CN112935436A - 金属弯管内表面电解机械复合抛光用电极及装置与方法 - Google Patents

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曾永彬
杨涛
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Abstract

本发明公开了一种金属弯管内表面电解机械复合抛光用电极及装置与方法,属于金属弯管内表面抛光技术领域。本发明的目的是为了解决现有的电极形式难以进入金属弯管从而对其进行电解机械复合抛光的问题。本发明的主要特征在于：金属弯管内表面电解机械复合抛光用形状记忆电极包括单程形状记忆合金丝和缠绕在其表面的绝缘线圈，形状记忆电极直径小于弯管内径；利用形状记忆电极的超弹性将其插入金属弯管后，加热形状记忆电极，消除其插入过程中产生的变形，在电极夹持装置和工件夹具的作用下使电极与流道同轴；混有磨粒的电解液从弯管的一侧流入，从另一侧流出，对弯管内表面进行电解机械复合抛光。

Description

金属弯管内表面电解机械复合抛光用电极及装置与方法
技术领域
本发明属于金属弯管内表面抛光技术领域，具体涉及一种可用于金属弯管内表面电解机械复合抛光用的形状记忆电极及装置与方法。
背景技术
增材制造可以实现一体化、轻量化复杂结构的快速制造，受到了装备制造业的广泛关注。对于伺服机构阀体、壳体类零件，弯曲流道是其主要结构特征之一，采用增材制造工艺可减少闭死容腔、提高流体效率，降低制造、装配难度。一般而言，选区激光熔化技术成形尺寸精度一般在0.5mm左右，表面粗糙度在Ra10-50μm之间，这主要是由“台阶效应”、“球化效应”、“粉末粘附”导致的。增材制造零件尺寸和形状精度低，表面质量较差，进行后处理加工是必要的，目前常用的表面处理方法主要有以下几种：传统抛光、激光抛光、化学抛光、磨粒流加工等。
传统抛光是当前增材制造零件最主要的表面处理方法，但传统抛光对微小弯管内壁表面的加工可达性差，一般用于零件外表面的光整处理；激光抛光后零件表面的耐腐蚀性降低，且抛光层内有残余应力存在；磨粒流抛光存在明显的“边缘效应”，抛光大长径比流道时会发生局部过抛或欠抛的现象；化学抛光难以控制加工去除量，且废液污染环境。
与上述几种工艺相比，电解机械复合抛光对金属弯管构件内壁表面的加工可达性好。对于弯曲且粗糙度较大的金属弯管内表面，在电解液中混入磨粒，利用电化学阳极溶解和磨粒的微切削作用对弯管零件内表面进行抛光，处理后表面粗糙度显著改善，具有明显的优势，在目前广泛应用增材制造加工微小弯管构件的背景下，开发出一种适用于微小金属弯管内表面电解机械复合抛光用的阴极工具电极迫在眉睫。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于单程形状记忆合金丝的金属弯管内表面电解机械复合抛光用形状记忆电极及装置与方法。
上述形状记忆电极包括单程形状记忆合金丝和缠绕在其表面的绝缘线圈；
单程形状记忆合金丝根据待抛光金属弯管形状加工而成，与金属弯管具有相同的轴线形状，形状记忆合金丝直径加上2倍的绝缘线圈直径小于金属弯管内径。
上述形状记忆电极用固定装置包括用于定位待加工金属弯管的工件夹具；还包括两个电极夹持装置；形状记忆电极位于金属弯管中，并在工件夹具的电解液入口端和出口端各通过一个上述电极夹持装置定位；
上述电极夹持装置包括高压管接头、夹持环和基座；其中高压管接头一端与电解液管相连，另一端通过外螺纹与基座连接；夹持环位于高压管接头内部，夹持环开设有中心夹持孔用来夹持形状记忆电极；高压管接头与夹持环之间通过楔形结构配合使夹持环的中心夹持孔夹紧固定住形状记忆电极；夹持环还开设有四个磨粒电解液流入/流出孔；基座与工件夹具通过螺钉固定在一起。
利用上述形状记忆电极及固定装置对金属弯管内表面进行电解机械复合抛光的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.室温下，将形状记忆电极插入金属弯管；
S2.对变形的形状记忆电极进行加热，使其恢复原状；
S3.利用电极夹持装置和工件夹具使电极与金属弯管位于同轴位置并固定；
S4.形状记忆电极接电源阴极，金属弯管接电源正极，混有磨粒的电解液从金属弯管一端流入，另一端流出，对金属弯管内表面进行电解机械复合抛光。
基于形状记忆合金的形状记忆电极具有优异的形状记忆功能和超弹性，并且抗腐蚀、耐磨损。利用形状记忆电极的超弹性可将其轻松插入到金属弯管中，后对形状记忆电极加热到其马氏体逆相变结束温度以上，消除插入过程中形状记忆电极产生的变形，恢复原状，在工件夹具和电极夹持装置的夹持固定下，形状记忆电极与金属弯管同轴，且形状记忆电极表面缠绕有绝缘线圈，使金属弯管内表面与形状记忆合金丝不发生接触短路，保证加工的稳定性。
通过选用不同直径的电极来改变极间间隙的大小，从而提高加工定域性和电场、流场的稳定性，提高工件表面的抛光质量。
本发明的有益效果在于：
1.本发明提出的一种金属弯管内表面电解机械复合抛光用形状记忆电极采用形状记忆合金丝，通过加工成形和加热消除变形可以实现形状记忆电极与金属弯管具有良好的同轴度，且形状记忆电极表面缠绕有绝缘线圈，避免了形状记忆合金丝与弯管内壁接触发生短路，保证了加工过程的稳定进行，解决了电极难以进入金属弯管内进行电解机械复合抛光的难题。
