CN114632985A - 一种真空吸液加工头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微细电解加工技术领域，公开了一种真空吸液加工头，包括：具有腔体的加工头本体、具有凹槽和边缘的绝缘基座、管电极模块和负压吸液模块；所述加工头本体、绝缘基座和管电极模块同轴装配，且所述管电极模块中的管电极上端位于所述加工头本体的内腔内；所述绝缘基座用于支撑所述管电极模块；所述管电极穿透所述绝缘基座的凹槽，作用于所述绝缘基座下方的工件上；电解液从所述管电极上端进入，沿着管电极作用到工件的加工区域；所述负压吸液模块连通于所述管电极模块，用于将电解液在所述加工区域加工后的产物通过管电极模块与绝缘基座凹槽底端的负压区域排除到外部。从而提高加工间隙内的产物排出效率，提高加工效率和加工稳定性。
Description
技术领域
本发明属于微细电解加工技术领域，具体涉及一种真空吸液加工头。
背景技术
管电极电解加工技术广泛应用于航空航天的领域难加工材料精密深小孔加工。管电极电解加工小孔时，电解液从中空管电极内射出，从管电极外壁与加工小孔内壁之间的侧面间隙离开加工区域，加工头夹持管电极并按预定方向完成进给运动，工件材料以电化学阳极溶解原理被蚀除，从而实现大深径比小孔的加工。
基于管电极电解加工的原理优势，其加工小孔表面无热影响、再铸层及微裂纹等缺陷，且可加工各种导电难加工材料。但是随着加工深度的不断增加，加工间隙中产物的排出速率急剧下降，若加工产物无法及时排出加工间隙易引起间隙堵塞，严重时造成短路火花放电现象，烧蚀破坏管电极端部，使加工过程无法正常稳定运行。但是加工深度增大时加工产物排出效率急剧下降。因此需要采取措施提高大深度小孔加工时加工间隙内的产物排出效率，以进一步提高加工效率，并提高加工稳定性。
发明内容
鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，本发明的目的在于提供一种真空吸液加工头。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种真空吸液加工头，包括：具有腔体的加工头本体、具有凹槽和边缘的绝缘基座、管电极模块和负压吸液模块；
所述加工头本体、绝缘基座和管电极模块同轴装配，且所述管电极模块中的管电极上端位于所述加工头本体的内腔内；
所述绝缘基座用于支撑所述管电极模块；所述管电极穿透所述绝缘基座的凹槽，作用于所述绝缘基座下方的工件上；
电解液从所述管电极上端进入，沿着管电极作用到工件的加工区域；
所述负压吸液模块连通于所述管电极模块，用于将电解液在所述加工区域加工后的产物通过管电极模块与绝缘基座凹槽底端的负压区域排除到外部。
优选的，所述管电极模块还包括：安装盘和固定块；所述安装盘用于连接所述加工头本体和固定块；所述固定块呈T状，管电极位于所述固定块的纵向中心，所述固定块沿管电极纵向固定管电极；所述管电极纵向凸出于固定块，作用到工件的加工区域；所述管电极、安装盘和固定块同轴装配。
优选的，所述加工头还包括限位模块，所述限位模块包括：限位螺栓和与其同轴套设的弹簧；所述限位螺栓连接所述安装盘和绝缘基座的边缘，用于限制所述绝缘基座的运动下限；所述弹簧用于实现绝缘基座和固定块的相对运动。
优选的，所述限位模块还包括中空状的导向器，所述导向器设置于绝缘基座中心内下端，所述导向器用于限制所述管电极的径向运动幅度；所述导向器与所述固定块中间形成所述负压区域；所述绝缘基座、导向器和管电极同轴装配。
优选的，所述加工头还包括密封组件，所述密封组件包括滑动密封套和接触密封块；所述滑动密封套设置于所述绝缘基座的内壁上；所述接触密封块设置于所述绝缘基座与工件的接触表面上，所述密封组件用于实现工件的加工区域和外界的密封。
