CN111136354A - 电解加工变截面微小沟槽的工具阴极及其电解加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电解加工变截面微小沟槽的工具阴极及其电解加工方法，包括绝缘层和导电层，所述导电层与所述绝缘层呈交替间隔布置，所述导电层的加工端面被电极电解加工成形，所述导电层的加工端面呈曲面形状或倾斜平面形状，所述导电层的高度小于的所述绝缘层高度；本发明具有加工稳定性好、加工精度高、加工范围宽和加工效率高的特点。

Description

电解加工变截面微小沟槽的工具阴极及其电解加工方法

技术领域

本发明涉及电解加工技术领域，具体涉及一种电解加工变截面微小沟槽的工具阴极及其电解加工方法。

背景技术

在现代航空航天、汽车、光伏、生物化学、电子等行业中，对于使用过程中受力受热比较严重的零件，为了延长其使用寿命，越来越多的采用非圆异形截面，即横截面不是圆形，而是椭圆形、变椭圆形、摆线等非圆形状，如现代活塞制造业中普遍采用的异形销孔设计，可以避免在很高的燃烧压力下产生弹性变形，减轻销孔内侧应力集中的问题，使得活塞获得更好的性能。此外，在航空发动机滚子轴承中采用非圆滚道，可以有效解决高速轻载时滚子的打滑现象，避免对发动机造成破坏的影响。而异形截面零件因其复杂的形状、加工精度，对制造技术增加了难题。

目前主要采用微磨削、微切削和微电火花加工等制备表面微沟槽结构。但微磨削、微切削和微电火花加工均会发生损耗，需要进行及时修整，难以长时间加工，且微切削不适合于高强度和高硬度材料；另一方面，微电火花加工因是热加工，会有热应力出现，不适用于特殊场合。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种电解加工变截面微小沟槽的工具阴极，包括绝缘层和导电层，所述导电层与所述绝缘层呈交替间隔布置，所述导电层的加工端面被电极电解加工成形，所述导电层的加工端面呈曲面形状或倾斜平面形状，所述导电层的高度小于的所述绝缘层高度。

较佳的，所述绝缘层的厚度大于250μm。

较佳的，所述导电层的厚度为20微米至8毫米之间。

较佳的，采用所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极进行的电解加工方法，包括步骤：

S1，制作由所述导电层和所述绝缘层组成的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极；

S2，工件置于所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的下方，并紧贴所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的所述绝缘层；

S3，所述工件、所述导电层分别电性连接电源的正、负极；

S4，向所述导电层与所述工件之间形成的加工区域喷射电解液；

S5，接通所述电源，进行电解加工。

较佳的，所述电极为一楔形的金属板，所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极与所述电极之间为电解液通道，所述导电层与所述电极分别电性连接电源的正、负极，接通所述电源，从而制作所述加工端面为斜平面的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极。

较佳的，所述电极为一有凸弧面的金属板，所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极与所述电极之间为电解液通道，所述导电层与所述电极分别电性连接电源的正、负极，接通所述电源，从而制作所述加工端面为凹弧面的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极。

较佳的，所述电极为一有自由曲面的金属板，所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极与所述电极之间为电解液通道，所述导电层与所述电极分别电性连接电源的正、负极，接通所述电源，从而制作所述加工端面为自由曲面的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极。

较佳的，所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极具有多层所述导电层，先将其余所述导电层绝缘处理，再以所述套筒形电极、未绝缘处理的所述导电层分别为电解阴极、电解阳极，接通电源将未绝缘处理的所述导电层上所述加工端面加工至斜平面、凸弧面或自由曲面。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明具有加工稳定性好、加工精度高、加工范围宽和加工效率高的特点。

