CN103551687A - 大口径深混合膛线复式阴极及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械领域，具体涉及一种大口径深混合膛线复式阴极及其设计方法。本发明所采用的技术方案是：一种大口径深混合膛线复式阴极的设计方法：通过底部为锥形凸起的分液换向盘塞、内嵌供液小孔和泄流小孔的后引导以及以锥孔与阴极体配合并带有泄流孔的工作齿，使电解液在加工间隙从工作齿大端流向小端，与拉杆运动方向一致。基于该方法制造的阴极，包括阴极体，前锁紧螺母，前引导，锁齿螺母，工作齿，后引导和分液换向盘塞。工作齿、锁齿螺母、前引导、前锁紧螺母依次从阴极体的小头套于阴极体，工作齿以锥面与阴极体配合后锁齿螺母锁紧；本发明的优点是：使加工间隙流场呈收敛型，顺拉杆运动方向流动减小了加工时机床受力，工作齿可更换。

Description

大口径深混合膛线复式阴极及其设计方法

技术领域

本发明属于机械领域，主要涉及加工大口径深孔变螺距内螺旋线（如大口径炮管变缠角混合膛线）的电解加工切削刀具——阴极，具体涉及一种大口径深混合膛线复式阴极及其设计方法。

背景技术

目前，对中小口径深孔内螺旋线（如中小口径炮管膛线）的加工，传统的机械拉削基本已被电解加工取代，自二十世纪五十年代应用于生产的膛线电解加工一直均按以下模式进行：阴极前引导定位，电解液从拉杆进，沿阴极工作齿小端的小孔喷出至加工区（加工间隙），从大端后引导表面流出，即采用拉式正流。所采用的阴极结构是这样的：包括阴极体，前引导，工作齿，后引导和后堵头，所述阴极体的直径由前到后递增，所述工作齿位于阴极体的中部且与其为一体结构，所述前引导和后引导分别与阴极体压配合，用环氧树脂固紧。

使用时，由于电解液在加工间隙的流动方向与拉杆牵引阴极运动的方向相反，逆流的结果使机床所受轴向力较大，当应用于加工大口径深混合膛线或其他大型深孔内螺旋线时，更显得机床刚性不足；并且，电解液从工作齿小端流向大端，加工间隙流场呈发散形，加工稳定性不够好，工件表面质量和精度受到一定影响，同时在使用过程中，工作齿局部烧伤时，轻者可锡焊修补，但严重烧伤将导致整个阴极报废，造成生产成本很高。

为解决上述问题，曾试验采用后引导定位，即由后引导与加工好的零件孔定位，工作齿的大小端调头，拉杆推阴极运动，拉杆变成推杆，电解液从推杆进，经阴极工作齿大端的小孔喷入加工间隙，从小端的小孔经后引导表面排走，即推式倒流，该方法的优点是加工区流场为收敛形，机床受力小，但是后引导与零件孔的配合公差小，加工温升引起后引导绝缘材料热膨胀影响阴极运动，推着阴极运动受力大，推杆易变形，对深管内螺纹长时间加工不可行，只适用于短花键或浅花键加工。

也有人提出仍用前引导定位，工作齿的大小端方向不变，拉杆牵引阴极运动，在阴极尾部接管子进电解液，经阴极工作齿大端的小孔喷入加工区，从小端的小孔流入拉杆排走，即拉式倒流。但是每加工一根，需要拆装阴极尾部的管子一次，才能把工件取下来，零件和阴极的装卸都麻烦，无论是深、浅花键或螺纹实际生产都不可行。

基于上述的原因，对大口径深混合膛线采用电解加工的困难较大，目前尚沿用机械拉削。由于线槽深，缠角变化大，材料硬度高，每拉一刀只能拉0.01mm深，几十条螺旋线需分组拉削，不仅加工效率低，表面质量差，刀具磨损严重，国内刀具寿命低，进口刀具价格高，每根螺旋线（膛线）需要几百次才能成型，每组刀具仅能加工4～5根炮管，拉刀的成本高，随着材料硬度的进一步提高，新产品线型的加深，将使拉削无法进行。

