CN108480804B - 小尺寸内壁环槽电解加工阴极及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小尺寸内壁环槽电解加工阴极及其使用方法，属于电解加工制造领域。本发明主要包括外螺纹接头、工具阴极基体、硬质绝缘层、侧壁绝缘层、润滑绝缘层、金属堵头、主流道和支流道；工具阴极基体内部为通孔结构，基体底部与金属堵头焊接成一体；硬质绝缘层上开设有环形槽结构和圆周均布的圆槽结构，便于电解液排出；侧壁绝缘层起到减小杂散腐蚀的作用。本发明通过底部绝缘层与圆管工件内壁之间的过渡配合，实现工具阴极与圆管工件内壁的自动对心和水平定位；通过上绝缘环的下端面与工件上端面的紧密配合，实现工具阴极沿轴线方向的自动定位；进而实现工具阴极与圆管工件内壁的同心同轴，改善了内壁环槽的加工精度。

Description

小尺寸内壁环槽电解加工阴极及其使用方法

技术领域

本发明涉及电解加工制造领域，特别涉及一种小尺寸内壁环槽电解加工阴极及其使用方法。

背景技术

在航空、航天、精密仪器等领域，难加工的内壁环槽是一种重要的功能性结构。例如，小尺寸圆管内壁上设置有矩形截面环槽的零件在航天发动机用喷油嘴部件上广泛使用。但由于小尺寸内壁环槽结构的加工精度和表面质量要求高、刀具可达性差等原因，已成为制约相关领域装备发展的加工制造难题。

传统机械加工技术和部分特种加工技术都难以胜任小尺寸内壁环槽结构的加工制造：当采用机械车削或镗削技术加工内壁环槽时，存在刀具可达性差、刚度要求高、材料难切削等问题；当采用电火花方法加工内壁环槽时，存在加工效率低、加工过程中精确补偿比较困难、表面生成变质层等问题。

电解加工技术是一种基于电化学原理，利用工具阴极对金属工件进行非接触式溶解去除的加工技术，具有加工材料范围广、生产效率高、加工质量好、工具阴极无损耗、不产生残余应力和变形等优点,被认为是加工小尺寸内壁环槽结构的技术，但是实际操作中发现，鉴于小尺寸圆管零件的特殊性，该技术一直未有合适的结构能够使其得以理想的实施。

公开号为107252939A的申请文件中提供了一种针对常规尺寸圆管工件内壁上多圈式螺旋沟槽结构进行电解加工的装置及方法，该装置及方法主要针对工件管内壁上的螺旋沟槽，通过设置径向伸缩装置，使得与设备阴极连接的凸起结构能够沿径向伸缩装置的径向移动，实现凸起结构相对于工件管内壁（与设备阳极相连）的靠近及远离，从而对内壁进行材料去除，在工件管的内壁上加工出沟槽。但该装置存在的问题是：1. 由于阴极基体上的非实际工作区域未进行绝缘处理，没有考虑杂散腐蚀对内壁环槽成形精度的影响，从而会造成圆管工件内壁沟槽的实际尺寸偏大；2. 由于阴极的中心轴线与圆管工件内壁的中心轴线难以保持在同一轴线上，且工具阴极和工件的定位面难以保持在同一水平面上，容易引起阴极与工件管内壁不同心不同轴，对内壁环槽的成形精度有巨大的影响；3.此外，该装置也不具备自动对心、定位功能。

发明内容

本发明提供一种电解加工用工具阴极，主要用于难加工金属材料小尺寸圆管工件内壁上矩形截面环槽的电解加工，并具备自动对心和定位功能。

为了克服现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种小尺寸内壁环槽电解加工阴极，包括截面呈倒“土”型的导电体和堵头，所述导电体上端部外壁上设置有外螺纹，导电体的中部设置有环状凸台，导电体沿轴向内部为通孔结构；

所述导电体的下端焊接有直径大于导电体的堵头，所述导电体的下端部和堵头的外围设置有盖状的底部绝缘层，底部绝缘层的环状上端部与导电体之间设置有下绝缘环，下绝缘环与环状凸台等径，在下绝缘环上径向均布有出液孔，所述底部绝缘层的直径大于下绝缘环的直径；

所述导电体的端部下表面与环状凸台的上表面之间设置有中绝缘环和上绝缘环，中绝缘环与环状凸台等径，上绝缘环与导电体的上端部等径，上绝缘环下部外围径向均布有泄流槽，上绝缘环下部还开设有环形槽，所述环形槽与泄流槽连通且环形槽内径与环状凸台等径。

一种小尺寸内壁环槽电解加工阴极的使用方法，圆管工件内部预加工高度为W2的环槽，将导电体的下部送入工件内部，工件的上端面与上绝缘环的下端面紧密配合，底部绝缘层的外壁与工件内壁过渡配合；预先设计好的环状凸台的厚度为W1，W1<W2，环状凸台的中心位置对应于环槽的中心位置处；电解液从导电体中部的主流道的上端流入，经过下绝缘环上的出液孔流入阴极与工件之间的间隙，参与电化学反应，最后从上绝缘环的泄流槽流出。