附图说明

图1为实施例二的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的主视加工示意图；

图2为实施例二的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的侧视加工示意图；

图3为实施例二的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的结构示意图；

图4为实施例三的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的主视加工示意图；

图5为实施例三的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的侧视加工示意图；

图6为实施例三的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的结构示意图；

图7为实施例四的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的主视加工示意图；

图8为实施例四的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的侧视加工示意图；

图9为实施例四的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的结构示意图；

图10为实施例五的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工变截面微小沟槽的主视图；

图11为实施例五的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工变截面微小沟槽的侧视图；

图12为实施例五的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工的具有变截面微小沟槽的工件示意图；

图13为实施例六的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工变截面微小沟槽的主视图；

图14为实施例六的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工变截面微小沟槽的侧视图；

图15为实施例六的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工的具有变截面微小沟槽的工件示意图；

图16为实施例七的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工变截面微小沟槽的主视图；

图17为实施例七的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工变截面微小沟槽的侧视图；

图18为实施例七的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工的具有变截面微小沟槽的工件示意图；

图19为实施例八的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工变截面微小沟槽的示意图；

图20为实施例八的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工的具有变截面微小沟槽的工件示意图；

图21为实施例二的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极表面电流密度分布图；

图22为实施例三的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极表面电流密度分布图；

图23为实施例四的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极表面电流密度分布图。

图中数字表示：

1-绝缘层；2-导电层；3-工件；4-电源；5-电极；20-左侧导电层；21-中间导电层；22-右侧导电层。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

本发明所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极包括绝缘层1和导电层2，所述导电层2与所述绝缘层1呈交替间隔布置，所述导电层2的加工端面被所述电极5电解加工成形，所述导电层2的加工端面呈曲面形状或平面形状，所述导电层2的高度小于的所述绝缘层1高度；使所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极与工件3贴紧时，所述绝缘层1与所述工件3贴合但所述导电层2与所述工件3具有间隙，所述间隙为加工区域。

较佳的，所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极是由多个所述绝缘层1与多个所述导电层2呈交替间隔布置叠加组成的，所述工件3置于所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的下方，所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极紧贴所述工件3，所述工件3、所述导电层2分别电性连接电源4的正、负极，加工区域设有电解液a。所述加工区域为所述导电层2加工端面和所述工件3之间的区域。

较佳的，所述绝缘层1的厚度大于250μm。

所述导电层2的厚度为数十微米至数毫米之间。

制作工具阴极时，所述导电层2作电解阳极，其端部根据所述电极5加工面的大致形状，被加工各种形状，或平面，或曲面等。

本发明采用所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极进行的电解加工方法，具体包括步骤：

S1，制作由所述导电层2和所述绝缘层1组成的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极，其中所述导电层2与所述绝缘层1呈交替间隔布置；

S2，所述工件3置于所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的下方，并紧贴所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的所述绝缘层1；

S3，所述工件3、所述导电层2分别电性连接所述电源4的正、负极；

S4，向加工区域喷射所述电解液a，使所述电解液a通过所述导电层2与所述工件3之间形成的通道流入；

S5，接通所述电源4，进行电解加工。

本发明所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的设置结构提高加工精度以及加工的稳定性，中间是所述导电层，两侧是所述绝缘层，且所述导电层高度始终小于紧贴于工件的绝缘层的高度，从而有效抑制非加工区的材料去除，减小非加工区的二次加工、杂散腐蚀等加工缺陷。实现更小沟槽宽度、更低杂散腐蚀的高精度加工和加工稳定性。

根据不同异形沟槽的需要，依据所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极中所述导电层加工端面的平面形状，可制作不同异形的沟槽，也可以在同一工件上一次加工出不同类型的变截面微小沟槽。

同时所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极制作简单、寿命长，使用所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极对加工环境要求低，能实现多次重复使用，无需更换。

实施例二

如图1至图3所示，图1为实施例二的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的主视加工示意图；图2为实施例二的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的侧视加工示意图；图3为实施例二的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的结构示意图。

将由所述导电层2、二层所述绝缘层1组成的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极，置于所述电极5的上方，在本实施例中，所述电极5是一楔形的金属板，所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极与所述电极5之间为电解液a通道，所述导电层2与所述电极5分别电性连接电源4的正、负极，接通所述电源4，所述导电层2上的端面被加工出与所述电极5上楔形相似的形状，制作所述加工端面为斜平面的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极。

实施例三

如图4至图6所示，图4为实施例三的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的主视加工示意图；图5为实施例三的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的侧视加工示意图；图6为实施例三的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的结构示意图。