发明内容

本发明的目的是提供一种大口径深混合膛线复式阴极及其设计方法，以克服现有技术存在的因无法对大口径深混合膛线采用电解加工而造成的效率和成本高的问题。

为克服现有技术存在的问题，本发明所采用的技术方案是：一种大口径深混合膛线复式阴极的设计方法：改变加工间隙流场的发散和电解液流方向，使它们与拉杆运动方向相顺，即能使从拉杆进入阴极的电解液在阴极内换向后从工作齿大端流入加工间隙到小端，再流入阴极沿内嵌于工作齿和后引导的小孔从阴极尾部流出，流出的电解液即通过炮管进入机床尾座的回流管，自动流回电解液池。

一种基于上述方法制造的大口径深混合膛线复式阴极，包括阴极体12，前锁紧螺母11，前引导9，锁齿螺母8，工作齿7，后引导2和分液换向盘塞1，其特殊之处在于：

所述工作齿7的外轮廓为锥形，其上铣制有锲形齿条，工作齿7的内孔为锥孔，工作齿7外圆与内孔之间与轴线平行开有32个泄流小孔甲6，所述阴极体12在与工作齿7配合的一段为与之锥孔相配的锥体；工作齿7、锁齿螺母8、前引导9、前锁紧螺母11依次从阴极体12的小头套于阴极体12，工作齿7以锥面与阴极体12紧密配合，锁齿螺母8与阴极体12螺纹联接并锁紧工作齿7；前锁紧螺母11与阴极体12螺纹联接并锁紧前引导9；后引导2从阴极体大头套于阴极体12，分液换向盘塞1与阴极体12螺纹联接并顶紧后引导2；

所述后引导2的内外轮廓之间，与轴线呈60゜斜向开有32个供液小孔4，与轴线平行开有与泄流小孔甲6位置对应的32个泄流小孔乙5，二者交错相间均匀排布，后引导2的前半段尺寸与工作齿的大端尺寸相同，32个供液小孔4的出口在该段齿的齿面上，后引导2的后半段齿高度和宽度尺寸比前段大0.5mm, 开有32个方形小槽，其内设置有橡皮塞3；

所述分液换向盘塞1的内表面有螺纹，用以与阴极体12连接，并顶紧后引导2，内侧环绕着从底部升起的锥形凸起，所述锥形凸起的锥角为120゜，居于分液换向盘塞1内的中心。

本发明创造性地提出了一种换向顺流的方法，并且在此方法的指导下给出了一种大口径深混合膛线复式阴极结构。与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明的分液换向盘塞将进入阴极体的电解液通过后引导的32个供液小孔射向工作齿的大端，使新鲜电解液从工作齿的大端流向小端，加工后的电解液从前引导的回流小孔流回阴极体，流经内嵌于工作齿的泄流孔及后引导的泄流小孔流入炮管，再进入机床尾座的回流管，自动流回电解液池，不增加回流管道部件，不增加任何装卸零件和阴极的麻烦，不增加辅助时间，使用方便；

2、本发明与传统膛线阴极相比，在仍然保持前引导定位，拉杆进液，且不增加生产中装、卸管路部件的麻烦的前提下，将深孔内螺旋线（如炮管膛线）电解加工间隙发散型流场改变为收敛型，提高了加工稳定性、加工精度，改善表面质量；将加工间隙电解液流动方向与拉杆运动方向相逆（逆流）改变为相顺（顺流），解决机床主轴受力大，容易产生刚性不足的现象；从后引导泄流的电解液不是像传统膛线阴极那样从后引导的表面排出而是从后引导的泄流小孔排出到炮管，进一步减小了对机床的阻力。

3、生产中难免会发生短路、阴极烧伤的事情，鉴于制造大口径深膛线阴极十分复杂、昂贵，本发明通过工作齿可更换，解决传统阴极在使用过程中因工作齿严重烧伤导致整个阴极报废的问题；

