CN103084677B - 一种用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置，工具阴极为设置有进液孔和出液孔的中空滚筒，工件阳极同轴线、非接触地套设在工具阴极外部，工具阴极与工件阳极之间形成的圆环形空腔两端通过电绝缘动密封件动密封，工具阴极的两端分别连接电解液循环过滤单元，电解加工电源的正极与负极分别连接工件阳极和工具阴极，工件阳极下方平行设置的两个托辊与工件阳极线接触，托辊由动力源单元驱动。本发明利用两个平行托辊对大长径比薄壁圆筒工件进行稳定可靠的支撑和定位，工件变形小，且工件阳极在加工过程中始终处于转动中，工件阳极小孔内的电解液可在重力的作用下自行下落，有利于盲孔内电解产物排除及小孔内电解液的更新。

Description

一种用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置

技术领域

本发明涉及一种电解加工装置，尤其涉及一种用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置。

背景技术

目前, 在冶金、化工、粉体、生物医药、汽车、采矿、食品饮料、机械、纺织、造纸、油气与水处理、航空航天等领域常常应用到物质的过滤和筛分工艺环节。过滤与筛分的应用效果很大程度上取决于滤(筛) 网片的技术性能指标。应用实践表明：具有双面喇叭形孔截面的滤(筛) 网片，具有滤网表面的堆积压力小、易卸渣和清洗、不易堵塞、过滤周期和使用寿命长、易维护等优点，是高性能精细滤(筛) 网片新的发展动向。然而，双面喇叭形截面网孔的成型具有很大的技术难度。

申请号为CN201110200283.0的《一种喇叭形微小孔阵列电铸成形用芯模的制造方法》专利公开了一种直接利用电铸加工工艺获得单面喇叭孔型微小孔阵列的加工方法。由于电铸加工中需要进行涂覆光刻胶、曝光、去胶等复杂繁琐的工艺，加工效率低，生产成本高，不利于实现喇叭形孔截面群孔的一次性成型和批量化生产，且该专利只能实现单面喇叭形阵列。

为解决双面喇叭形孔阵列的加工，申请号为CN201210233224.8的《一种双面外扩形金属微小孔阵列加工方法》专利公开了一种基于在惰性金属贯穿孔阵列薄板上实施电铸—电解组合工艺来制造双面外扩形金属微小孔阵列加工方法，具体为：通过电铸工艺步骤形成一面缩孔形弧面外扩特征，然后再通过电解工艺步骤形成另一面凹坑形弧面外扩特征，从而获得网孔进出口均为外扩形金属微小孔阵列的结构，该方法能低成本的制造出同时具备小孔径(宽)、高开孔率、大厚度等特性的金属微小孔阵列，且工艺简单，实施容易。这种通过电铸加工与电解加工相结合共同获得进出口均为外扩形金属微小孔阵列的方法是金属孔阵列制造的一个新突破。在具体的实现过程中，对于平面结构，不管是进行电铸工艺步骤还是电解工艺步骤，无需特殊或专用装置就可实现。但是，对于在薄壁圆筒体上形成双向喇叭形孔阵列结构，尤其是大长径比的圆筒体，由于其壁薄，长径比大，易变形，且不易夹持固定，其在工艺实施过程中的安装定位具有一定难度。如专利《一种双面外扩形金属微小孔阵列加工方法》中公开的电铸工艺环节，由于是在特定惰性金属圆筒体的外壁面上进行电沉积，可以通过在对圆筒体加装支撑体等方式克服它们在工艺实施过程中存在的安装、固定和定位问题。但对于电解工艺步骤，由于需在薄壁圆筒体的内部来实现安设工具阴极、保持均匀的小加工间隙、开设合理的电解液流道等必需条件和良好的工艺环境，难度很大，现有的电解装置或常规的改造设备都无法满足其应用要求，需开发一种专门用于在薄壁圆筒工件上电解加工双面喇叭孔阵列的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置，适用于大长径比的薄壁圆筒型工件电解加工，能够解决大长径比的薄壁圆筒型工件在加工过程中不易夹持固定、易变形、稳定工艺条件难以实现的问题。

