]在本發(fā)明的一個方面，提供了一種制造STCM鉆孔用的管型電極的方法。在該方法中，先提供一個導(dǎo)電管，然后在該管的外側(cè)面上形成電絕緣層。在所述在管的外側(cè)面上形成電絕緣層的步驟中，至少在管的外側(cè)面的靠近管的的前端的區(qū)域通過微弧氧化法形成陶瓷涂層或是通過以下方法形成搪瓷涂層:將包括搪瓷和粘合劑的漿料通過噴涂、刷涂或浸潰的方法覆于基體的表面，在約300至1000攝氏度的溫度下加熱所述漿料使其擴散。通常所述粘合劑為有機材料。
[0018]所述導(dǎo)電管可用不同的導(dǎo)電材料制成，如可用來制STEM電極的金屬材料，包括但不限于鈦(Ti)、銅(Cu)和不銹鋼。所述管可能足夠細(xì)長，以在導(dǎo)電材料上加工深寬比高于100:1或甚至高于300:1的小徑深孔。
[0019]所述管的外側(cè)面是指管的外周面，外側(cè)面的靠近前端的區(qū)域是指靠近管的前端的一截外側(cè)面，其自管的前端開始，在管內(nèi)流過的電解液的流動方向上有一定的長度(L，如圖2所示)。所述長度L可以占管的總長度的0.5-10%，或進(jìn)一步地，0.5-5%，或更進(jìn)一步地，0.5-3%。在一些實施例中，所述長度L在約5毫米到100毫米的范圍內(nèi)，或進(jìn)一步地，在約5毫米到50毫米的范圍內(nèi)，或更進(jìn)一步地，在約5毫米到30毫米的范圍內(nèi)。
[0020]為了防止所述細(xì)長的STEM管型電極的前端在其所加工的孔內(nèi)發(fā)生抖動，可在所述管的外側(cè)面上設(shè)置穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。所述穩(wěn)定結(jié)構(gòu)可以是凸出于所述管的外側(cè)面的一種結(jié)構(gòu)，或更適宜的，是凸出于所述管的外側(cè)面的靠近前端的區(qū)域的一種結(jié)構(gòu)。