4、加工工艺简便：实施步骤简单易掌握，同时维修方便，更换工作齿时，拆下前引导，只须将新换的工作齿的齿条与上述前引导的回流小孔对齐，则后引导的供液小孔、泄流小孔自然就对准了（因为后引导不拆）。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图

图2是图1的A-A剖面图；

图3是图1的B-B剖面图；

图4是图1的C-C剖面图；

图5是工作齿的结构示意图；

图6是图5的D向视图；

图7是后引导的主视图。

图8是图7的E-E-E剖视图。

附图标记说明如下：

1-分液换向盘塞，2-后引导，3-橡皮塞，4-供液小孔，5-泄流小孔乙，6-泄流小孔甲，7-工作齿，8-锁齿螺母，9-前引导，10-回流小孔，11-前锁紧螺母，12-阴极体。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种大口径深混合膛线复式阴极的设计方法：改变加工间隙流场的发散和电解液流方向，使它们与拉杆运动方向相顺，即能使从拉杆进入阴极的电解液在阴极内换向后从工作齿大端流入加工间隙到小端，再流入阴极沿内嵌于工作齿和后引导的小孔流出，流出的电解液即通过炮管进入机床尾座的回流管，自动流回电解液池。

基于上述的设计方法，本发明提供的大口径深混合膛线复式阴极，参见图1～图4，包括阴极体12，前锁紧螺母11，前引导9，锁齿螺母8，工作齿7，后引导2和分液换向盘塞1。所述工作齿7的内孔为锥孔，所述阴极体12在与工作齿7配合的一段为锥体，工作齿7（大端朝前） 、锁齿螺母8、前引导9、依次从阴极体12的小端套于阴极体12上，工作齿7的锥孔与阴极体7的锥紧密相配，锁齿螺母8与阴极体7螺纹联接并锁紧工作齿7；前锁紧螺母11旋入阴极小端的螺纹后锁紧前引导9，后引导2从阴极体12大端套入，分液换向盘塞1与与阴极体12螺纹联接并顶紧后引导2；所述后引导2内外轮廓之间，斜向（与轴线呈60゜）开有32个供液小孔4和顺向（与轴线平行）开32个泄流小孔乙5，二者交错（相间）均匀排布，其外轮廓有32条齿，靠近工作齿的一段（前半段）其尺寸与工作齿的大端尺寸相同，32个供液小孔4的出口在该段齿的齿面上，靠近分液换向盘塞1的后半段齿高度和宽度尺寸比前段大0.5mm, 开有32个方形小槽，用于塞橡皮塞3；所述分液换向盘塞1的内表面有螺纹，用以与阴极体12连接，并顶紧后引导2，内侧环绕着从底部升起的锥形凸起，所述锥形凸起的锥角为120゜。   

    本实施例中，工作齿７的外轮廓为锥形，小端接前引导9，大端接后引导2，按产品设计的32条螺旋线铣制32条锲形齿条，工作齿７的内孔为7∶24锥孔与阴极体的7∶24锥配合，锁齿螺母８锁紧于工作齿７内侧底部的卡槽上，工作齿７外圆与内孔之间钻有32个与轴线平行的泄流小孔甲６，沿圆均布，并与后引导２的泄流小孔甲6对接。    

参看图5、图6，本发明的工作原理如下：

阴极体7一端连接拉杆，引进电解液，从拉杆进阴极体7的电解液流到分液换向盘塞1内底部的120゜锥形凸起时，电解液按一定角度向各方反射，转向分奔进入后引导上均布的供液小孔4，本实施例中给出的是32个供液小孔4。

斜小孔，即供液小孔4的出口为工作齿7的大端，电解液从工作齿7的大端流向小端，从工作齿大端流向小端的流动方向正好是拉杆牵引阴极运动的方向，也即顺流方向，在加工间隙形成收敛型流场，加工稳定性好；加工间隙电解液的流向与拉杆牵引阴极的运动方向一致，即顺阴极运动方向流动使机床所受轴向力较小。