本发明采用下述技术方案：

一种用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置，包括工具阴极、外表面设置有电绝缘胶膜的工件阳极、驱动工具阴极旋转的驱动装置、电解加工电源和电解液循环过滤单元，所述的工具阴极为设置有进液孔和出液孔的中空滚筒，工件阳极同轴线、非接触地套设在工具阴极外部，工具阴极与工件阳极之间形成的圆环形空腔两端通过电绝缘动密封件动密封，工具阴极的两端分别连接电解液循环过滤单元，电解加工电源的正极与负极分别连接工件阳极和工具阴极，工件阳极下方平行设置的两个托辊与工件阳极线接触，托辊由动力源单元驱动。

所述的工具阴极外表面设置有一条或多条螺旋形凸起。

所述的工具阴极外表面设置的螺旋形凸起与工件阳极内壁件的空隙为0.1mm-3mm。

所述的工具阴极旋转方向与工具阴极外表面设置的螺旋形凸起旋向相同。

所述的两个托辊分别由动力源单元驱动匀速转动，速度相同，旋转方向均与工具阴极的旋转方向相反。

所述的两个托辊由耐酸碱腐蚀的电绝缘材料制成，尺寸相同。

所述的电绝缘动密封件外侧设置有压紧装置。

所述的两个电绝缘动密封件之间的工具阴极左右两侧沿圆周表面分别均匀设置有多个进液孔和出液孔，且进液孔和出液孔与电绝缘动密封件的距离为1mm-2mm。

所述的两个托辊之间的距离可调，工件阳极与两个托辊在同一平面截面的圆心夹角大于0度小于180度。

所述的电解加工电源的正极与负极分别通过引电装置连接工件阳极和工具阴极。

本发明利用两个平行托辊对大长径比薄壁圆筒工件进行稳定可靠的支撑和定位，工件变形小，且工件阳极在加工过程中始终处于转动中，各向各处受力均匀，工艺条件稳定，工件阳极小孔内的电解液可在重力的作用下自行下落，有利于盲孔内电解产物排除及小孔内电解液的更新。本发明进一步利用工具阴极外表面设置的螺旋形凸起推动电解液向前快速移动，加快了电解液的流动与更新，同时对电解液产生一个涡旋力，进而冲刷加工间隙和加工区域，促进了电解产物的快速排出。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的三维剖视图；

图3为本发明所述工具阴极的半剖视图；

图4为工件阳极与两个托辊在同一平面截面的圆心夹角的示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明包括工具阴极8、外表面设置有电绝缘胶膜的工件阳极3、驱动工具阴极8旋转的驱动装置2、电解加工电源13和电解液循环过滤单元15。工具阴极8为设置有进液孔9和出液孔6的中空滚筒，且工具阴极8外表面设置有一条或多条螺旋形凸起11，工件阳极3同轴线、非接触地设置在工具阴极8外部，工具阴极8外表面设置的螺旋形凸起11与工件阳极3内壁间的空隙为0.1mm-3mm，工具阴极8与工件阳极3之间形成的圆环形空腔7两端通过电绝缘动密封件5-1、5-2动密封，电绝缘动密封件5-1、5-2外侧设置有压紧装置4-1、4-2，压紧装置4-1、4-2可采用紧定套。两个电绝缘动密封件5-1、5-2之间的工具阴极8左右两侧沿圆周表面分别均匀设置有多个进液孔9和出液孔6，且进液孔9和出液孔6与电绝缘动密封件5-1、5-2的距离为1mm-2mm。工具阴极8旋转方向与工具阴极8外表面设置的螺旋形凸起11旋向相同。