本发明具有以下优点：

（1）本装置结构简单，实施方便，特别适用于小尺寸圆管工件内壁矩形截面环槽结构的电解成形加工，具有非接式加工技术不产生残余应力和变质层的优点；

（2）本发明中的多个绝缘件不仅仅是起绝缘的作用，还起到定轴、定心的重要作用。通过底部绝缘层与圆管工件内壁之间的过渡配合，实现工具阴极与圆管工件内壁的自动对心和水平定位；通过上绝缘环的下端面与工件上端面的紧密配合，实现工具阴极沿轴线方向的自动定位；进而实现工具阴极与圆管工件内壁的同心同轴，而不需要利用外加的对心设备或编制相应的对心程序，加工精度好，加工效率高，操作方便；

（3）本发明所设计的阴极具有内部中空的结构，利用本发明进行小尺寸圆管工件内壁矩形截面环槽的电解加工时，可采用内冲液的方式供液，便于不断更新电解液，并及时排除电解过程中产生的杂质，提高加工精度和效率；

（4）减少了杂散腐蚀：导电体上设置有多个绝缘件，从而能够减小金属表面产生的杂散腐蚀的影响，提高内壁环槽的成形精度。

附图说明

图1为本发明的结构图和加工原理图；

图2为A-A面剖视图；

图3为上绝缘环的结构示意图。

图中标号：1-外螺纹、2-导电体、3-上绝缘环、4-泄流槽、5-环形槽、6-中绝缘环、7-环槽、8-下绝缘环、9-出液孔、10-底部绝缘层、11-主流道、12-堵头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，以方便技术人员理解。

参见图1-图3，一种小尺寸内壁环槽电解加工阴极，包括截面呈倒“土”型的导电体2和堵头12，所述导电体2上端部外壁上设置有外螺纹1，导电体2的中部设置有环状凸台，导电体2沿轴向内部为通孔结构。

所说电体2的下端焊接有直径大于导电体2的堵头12，所述导电体2的下端部和堵头12的外围设置有盖状的底部绝缘层10，底部绝缘层10的环状上端部与导电体2之间设置有下绝缘环8，下绝缘环8与环状凸台等径，在下绝缘环8上径向均布有出液孔9，所述底部绝缘层10的直径大于下绝缘环8的直径。

所说导电体2的端部下表面与环状凸台的上表面之间设置有中绝缘环6和上绝缘环3，中绝缘环6与环状凸台等径，上绝缘环3与导电体2的上端部等径，上绝缘环3下部外围径向均布有泄流槽4，上绝缘环3下部还开设有环形槽5，所述环形槽5与泄流槽4连通且环形槽5内径与环状凸台等径。

本发明提供的一种小尺寸内壁环槽电解加工阴极的使用方法，圆管工件内部预加工高度为W2的环槽7，将导电体2的下部送入工件内部，工件的上端面与上绝缘环3的下端面紧密配合，底部绝缘层10的外壁与工件内壁过渡配合；预先设计好的环状凸台的厚度为W1，W1<W2，环状凸台的中心位置对应于环槽7的中心位置处；电解液从导电体2中部的主流道11的上端流入，经过下绝缘环8上的出液孔9流入阴极与工件之间的间隙，参与电化学反应，最后从上绝缘环3的泄流槽4流出。

在本实施例中，要在内直径为16mm的圆管工件的内壁上加工出轴向高度W2=3mm，径向宽度为2mm的内壁环槽。本发明所提供的工具阴极的具体尺寸为：外螺纹1的大径为20mm；导电体2的内部为通孔结构，该通孔作为主流道，其孔径为8mm；导电体2的底部焊接有直径为15mm、厚度为5mm的堵头12；导电体2上端部的下表面与工件上端面之间设置有上绝缘环3，用于将导电体2与圆管工件隔离开，防止导电体2与工件直接接触而发生短路，上绝缘环3的厚度为10mm、外壁半径为20mm，其上开设的环形槽5的定位半径为7mm,槽的孔径为5mm，在上绝缘环3上均布6个泄流槽，槽的孔径为4mm，；环状凸台的轴向高度W1=2mm、直径为14mm；中绝缘环6和下绝缘环8的外壁直径均为14mm，径向厚度均为3mm；导电体2的下端部和堵头12的外围设置有盖状的底部绝缘层10，底部绝缘层10的外表面直径为16mm，出液孔9的孔径为4mm。

