CN104625263A - 一种基于凝胶电化学加工的肋化内冷却结构冷却管的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于凝胶电化学加工冷却管的肋化内冷却结构冷却管的制备方法。具体方法为：预处理，包括管道内部的探伤，以及表面的清洁处理。对于惰性金属在完成清洗处理之后，应该进行活化处理；加工阶段，主要包括装置平台搭建与电化学加工阶段，在加工过程中可以自助选择手动加工与自动加工，提高加工效率；后处理阶段，主要包括检验和后清洗，实验采用纯洁清水进行清洗。本发明拟采用将包含NaNO₃的凝胶电解质制备成肋形状，选择性的包裹加工电极作为阴极，将加工件作为阳极，进行电化学加工。特别适用于传统管道内壁的肋化内冷却结构的加工，反应区域有凝胶电解质的接触与否控制，不会对管道的其他结构造成影响，实现管道内壁的肋化冷却结构的制造，提高散射通道的冷却性能。

Description

一种基于凝胶电化学加工的肋化内冷却结构冷却管的制备方法

技术领域

本发明主要涉及表面工程及电化学加工异型孔技术领域，具体设计一种基于凝胶电化学加工的肋化内冷却结构冷却管的制备方法。

背景技术

随着发动机技术的不断发展，对发动机的推重比和增压比的要求也越来越高这就要求发动机在搞得燃气压力和温度下工作，由此对燃烧室的设计制造提出了更高的要求。特别的，在高温高压的工作条件下，涡轮叶片需要克服这样恶劣的条件，并且实现长时间，不间断地运转，这对涡轮叶片冷却系统的布局及其结构有了很强的技术要求。许多种类的冷却方法被广泛的运用到了，其中肋化内冷却机构通道以其高效低阻的冷却形式而被广泛的应用。但是对于其加工工艺一直是限制肋化内冷却结构快速发展的重要因素；国内南京航空航天大学的朱荻，王明环的教授创新性的提出了电化学加工的方法，实现了“竹节孔”的工艺加工。但是电化学加工方法加工得到的“竹节孔”其结构工艺相对复杂，并且加工成品为波浪孔，冷却效果差。无法进行直角或者是梯形界面的肋加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于凝胶电化学加工的肋化内冷却结构冷却管的制备方法。旨在解决在通过新颖的凝胶微细电化学的方法在管道内表面制造出冷却效果更为优异的肋化内冷却通道，制造出非圆弧截面的肋化内冷却结构。保留非加工面的良好的形状。

本发明提出的基于凝胶电化学加工的肋化内冷却结构冷却管的制备方法，电解质溶液采用含有电解质的凝胶取代传统电化学加工中的电解质溶液，具体步骤如下：

(1).预处理阶段：

(1.1).探伤处理，在进行加工之前，应该对管道进行探伤测试，检测是否存在瑕疵（如：气孔，缺损等）。如果存在则不适宜采用本方法进行肋化内冷却机构的加工；

(1.2).管道内壁表面清洁处理，在电化学加工前时对管道内表面进行清洁处理，去除管道内表面覆盖的有机物。本发明采用的是电化学加工清洗液进行清洗加工。在完成清洗加工之后再进行水洗去除管道内部所含有的清洗液。由于内表面的有机物是否残留很难用肉眼直接检查，一般采用清洗液的残留物进行分析，当清洗液中不出现肉眼可是别的杂质，则认为清洗完成；

(1.3).活化处理，对于惰性金属，为了提高加工效率与性能，应该进行活化处理。

(1)电解质凝胶的制备

（2.1）电解质溶液配制，配制质量浓度为5%~10%的硝酸钠溶液，得到澄清透明的硝酸钠溶液；

（2.2）凝胶引发剂的配制，将二甲基乙酰基乙酰胺、粘土和光引发剂按质量比为80:14:6的比例均匀混合，加水得到总体浓度为5%的凝胶引发剂；

（2.3）凝胶原液制备，将步骤(2.1)得到的电解质溶液和步骤(2.2)得到的凝胶引发剂按质量比为1:1~5:1的比例混合，将得到的溶液放置于搅拌器上进行搅拌得到澄清透明溶液；