工具阴极8的两端分别连接电解液循环过滤单元15，电解加工电源13的正极与负极分别通过引电装置12连接工件阳极3和工具阴极8，工件阳极3下方平行设置有两个尺寸相同的由耐酸碱腐蚀的电绝缘材料制成的托辊10-1、10-2，可以防止被电解液腐蚀或意外电解。两个托辊10-1、10-2之间的距离可通过调节装置调节，以适应不同直径的工件阳极3，工件阳极3与两个托辊10-1、10-2在同一平面截面的圆心夹角α大于0度小于180度，两个托辊10-1、10-2与工件阳极3线接触，起到支撑作用，两个托辊10-1、10-2由动力源单元1驱动，以相同的速度匀速转动，且两个托辊10-1、10-2的旋转方向均与工具阴极8的旋转方向相反。两个托辊10-1、10-2同时驱动，可以更好地推动工件阳极3转动，进而使工件阳极3在旋转工程中，获得均等电解加工机会和促进加工电解产物快速排除的目的。

为保证所有被加工区域都能尽可能地得到电解液液流的充分作用，进液口、出液口与电绝缘动密封件5-1、5-2的距离越小越好。本发明中，进液孔9和出液孔6与电绝缘动密封件5-1、5-2的距离为1mm-2mm。电解液通过进液孔9进入工件阳极3和工具阴极8间形成的间隙内，再从出液孔6流回到电解液循环过滤单元15，实现电解液的流动与循环使用。

在工具阴极8旋转的过程中，工具阴极8外表面设置的一条或多条螺旋形凸起11能持续推动电解液向前运动，实现电解液在工件阳极3和工具阴极8间形成的间隙内的快速流动，以保证电解过程中所需的良好液相传质条件；同时，螺旋形凸起11在旋转过程中，对电解液产生涡旋力，进而冲刷加工间隙和加工部分，促进电解产物的顺利排除，并且会对工件阳极3内壁产生一个与旋转方向相同的旋转推力，进一步助推工件阳极3的旋转，保证工件阳极3在托辊10-1、10-2上可靠转动，以使被加工区域各部分的电解加工机会均等。

为保证电解加工过程的稳定进行，工具阴极8与工件阳极3的加工间隙要保持在合理的范围内。若间隙过小，如小于0.1mm，则在加工过程中会因为电解液扰动或工件变形等因素，导致工具阴极8与工件阳极3发生接触，造成短路；并且，间隙太小会造成加工产物的排除困难，影响加工过程的稳定性。若间隙过大，如大于3mm，为保证电解加工所需的大电流密度，就需很大的加工电压，工艺成本高，同时也无法保证加工精度。本发明中，工具阴极8外表面设置的螺旋形凸起11与工件阳极3内壁件的空隙为0.1mm-3mm。

本发明可按照以下方法执行，以实现薄壁圆筒上双面喇叭孔阵列的电解加工：

1．调整两平行托辊10-1、10-2的间距，使间距大于托辊10-1、10-2直径，并且小于工件阳极3外径。

2．将表面设置有PVC电绝缘胶膜的工件阳极3外套在工具阴极8上，并使工件阳极3和工具阴极8同轴正对，同时将工具阴极8与工件阳极3间的圆环形空腔7左右两端通过电绝缘动密封件5-1、5-2进行密封，并分别通过压紧装置4-1、4-2压紧，保证工件阳极3和工具阴极8外表面设置的螺旋形凸起11的加工间隙为1mm。

3．将套有工具阴极8的工件阳极3放在两平行托辊10-1、10-2上，使工件阳极3和两个托辊10-1、10-2的轴线平行。

4．通过动力源单元1同时驱动两平行托辊10-1、10-2匀速转动，带动工件阳极3转动。同时，通过驱动装置2驱动工具阴极8按螺旋形凸起11旋向匀速转动，方向与托辊10-1、10-2转向相反。经过一段时间，各运动件达到稳定运动状态。