设计工具阴极时，依据圆管工件上端面至内壁环槽7沿轴向（Z方向）对称面的距离，即为图1中的高度距离H，将上绝缘环3的下端面至环状凸台沿轴向（Z方向）对称面的距离设计为H,以保证环状凸台沿Z方向的对称面与内壁环槽7沿Z方向的对称面在同一水平面上，从而在电解加工过程中实现工具阴极的轴向定位。在使用所设计的阴极时，圆管状工件内部预加工高度为W2的环槽7，将导电体2的下部设置于圆管状工件内部，底部绝缘层10的外壁与工件内壁过渡配合，下绝缘环8和中绝缘环6之间的环状凸台的厚度为W1，中心对应设置于环槽7处，W1<W2，中绝缘环6的上端面与工件上端口齐平设置。

本发明的工作过程如下：

将所设计的工具阴极通过螺纹连接的方式连接到电解加工机床的主轴上，并将所设计的阴极中导电体2的下部放入圆管工件内部，同时保证圆管工件的上端面与工具阴极的的下端面密切配合，实现工具阴极的轴向定位；同时保证工具阴极的底部绝缘层10与圆管工件的内壁按照过渡配合的要求装配在一起，以保证工具阴极与圆管工件的具有共同的中心轴。

采用本发明设计的阴极加工小尺寸内壁环槽时，采用内冲液的方式。接通稳压电源后，电解液从工具阴极的中空部分的上端流入，经过出液孔9流入工具阴极与圆管工件内壁之间的间隙，参与电化学反应。在电解加工过程中，由于杂散腐蚀不能完全消除，因此在加工过程中，通过调整加工电压，可使实际工作部分高度为W1=2mm的工具阴极加工出高度为W2=3mm的内壁环槽。电解加工过程中产生的电解液杂质通过上绝缘环3上的均布的泄流槽4和环形槽结构5流出（电解过程中的流场方向如图1中的箭头所示）。在整个电解加工过程中，电解液不断更新。利用本发明所设计的阴极，经过设定时间的蚀除过程，可加工得到设计要求的内壁环槽。

在加工制造本发明所设计的工具阴极时，工具阴极导电体2上端与电解加工机床主轴连接的外螺纹接头1可以通过车削的方式切削获得。为了便于制造，可先将工具阴极导电体2的中空部分通过钻削的方法加工成通孔，堵头12可以通过线切割的方法按照尺寸要求从金属板料上切割得到，然后通过焊接的方法将导电体2与堵头12焊接成一体，然后在该焊接体的侧壁涂覆起绝缘作用的普通环氧树脂，在焊接体的底端部分涂覆润滑性较好的环氧树脂，使得焊接体、上绝缘环3和涂覆的环氧树脂成为一体结构，待环氧树脂凝固后，通过车削的方法将导电体2、上绝缘环3、中绝缘环6、下绝缘环8、和底部绝缘层10加工至满足设计要求的尺寸。此外，导电体2中部的环状凸台的外壁除了应满足尺寸要求外，还应满足表面粗糙度的要求。上绝缘环3上的环形槽结构5通过传统铣削的方法加工实现，硬质绝缘层上3的均布泄流槽结构4可通过钻削的方法加工获得。

本发明通过具体实施过程进行说明，但本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明专利授权要求范围内的全部实施方案。

Claims (2)

1.一种小尺寸内壁环槽电解加工阴极，其特征在于：包括截面呈倒“土”型的导电体（2）和堵头（12），所述导电体（2）上端部外壁上设置有外螺纹（1），导电体（2）的中部设置有环状凸台，导电体（2）沿轴向内部为通孔结构；

所述导电体（2）的下端焊接有直径大于导电体（2）的堵头（12），所述导电体（2）的下端部和堵头（12）的外围设置有盖状的底部绝缘层（10），底部绝缘层（10）的环状上端部与导电体（2）之间设置有下绝缘环（8），下绝缘环（8）与环状凸台等径，在下绝缘环（8）上径向均布有出液孔（9），所述底部绝缘层（10）的直径大于下绝缘环（8）的直径；

所述导电体（2）的端部下表面与环状凸台的上表面之间设置有中绝缘环（6）和上绝缘环（3），中绝缘环（6）与环状凸台等径，上绝缘环（3）与导电体（2）的上端部等径，上绝缘环（3）下部外围径向均布有泄流槽（4），上绝缘环（3）下部还开设有环形槽（5），所述环形槽（5）与泄流槽（4）连通且环形槽（5）内径与环状凸台等径。

2.根据权利要求1所述的一种小尺寸内壁环槽电解加工阴极的使用方法，圆管工件内部预加工高度为W2的环槽（7），将导电体（2）的下部送入工件内部，工件的上端面与上绝缘环（3）的下端面紧密配合，底部绝缘层（10）的外壁与工件内壁过渡配合；预先设计好的环状凸台的厚度为W1，W1<W2，环状凸台的中心位置对应于环槽（7）的中心位置处；电解液从导电体（2）中部的主流道（11）的上端流入，经过下绝缘环（8）上的出液孔（9）流入阴极与工件之间的间隙，参与电化学反应，最后从上绝缘环（3）的泄流槽（4）流出。

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