从前引导9的回流小孔10流回阴极体12内的电解液沿内嵌于工作齿7的泄流小孔甲6和后引导2上的泄流小孔乙5直接流入炮管，再进入机床尾座的总回流管（原设备均有），自动流回电解液池，不增加回流管道部件，无须额外装卸阴极上其他部件，不增加装卸零件的麻烦和辅助时间。使用方便。

    本发明的装配过程如下：先将工作齿7与阴极体12以7∶24锥配好，用锁齿螺母8锁紧，再将前引导9从阴极体12的小头推入（间隙配合），用前锁紧螺母11锁紧，然后将后引导2从阴极体12的大头推入（间隙配合），用分液换向盘塞1倍紧。

首次装配好后，按照工作齿7上的齿条方位，加工前引导9的回液小孔10和后引导2的外轮廓及供液小孔4，然后配钻后引导2的泄流小孔乙5和工作齿3的泄流小孔甲6。

上述工艺中，具有相间交错排布孔的后引导2向工作齿7大端供液的32个泄流小孔乙5必须对准工作齿的每条齿面以及前引导9的32个回流小孔10；向炮管泄流的32个泄流小孔乙5必须能与工作齿7的32个泄流小孔甲6接壤。在前引导9、后引导2与阴极体12的连接方式上，选择了以间隙配合后用螺母锁紧，工作齿7与阴极体12的连接以锥孔配合、螺母锁紧，这样，前引导9、后引导2、工作齿7的方位可以按需要调节；从加工工艺上，所述供液小孔4、回流小孔10以及泄流小孔乙5和泄流小孔甲6都是在首次装配后按工作齿齿条方向一次加工。以后需要更换工作齿7的时候，只要将齿和孔对齐即可。

Claims (2)

1.一种大口径深混合膛线复式阴极的设计方法，其特征在于：改变加工间隙流场的发散和电解液流方向，使它们与拉杆运动方向相顺，即能使从拉杆进入阴极的电解液在阴极内换向后从工作齿大端流入加工间隙到小端，再流入阴极沿内嵌于工作齿和后引导的小孔从阴极尾部流出，流出的电解液即通过炮管进入机床尾座的回流管，自动流回电解液池。

2.一种基于上述方法制造的大口径深混合膛线复式阴极，包括阴极体（12），前锁紧螺母（11）、前引导（9）、锁齿螺母（8）、工作齿（7）、后引导（2）和分液换向盘塞（1），其特征在于：所述工作齿（7）的外轮廓为锥形，其上铣制有锲形齿条，工作齿（7）的内孔为锥孔，工作齿（7）外圆与内孔之间与轴线平行开有32个泄流小孔甲（6），所述阴极体（12）在与工作齿（7）配合的一段为与之锥孔相配的锥体；工作齿（7）、锁齿螺母（8）、前引导（9）、前锁紧螺母（11）依次从阴极体（12）的小头套于阴极体（12），工作齿（7）以锥面与阴极体（12）紧密配合，锁齿螺母（8）与阴极体（12）螺纹联接并锁紧工作齿（7）；前锁紧螺母（11）与阴极体（12）螺纹联接并锁紧前引导（9）；后引导（2）从阴极体大头套于阴极体（12），分液换向盘塞（1）与阴极体（12）螺纹联接并顶紧后引导2；

所述后引导（2）的内外轮廓之间，与轴线呈60゜斜向开有32个供液小孔（4），与轴线平行开有与泄流小孔甲（6）位置对应的32个泄流小孔乙（5），二者交错相间均匀排布，后引导（2）的前半段尺寸与工作齿的大端尺寸相同，32个供液小孔（4）的出口在该段齿的齿面上，后引导（2）的后半段齿高度和宽度尺寸比前段大0.5mm, 开有32个方形小槽，其内设置有橡皮塞（3）；

所述分液换向盘塞（1）的内表面有螺纹，用以与阴极体（12）连接，并顶紧后引导（2），内侧环绕着从底部升起的锥形凸起，所述锥形凸起的锥角为120゜，居于分液换向盘塞（1）内的中心。

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