2.选用的形状记忆合金丝具有抗腐蚀，耐磨损等优点，可以减小磨粒对形状记忆电极的磨损；且具有超弹性，使形状记忆电极易于插入金属弯管中。
3.通过选用不同直径的形状记忆电极可以方便的改变极间间隙的大小，改善加工区域流场和电场的稳定性，增强磨粒的微切削作用，提高加工定域性，加工表面质量得到了大幅提升。
附图说明
图1为形状记忆电极插入金属弯管过程示意图，其中图1（a）是形状记忆电极插入金属弯管前的示意图，图1（b）是形状记忆电极插入金属弯管后的示意图，图1（c）是形状记忆电极经加热恢复原状的示意图；
图2为电极夹持装置示意图；
图3为金属弯管内表面电解机械复合抛光过程示意图；
其标号名称分别为：1、形状记忆电极，2、金属弯管，3、螺钉，4、电极夹持装置，5、混有磨粒的电解液，6、电源，7、引电螺钉，8、工件夹具，9、高压管接头，10、夹持环，11、磨粒电解液流入/流出孔，12、中心夹持孔，13、基座，14、绝缘线圈，15形状记忆合金丝。
具体实施方式
以内径5mm，壁厚3mm，长度70mm的L形金属弯管2作为实施例的待加工工件，以直径3mm的形状记忆电极1作为实施例的电极，其中形状记忆合金丝15直径2mm，绝缘线圈14直径0.5mm。
下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1的（a）部分所示，金属弯管内表面电解机械复合抛光用形状记忆电极1是将形状记忆合金丝在其奥氏体相的温度范围内加工成与金属弯管2相同的弯曲形状而成，与金属弯管2具有相同的轴线形状，且形状记忆电极1表面缠绕有绝缘线圈14，形状记忆电极1直径可根据抛光工艺的需要加工成小于金属弯管2内径的任意尺寸；利用形状记忆电极1的超弹性将形状记忆电极1插入弯管中。
如图1的（b）部分所示，形状记忆电极1在插入金属弯管2的过程中，在金属弯管2内壁的作用下会发生一定的变形，使形状记忆电极1与金属弯管2内表面相接触。
如图1的（c）部分所示，形状记忆电极1插入金属弯管2后，将形状记忆电极1加热到马氏体逆相变结束温度以上产生的变形可完全消除，形状记忆电极1恢复至原始形状。
图2为本发明实施例提供的形状记忆电极夹持装置的结构图。
参见图2，本实施例中的电极夹持装置4，包括：高压管接头9、夹持环10和基座13；其中高压管接头9一端与高压管相连，另一端通过螺纹与基座13连接；夹持环10开设有中心夹持孔12用来夹持电极1，还开设有四个磨粒电解液流入/流出孔11；基座13与工件夹具8通过螺钉3固定在一起；高压管接头9与夹持环10之间通过楔形结构配合使夹持环10的中心夹持孔12夹紧固定住电极1的两端。
如图3所示，工件夹具8将弯管2固定，两个电极夹持装置4分别夹持住电极1的两端并通过螺钉3安装在工件夹具8上，使电极1与弯管2保持同轴，避免电极1与弯管2内表面接触发生短路；工件夹具8为绝缘材料制作，电极夹持装置4材料为不锈钢，形状记忆电极1通过电极夹持装置4与电源6负极相接，金属弯管2通过引电螺钉7与电源6正极相接。
混有磨粒的电解液5以一定的压力经电极夹持装置4注入到金属弯管2中，利用电化学阳极溶解作用和高速运动磨粒的微切削作用对金属弯管2内表面进行电解机械复合抛光。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种金属弯管内表面电解机械复合抛光用形状记忆电极，其特征在于：
上述形状记忆电极（1）包括单程形状记忆合金丝（15）和缠绕在其表面的绝缘线圈（14）；
上述单程形状记忆合金丝（15）是根据待抛光金属弯管（2）形状加工而成，与金属弯管（2）具有相同的轴线形状，形状记忆合金丝（15）直径加上2倍的绝缘线圈（14）直径小于金属弯管（2）内径。
2.根据权利要求1所述的形状记忆电极用固定装置，其特征在于：
包括用于定位待加工金属弯管（2）的工件夹具（8）；
还包括两个电极夹持装置（4）；
形状记忆电极（1）位于金属弯管（2）中，并在工件夹具（8）的电解液入口端和出口端各通过一个上述电极夹持装置（4）定位；
上述电极夹持装置（4）包括高压管接头（9）、夹持环（10）和基座（13）；其中高压管接头（9）一端与电解液管相连，另一端通过外螺纹与基座（13）连接；夹持环（10）位于高压管接头（9）内部，夹持环（10）开设有中心夹持孔（12）用来夹持形状记忆电极（1）；高压管接头（9）与夹持环（10）之间通过楔形结构配合使夹持环（10）的中心夹持孔（12）夹紧固定住形状记忆电极（1）；夹持环（10）还开设有四个磨粒电解液流入/流出孔（11）；基座（13）与工件夹具（8）通过螺钉（3）固定在一起。
3.利用权利要求1和2所述的形状记忆电极及固定装置对金属弯管内表面进行电解机械复合抛光的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.室温下，将形状记忆电极（1）插入金属弯管（2）；
S2.对变形的形状记忆电极（1）进行加热，使其恢复原状；
S3.利用电极夹持装置（4）和工件夹具（8）使电极（1）与金属弯管（2）位于同轴位置并固定；
S4.形状记忆电极（1）接电源（6）阴极，金属弯管（2）接电源（6）正极，混有磨粒的电解液（5）从金属弯管（2）一端流入，另一端流出，对金属弯管（2）内表面进行电解机械复合抛光。
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