5．通过进液孔9向工具阴极8与工件阳极3间的圆环形空腔7通入压力为1.0MPa、质量分数为20%的NaNO₃电解液，电解液在工具阴极8表面螺旋形凸起11的作用下，呈涡流状向前流动，并经过出液孔6最终进入电解液循环过滤单元15。

6．将电解加工电源13正极通过引电装置12与工件阳极3相连，电解加工电源13负极通过引电装置12与工具阴极8相连，并在一定电压下电解腐蚀5 min ~10min，使工件阳极3内壁面上孔中的电铸金属充分电解。

7．将电解后的工件阳极3外表面电铸沉积金属层剥离下来，即获得无缝圆筒状双面喇叭孔微小阵列。

本发明可利用两个平行托辊10-1、10-2对大长径比薄壁圆筒工件进行稳定可靠的支撑和定位。工件阳极3的外圆面由于受到两托辊10-1、10-2的沿程支撑定位作用，变形小，且工件阳极3在加工过程中始终处于转动中，这样使其各向各处受力均匀。工件阳极3在旋转的过程中，工具阴极8外表面设置的螺旋形凸起11推动电解液向前快速移动，加快了电解液的流动与更新；同时，工具阴极8外表面设置的螺旋形凸起11在旋转过程中，对电解液产生一个涡旋力，进而冲刷加工间隙和加工区域，促进了电解产物的快速排出。

本发明中的工件阳极3始终处于转动状态下，当工件阳极3上某个小孔在转动到高处时，小孔内的电解液在重力的作用下下落，有利于盲孔内电解产物排除及小孔内电解液的更新。同时，由于工具阴极8与工件阳极3始终在做相对转动，可有效避免工具阴极8表面设置的螺旋形凸起11对电流密度分布的影响，保证被加工各处的电解加工机会相等。

Claims (10)

1.一种用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置，包括工具阴极、外表面设置有电绝缘胶膜的工件阳极、驱动工具阴极旋转的驱动装置、电解加工电源和电解液循环过滤单元，其特征在于：所述的工具阴极为设置有进液孔和出液孔的中空滚筒，工件阳极同轴线、非接触地套设在工具阴极外部，工具阴极与工件阳极之间形成的圆环形空腔两端通过电绝缘动密封件动密封，工具阴极的两端分别连接电解液循环过滤单元，电解加工电源的正极与负极分别连接工件阳极和工具阴极，工件阳极下方平行设置的两个托辊与工件阳极线接触，托辊由动力源单元驱动。

2.根据权利要求1所述的用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置，其特征在于：所述的工具阴极外表面设置有一条或多条螺旋形凸起。

3.根据权利要求2所述的用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置，其特征在于：所述的工具阴极外表面设置的螺旋形凸起与工件阳极内壁间的空隙为0.1mm-3mm。

4.根据权利要求3所述的用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置，其特征在于：所述的工具阴极旋转方向与工具阴极外表面设置的螺旋形凸起旋向相同。

5.根据权利要求4所述的用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置，其特征在于：所述的两个托辊分别由动力源单元驱动匀速转动，速度相同，旋转方向均与工具阴极的旋转方向相反。

6.根据权利要求5所述的用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置，其特征在于：所述的两个托辊由耐酸碱腐蚀的电绝缘材料制成，尺寸相同。

7.根据权利要求6所述的用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置，其特征在于：所述的电绝缘动密封件外侧设置有压紧装置。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置，其特征在于：所述的两个电绝缘动密封件之间的工具阴极左右两侧沿圆周表面分别均匀设置有多个进液孔和出液孔，且进液孔和出液孔与电绝缘动密封件的距离为1mm-2mm。

9.根据权利要求8所述的用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置，其特征在于：所述的两个托辊之间的距离可调，工件阳极与两个托辊在同一平面截面的圆心夹角大于0度小于180度。

10.根据权利要求9所述的用于在薄壁圆筒上电解加工双面喇叭孔阵列的装置，其特征在于：所述的电解加工电源的正极与负极分别通过引电装置连接工件阳极和工具阴极。