CN108723525A - 一种用于内壁环槽的电解加工阴极 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电解加工制造领域，特别涉及一种用于内壁环槽的电解加工阴极。为解决现有技术存在的电解加工精度低、效率低和质量差的问题。本发明采用的技术方案包括圆柱段和圆柱段一个端部设置的加工头，所述圆柱段的另一端上设置有外螺纹，所述加工头包括均布的2‑N个扇叶，在其上下表面分别覆设有上绝缘层和下绝缘层，其特征在于：所述扇叶为不等径、不等厚结构，进液边距加工头中心的边长大于出液边距加工头中心的边长，进液边的厚度大于出液边的厚度，所述圆柱段和加工头通过焊接的方式连接，所述的上绝缘层和下绝缘层是环氧树脂涂层。

Description

一种用于内壁环槽的电解加工阴极

技术领域

本发明涉及电解加工制造领域，特别涉及一种用于内壁环槽的电解加工阴极。

背景技术

随着航空、航天、能源等领域的快速发展，内壁环槽类结构的应用越来越广泛。内壁环槽是一种重要的功能性结构，由于它能够起到定位、密封、润滑等作用，因而在机械产品中具有不可替代的作用，相应地对其加工质量和精度也提出了更高的要求。内壁环槽是在相对封闭的结构上开设的槽，其加工区域狭窄，加工过程中的可达性受到制约。当采用车削方法加工内壁环槽时，存在刀具可达性差、材料难切削、存在残余应力、表面易出现毛刺等问题；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；当采用激光加工方法加工内壁环槽时，存在热应力和热透镜效应、加工表面生成变质层等一系列问题。因此，上述加工技术都难以胜任内壁环槽结构的加工制造。

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，是加工内壁环槽结构的理想技术。

当采用静液的方式加工内壁环槽时，在加工区域产生大量的电解杂质，但由于工具阴极的工作表面与圆管工件内壁之间的加工间隙较小，使得在加工区域产生的电解杂质难以快速排除；若不快速排除，不及时更新加工区域的电解液，将会使得加工区域电解液中带电离子的数量大量减少，进一步对加工精度和加工效率产生不利影响。

目前已经出现工具阴极旋转加工方式，所说的阴极结构包括圆柱段和圆柱段一个端部设置的加工头，所述圆柱段的另一端上设置有外螺纹，所述加工头包括均布的2-N个扇叶。其叶片为等径、等厚的薄片状，使用该种阴极加工内壁环槽时，发现存在着下述问题：1、产生的电解杂质难以快速排除，进而使得加工区域的电解液更新困难，降低了内壁环槽的电解加工精度和效率；2、由于扇叶上、下表面未涂覆绝缘层。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于内壁环槽的电解加工阴极，要克服现有技术存在的电解加工精度低、效率低和质量差的问题。

为了达到本发明的目的，本发明的技术方案是：一种用于内壁环槽的电解加工阴极，包括圆柱段和圆柱段一个端部设置的加工头，所述圆柱段的另一端上设置有外螺纹，所述加工头包括均布的2-N个扇叶，在其上下表面分别覆设有上绝缘层和下绝缘层，其特征在于：所述扇叶为不等径、不等厚结构，进液边距加工头中心的边长大于出液边距加工头中心的边长，进液边的厚度大于出液边的厚度。

所述圆柱段和加工头通过焊接的方式连接。

所述的上绝缘层和下绝缘层是环氧树脂涂层。

本发明具有以下优点：

（1）适用于圆管工件上的内壁环槽的电解加工成形，具有非接触式加工技术不产生残余应力和变质层等优点；

（2）由于所设计的工具阴极具有如下结构：1、 进液边距工具阴极中心轴的半径R2比出液边距工具阴极中心轴的半径R1大，使得进液边与圆管工件内壁之间的侧边间隙比出液边与圆管工件内壁之间的侧边间隙小，进一步使得在加工过程中，当工具阴极的出液边在前，进液边在后旋转时，加工区域附近液体按顺时针的流动趋势增强，从而能够使加工过程中产生的电解杂质快速排除，及时更新加工区域的电解液，提高了内壁环槽的电解加工精度和效率；2、 在本发明所设计的阴极设计中还考虑了不等厚结构，当工具阴极旋转时，使得电解槽中扇形工具阴极的实际工作部分的进液边附近流动液体的截面积小于出液边附近流动液体的截面积，进一步使得电解槽中工具阴极进液边附近流动液体的压强大于出液边附近流动液体压强，使得加工区域附近液体从进液边向出液边流动的趋势进一步增强，从而更快速的排除电解杂质，更及时的更新电解液，从而进一步提高内壁环槽的电解加工精度和效率。

（3）根据实际加工需求，可通过增加工具阴极上扇形部分的数量来进一步提高电解加工的效率。

（4）扇叶上覆设有上绝缘层和下绝缘层，从而能够减小扇叶上、下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为本发明所设计的阴极加工内壁环槽的示意图；