（2.4）凝胶聚合反应，将凝胶原液导入模具中，将模具整体置于紫外灯下照射，得到所需要的凝胶；紫外灯照射是的温度控制在18℃~60℃，加工时间控制在30min~90min；

(3)装置平台主要采用自动加工的加工模式，装置主要由中央处理器、执行机构、反馈机构、加工电源及其控制器，凝胶供给循环系统和加工工具等组成。具体加工步骤为：首先将制备好的凝胶卷入凝胶循环供给系统中，然后将得到的循环系统安装在主轴电极的夹具上，同时将被加工工件（圆管）安装在工作平台上，完成对刀。在装置上电之后，由中央处理器控制凝胶供给循环装置螺旋工进，同时控制加工电源控制装置控制电源的通断。通过凝胶电化学加工实现肋化内冷却结构的加工，加工电压为5V~10V.。

本发明中，工进机构采用凝胶和绝缘工进层相互螺旋形缠绕，保证绝缘层与凝胶电解质层之间的良好形状。 

本发明中，凝胶供给循环系统中的凝胶电极，其直径小于管道直径，保证凝胶供给循环系统可以直接进入管道中而不受其他因素制约。

本发明中，所述电极一般采用石墨电极或者是铜电极，对于加工要求非常高的可以采用铂电极，电极整体被凝胶供给循环系统所包裹，可以保证良好的接触性能。

本发明，采用的电解质一般采用硝酸钠，若由于特殊原因无法使用硝酸钠，也可以采用氯化钠进行代替。（保证其质量分数不变即可）；

本发明中的电压采用稳定的直流电压，电压的加工范围为5V~10V，当电压高于10V时候容易造成凝胶的不稳定，导致失效。当电压低于5V，加工效率又会受到限制，综合考虑将采用5V~10V的加工电压。

本发明采用的凝胶相比于传统的电解液，不再是流体状，更容易控制，而且减少了凝胶电解液的需求量，符合绿色加工的加工宗旨。除此以外，相比于传统电化学加工由于液体流动导致加工堵塞，凝胶电化学加工稳定进给，可以更好地控制加工反应的进行。

附图说明

图1是凝胶制备示意图。

图2是凝胶与绝缘支撑装配图。

图3是肋化内冷却结构电化学加工示意图。

图4是凝胶电化学加工肋化内冷却结构细节放大图。

图中标号：1为模具型腔，2为凝胶原液，3为绝缘支撑，4为凝胶，5为中央处理器，6为电源控制系统，7为加工电源，8为机床主轴，9为凝胶装配体，10 为凝胶电刷清洗装置，11为被加工管道（圆管），12机床工作平台，13为执行器，14为螺旋前进控制装置，15为电解液供给槽，16绝缘支架，17为绝缘过渡件，18为手动加工手柄，19为电极。

具体实施方式

本发明是结合肋化内冷却结构的仿真分析和新颖的凝胶电化学加工的方法进行改良传统的肋化内冷却结构，下面结合附图对本发明方案进行详细说明。特别的一般步骤为：预处理阶段，加工阶段以及后处理阶段。

实施例1：在进行电化学加工之前都需要对被加工件进行预处理，以保证被加工零件适合本加工工艺，防止次品的产生。主要的目的是去除管内壁所包含的有机物杂质，同时检测管内壁是否存在缺损。对于惰性金属（排名H氢元素以后的）都应该进行活化处理。

本发明的电解质溶液载体为凝胶，制备具有良好导电率，固体形状的凝胶的方法如图1所示，将二甲基乙酰基乙酰胺DMAA(质量分数40%下同)，粘土Clay(7%)，光引发剂DEAP(3%)和浓度为4%的硝酸钠溶液(50%)。得到澄清透明的凝胶溶液，将得到的溶液放置在模具型腔1中，将整个装置放置于紫外灯下，进行聚合反应30min最终获得实验所需要的凝胶4，然后将得到的凝胶4与绝缘支撑3进行组装，得到螺旋式的凝胶装配体9，如图2所示。