将由所述导电层2、二层所述绝缘层1组成的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极，置于所述电极5的上方，在本实施例中，所述电极5是一有凸弧面的金属板，所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极与所述电极5之间为电解液a通道，所述导电层2与所述电极5分别电性连接电源4的正、负极，接通所述电源4，所述导电层2上的端面被加工出与所述电极5上凸弧面相似的形状，制作所述加工端面为凹弧面的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极。

实施例四

如图7至图9所示，图7为实施例四的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的主视加工示意图；图8为实施例四的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的侧视加工示意图；图9为实施例四的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的结构示意图。

将由所述导电层2、二层所述绝缘层1组成的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极，置于所述电极5的上方，在本实施例中，所述电极5是一有自由曲面的金属板，所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极与所述电极5之间为电解液a通道，所述导电层2与所述电极5分别电性连接电源4的正、负极，接通所述电源4，所述导电层2上的端面被加工出与所述电极5上自由曲面相似的形状，制作所述加工端面为自由曲面的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极。

实施例五

如图10至图12所示，图10为实施例五的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工变截面微小沟槽的主视图；图11为实施例五的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工变截面微小沟槽的侧视图；图12为实施例五的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工的具有变截面微小沟槽的工件示意图。

将制作好的所述加工端面为斜平面的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极，放置于所述工件3的上方，所述加工端面位置处的所述绝缘层1紧贴所述工件3，所述导电层2、所述绝缘层1和所述工件3之间形成电解液通道，所述导电层2、所述工件3分别电性连接电源4的正、负极，接通所述电源4；进行电解加工，所述工件3表面加工出具有均匀变截面的微小沟槽。

实施例六

如图13至图15所示，图13为实施例六的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工变截面微小沟槽的主视图；图14为实施例六的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工变截面微小沟槽的侧视图；图15为实施例六的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工的具有变截面微小沟槽的工件示意图。

将制作好的所述加工端面为凹弧面的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极，放置于所述工件3的上方，所述加工端面位置处的所述绝缘层1紧贴所述工件3，所述导电层2、所述绝缘层1和所述工件3之间形成电解液通道，所述导电层2、所述工件3分别电性连接电源4的正、负极，接通所述电源4；进行电解加工，所述工件3表面加工出具有变截面的微小沟槽。

实施例七

如图16至图18所示，图16为实施例七的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工变截面微小沟槽的主视图；图17为实施例七的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工变截面微小沟槽的侧视图；图18为实施例七的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工的具有变截面微小沟槽的工件示意图。

将制作好的所述加工端面为自由曲面的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极，放置于所述工件3的上方，所述加工端面位置处的所述绝缘层1紧贴所述工件3，所述导电层2、所述绝缘层1和所述工件3之间形成电解液通道，所述导电层2、所述工件3分别电性连接电源4的正、负极，接通所述电源4；进行电解加工，所述工件3表面加工出具有变截面的微小沟槽。

实施例八

如图19、图20所示，图19为实施例八的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工变截面微小沟槽的示意图；图20为实施例八的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极电解加工的具有变截面微小沟槽的工件示意图。

在本实施例中，所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极是具有三个所述导电层2，四个所述绝缘层1组成的叠片式电极，其中所述绝缘层1与所述导电层2是间隔布置，左侧导电层20的加工端面形状为凹弧面，中间导电层21的加工端面形状为斜平面，右侧导电层22的加工端面形状为自由曲面，加工所述左侧导电层20时，先绝缘所述中间导电层21和所述右侧导电层22，直至所述左侧导电层20端面为凹弧面，加工所述中间导电层21时，先绝缘所述左侧导电层20和所述右侧导电层22，直至所述中间导电层21端面为斜平面，加工所述右侧导电层22时，先绝缘所述中间导电层21和所述左侧导电层20，直至所述右侧导电层22端面为自由曲面。

所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极放置于所述工件3的上方，所述加工端面位置处的所述绝缘层1紧贴所述工件3，所述左侧导电层20、所述中间导电层21、所述右侧导电层22、所述绝缘层1和所述工件3之间形成电解液a通道，所述左侧导电层20、所述中间导电层21、所述右侧导电层22和所述工件3分别电性连接电源4的正、负极，接通所述电源4，进行电解加工，所述工件3表面加工出多变截面的微小沟槽。