图2扇形阴极的端面剖视图；

图3所设计的工具阴极的结构图；

图4工具阴极扇形部分的结构图；

图5 工具阴极扇形部分的进液边与出液边附近流动液体的截面积示意图。

图中标号：1-外螺纹、2-圆柱段、3-上绝缘层、4-扇叶、5-下绝缘层、6-内壁环槽、7-圆管工件、8-电解槽、9-进液边、10-出液边。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例：

一种用于内壁环槽的电解加工阴极（参见图1和图3），包括圆柱段2和圆柱段2一个端部设置的加工头，所述圆柱段的另一端上设置有外螺纹1，所述加工头包括对称设置的2个扇叶，在其上下表面分别覆设有上绝缘层3和下绝缘层5，上绝缘层3和下绝缘层5是环氧树脂涂层。所说的扇叶4为不等径、不等厚结构，进液边距加工头中心的边长大于出液边距加工头中心的边长，进液边的厚度大于出液边的厚度。所说的圆柱段2和加工头通过焊接的方式连接。

本实施例中（参见图1），预在直径为20mm的圆管工件的内壁上加工出轴向高度H为5mm，径向宽度为2mm的内壁环槽。相应地，所设计的用来加工该内壁环槽的工具阴极的圆柱段2的直径为10mm、高度为30mm，扇叶4进液边的厚度为4.6mm，出液边的厚度为3.0mm，进液边距中心轴的半径R2为9mm，出液边距阴极中心轴的半径为6mm，扇叶上绝缘层3和下绝缘层4的厚度均为1mm。

本发明的工作过程如下：

在圆管工件上加工内壁环槽时，将稳压电源的正极与圆管工件连接，将电源的负极与本发明连接。通过外螺纹1将圆柱段2连接到电解机床的主轴上，将圆管工件7和本发明中的扇叶4浸入到电解槽8内盛装的电解液中，采用静液的方式进行电解加工。接通电源后，调整加工电压和电流至适当值，然后使扇叶4按逆时针方向旋转，电解槽8中的电解液不断按顺时针方向从扇叶4的进液边向出液边流动，不断排除电解杂质，同时更新加工区域的电解液，实现内壁环槽的电解加工成形。

首先：扇叶的进液边距加工头中心的半径小于出液边离中心轴的半径，相应地，（参见图4）进液边9与圆管工件内壁之间的侧边间隙小于出液边10与圆管工件内壁之间的侧面间隙，因而使得内壁环槽的加工质量和精度主要由扇形工具阴极的实际工作部分扇叶4的进液边所决定；此外，虽然出液边10与圆管工件内壁之间的侧边间隙较大，但在电化学反应过程中出液边10也能够预先逐渐去除部分材料，起到粗加工的作用，随后利用进液边9在粗加工的基础上进行精加工，有利于提高加工效率。

（2）本发明所设计的阴极具有不等径、不等厚结构，当工具阴极按逆时针旋转时（如图2箭头所示），电解槽中扇形工具阴极的实际工作部分扇叶4的进液边附近流动液体的截面积A2小于出液边附近流动液体的截面积A1（参见图5），使得进液边附近流动液体的压强P2大于出液边附近流动液体的压强P1，进一步使得加工区域附近液体从进液边向出液边流动（按顺时针方向流动）的趋势增强，从而能够使加工过程中产生的电解杂质快速排除，及时更新加工区域的电解液，增大了参与电化学反应的带电离子的数量，提高了内壁环槽的电解加工精度和效率。

在加工制造本发明所设计的工具阴极时，与电解加工机床主轴连接的圆柱段上的外螺纹可以通过车削的方法获得，圆柱段）同样可以通过车削的方法获得，扇叶4可以通过线切割的方法切割金属板件获得，圆柱段2与工作头通过焊接的方式焊接成一体，同时在扇叶4的上、下表面涂覆环氧树脂，分别形成上绝缘层3和下绝缘层5，以减小杂散腐蚀的影响。扇叶4除了应满足尺寸要求外，其外表面还应满足表面粗糙度的要求。

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 (3)

1.一种用于内壁环槽的电解加工阴极，包括圆柱段（2）和圆柱段（2）一个端部设置的加工头，所述圆柱段的另一端上设置有外螺纹（1），所述加工头包括均布的2-N个扇叶，在其上下表面分别覆设有上绝缘层（3）和下绝缘层（5），其特征在于：所述扇叶为不等径、不等厚结构，进液边距加工头中心的边长大于出液边距加工头中心的边长，进液边的厚度大于出液边的厚度。

2.根据权利要求1所述的一种用于内壁环槽的电解加工阴极，其特征在于：所述圆柱段（2）和加工头通过焊接的方式连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于内壁环槽的电解加工阴极，其特征在于：所述的上绝缘层（3）和下绝缘层（5）是环氧树脂涂层。