如图3所示，将实验得到的凝胶装配体9安装在主轴8上，同时将被加工管道11定位并夹紧在机床工作平台12上。调试凝胶螺旋前进控制装置14的工进性能，开启电解液供给槽15与凝胶电刷清洗装置10之间的电解液循环。在完成上述操作之后，对机床上电，由中央处理器5 分别向电源控制系统6和执行器13发出指定的加工信号，同时开启由凝胶电刷清洗装置10对凝胶装配体9的清洗。通过执行器13驱动主轴8控制电极19、凝胶装配体9相对于机床工作平台12（被加工管道11）相对的自动走刀过程，实现了运动控制。同时执行器13存在着反馈机制，出现运动故障时，执行器13将反馈信号反馈给中央处理器5，通过中央处理器5急停和报警。其详细机构如图4所示。

由中央处理器5对电源控制系统6信号发出相应指令，控制凝胶电化学加工中加工电源7的开启，控制整个加工反应的进行与否。当电源处于低电压的情况下或者是故障的情况下，电源控制系统6会向中央处理器5发出警告信号。通过以上两部分实现了电化学加工的启停和运动控制。

在完成电化学加工之后，需要对被加工管道管内壁的加工质量进行检测，由于对于被加工管道管内壁的检测，一般设备难以达到，所以一般采用抽查。然后需要对加工完成的被加工管道进行清洗，清洗一般采用弱碱性的（8%碳酸钠溶液）进行清洗，去除残留在加工表面的凝胶杂质后，再采用水洗，去除碱性清洗材料。

Claims (3)

1.一种基于凝胶电化学加工的肋化内冷却结构冷却管的制备方法，其特征在于电解质溶液采用含有电解质的凝胶取代传统电化学加工中的电解质溶液，具体步骤如下：

(1).预处理阶段：

(1.1).探伤处理，在进行加工之前，应该对被加工管道进行探伤测试，检测是否存在瑕疵，如果存在则不适宜采用本方法进行肋化内冷却机构的加工；

(1.2).管道内壁表面清洁处理，在电化学加工前时采用电化学加工清洗液对被加工管道内表面进行清洁处理，去除被加工管道内表面覆盖的有机物，在完成清洗加工之后再进行水洗去除管道内部所含有的清洗液；由于内表面的有机物是否残留很难用肉眼直接检查，采用清洗液的残留物进行分析，当清洗液中不出现肉眼可是别的杂质，则认为清洗完成；

(1.3).活化处理，对于惰性金属，应该进行活化处理；

(2).电解质凝胶的制备

（2.1）电解质溶液配制，配制质量浓度为5%~10%的硝酸钠溶液，得到澄清透明的硝酸钠溶液；

（2.2）凝胶引发剂的配制，将二甲基乙酰基乙酰胺、粘土和光引发剂按质量比为80:14:6的比例均匀混合，加水得到总体浓度为5%的凝胶引发剂；

（2.3）凝胶原液制备，将步骤(2.1)得到的电解质溶液和步骤(2.2)得到的凝胶引发剂按质量比为1:1~5:1的比例混合，将得到的溶液放置于搅拌器上进行搅拌得到澄清透明溶液；

（2.4）凝胶聚合反应，将凝胶原液导入模具中，将模具整体置于紫外灯下照射，得到所需要的凝胶；紫外灯照射是的温度控制在18℃~60℃，加工时间控制在30min~90min；

(3).装置平台主要采用自动加工的加工模式，装置包括中央处理器、执行机构、反馈机构、加工电源及其控制器，凝胶供给循环系统和加工工具，具体加工步骤为：首先将制备好的凝胶卷入凝胶循环供给系统中，然后将得到的循环系统安装在主轴电极的夹具上，同时将被加工管道安装在机床工作平台上，完成对刀；在装置上电之后，由中央处理器控制凝胶供给循环装置螺旋工进，同时控制加工电源控制装置控制电源的通断，通过凝胶电化学加工实现肋化内冷却结构的加工，其中：加工电压为5V~10V。

2.根据权利要求1所述的一种基于凝胶电化学加工的肋化内冷却结构冷却管的制备方法，其特征工进机构采用凝胶和绝缘工进层相互螺旋形缠绕，保证绝缘层与凝胶电解质层之间的良好形状。

3. 根据权利要求1所述的一种基于凝胶电化学加工的肋化内冷却结构冷却管的制备方法，其特征在于凝胶供给循环系统中的凝胶电极，其直径小于管道直径，保证凝胶供给循环系统可直接进入管道中而不受其他因素制约。