本发明可满足不同排布的微细沟槽的需求，沟槽的宽度可通过调整所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极中的所述导电层厚度实现，且调整范围宽，沟槽之间的间距可以通过调整所述绝缘层的厚度实现。

实施例九

如图21、图22、图23所示，图21为实施例二的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极表面电流密度分布图；图22为实施例三的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极表面电流密度分布图；图23为实施例四的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极表面电流密度分布图。

从图21中可明显看出，随着角度θ的增加(其中BC段设计为加工最大间隙)，越靠近导电层，电流密度越大，导电层蚀除就快，反之，电流密度越小；导电层蚀除慢；就形成了图3中的导电层形状。用制备的工具阴极就可以在工件表面加工出变截面微小沟槽，如图12所示。

从图22中可明显看出，随着电极加工圆弧段曲率半径ρ越来越小，其越来越接近导电层端面，电流密度逐渐增大，导电层蚀除就快，反之，电流密度越小，导电层蚀除慢；就形成了图6的导电层形状。用制备的工具阴极就可以在工件表面加工出变截面微小沟槽，如图15所示。

从图23中可明显看出，随着电极加工两段圆弧段曲率半径ρ越来越小，其凸起部分越来越接近导电层端面，电流密度迅速增大，导电层蚀除很快，导电层端部就形成凹坑状，其凹陷部分越来越远离导电层端面，电流密度逐渐减小，导电层上蚀除量逐渐减小，其导电层端部形成凸起状，又凸起部分边缘处的电流密度迅速减小，其导电层的蚀除就会变少，导电层形成凸起状，就形成了图9的导电层形状。用制备的工具阴极就可以在工件表面加工出变截面微小沟槽，如图18所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电解加工变截面微小沟槽的工具阴极，其特征在于，包括绝缘层和导电层，所述导电层与所述绝缘层呈交替间隔布置，所述导电层的加工端面被电极电解加工成形，所述导电层的加工端面呈曲面形状或倾斜平面形状，所述导电层的高度小于的所述绝缘层高度。

2.如权利要求1所述的电解加工变截面微小沟槽的工具阴极，其特征在于，所述绝缘层的厚度大于250μm。

3.如权利要求1所述的电解加工变截面微小沟槽的工具阴极，其特征在于，所述导电层的厚度为20微米至8毫米之间。

4.一种采用如权利要求1所述的电解加工变截面微小沟槽的工具阴极进行的电解加工方法，其特征在于，包括步骤：

S1，制作由所述导电层和所述绝缘层组成的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极；

S2，工件置于所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的下方，并紧贴所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极的所述绝缘层；

S3，所述工件、所述导电层分别电性连接电源的正、负极；

S4，向所述导电层与所述工件之间形成的加工区域喷射电解液；

S5，接通所述电源，进行电解加工。

5.如权利要求4所述的电解加工方法，其特征在于，所述电极为一楔形的金属板，所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极与所述电极之间为电解液通道，所述导电层与所述电极分别电性连接电源的正、负极，接通所述电源，从而制作所述加工端面为斜平面的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极。

6.如权利要求4所述的电解加工方法，其特征在于，所述电极为一有凸弧面的金属板，所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极与所述电极之间为电解液通道，所述导电层与所述电极分别电性连接电源的正、负极，接通所述电源，从而制作所述加工端面为凹弧面的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极。

7.如权利要求4所述的电解加工方法，其特征在于，所述电极为一有自由曲面的金属板，所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极与所述电极之间为电解液通道，所述导电层与所述电极分别电性连接电源的正、负极，接通所述电源，从而制作所述加工端面为自由曲面的所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极。

8.如权利要求4所述的电解加工方法，其特征在于，所述电解加工变截面微小沟槽的工具阴极具有多层所述导电层，先将其余所述导电层绝缘处理，再以所述套筒形电极、未绝缘处理的所述导电层分别为电解阴极、电解阳极，接通电源将未绝缘处理的所述导电层上所述加工端面加工至斜平面、凸弧面或自由曲面。

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