优选的，所述负压吸液模块包括真空泵和出液管路；所述出液管路与所述负压区域连通；所述真空泵设置于所述绝缘基座外部，用于通过所述出液管路将负压区域中的加工产物排出。
优选的，所述加工头还包括导电块，安装在所述绝缘基座中心的内底端；所述导电块与电流检测系统电连接，用于在工件加工过程中与所述电解液、电流检测系统形成回路，用于判定加工孔是否穿透加工件。
优选的，所述还包括运动控制器，所述运动控制器设置于所述绝缘基座的外部，用于控制所述管电极模块沿垂直方向运动。
优选的，所述还包括激光器、反射镜组和聚焦透镜；相应的，所述加工头本体上端中心设有窗口；所述激光器设置于所述绝缘基座的外部，所述激光器发射的激光经过反射镜组的发射后入射到聚焦透镜上；聚焦透镜将所述激光聚焦后，通过所述窗口与所述管电极同轴进入加工区域，作用到所述工件上。
综上可知，本发明具有以下有益效果
1)本发明中由于负压吸液模块和管电极的配合，可以大大提高大深度小孔加工时加工间隙内的产物排出效率，从而提高加工效率和加工稳定性；
2)基于加工头的密封组件，由此实现了加工区域的密封，并有效避免了电解液飞溅和雾化对实验环境及加工设备造成的化学腐蚀；
3)基于导电块和电流电测系统，在所加工的小孔贯穿工件时，使得两个导电块之间填充的电解液瞬间降低，从而导致电流数据急剧下降，从而可以判断所加工的小孔是否贯穿工件；
4)基于激光器、反射镜组和聚焦透镜，本发明还可以综合利用激光和管电极对工件进行加工，从而更进一步提升高表面质量加工孔的加工效率。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明实施例一中应用于管电极电解加工时的结构示意图；
图3为本发明实施例二中应用于激光与管电极电解复合加工时的结构示意图；
图4为本发明中监测导电块与电流监测系统的配合示意图；
图5为本发明加工头所加工的小孔未贯穿工件时加工产物的返流原理图；
图6为本发明加工头所加工的小孔贯穿工件时加工产物的流向原理图；
图7为利用本发明加工头进行小孔加工时的电流监测示意图；
图中：工件-1；电流检测系统-2；运动控制器-3；限位螺栓-4；绝缘基座-5；水槽-6；进液管路-7；加工头本体-8；管电极-9；安装盘-10；固定块-11；弹簧-12；滑动密封套-13；出液管路-14；真空泵-15；导向器-16；导电块-17；接触密封块-18；激光器-19；反射镜组-20；窗口-21；聚焦透镜-22。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
实施例一
在本实施例中，提供一种真空吸液加工头，具体的将该加工头应用于管电极电解加工中，并结合图1-图2所示，该加工头应包括如下结构：
具有腔体的加工头本体8、具有凹槽和边缘的绝缘基座5、管电极9模块和负压吸液模块；其中，
加工头本体8、绝缘基座5和管电极9模块同轴装配，且管电极9模块中的管电极9上端位于加工头本体8的内腔内；
绝缘基座5用于支撑管电极9模块；管电极9穿透绝缘基座5的凹槽，作用于绝缘基座5下方的工件1上；
电解液从管电极9上端进入，沿着管电极9作用到工件1的加工区域；
负压吸液模块连通于管电极9模块，用于将电解液在加工区域加工后的产物通过管电极9模块与绝缘基座5凹槽底端的负压区域排除到外部。
另外，还包括运动控制器3，且运动控制器3设置于绝缘基座5的外部，用于控制管电极9模块沿垂直方向运动。
上述，关于管电极9模块还包括：安装盘10和固定块11；其中，安装盘10用于连接加工头本体8和固定块11；固定块11呈T状，管电极9位于固定块11的纵向中心，固定块11沿管电极9纵向固定管电极9；管电极9纵向凸出于固定块11，作用到工件1的加工区域，且管电极9、安装盘10和固定块11同轴装配。
上述，关于负压吸液模块：包括真空泵15和出液管路14；出液管路14与负压区域连通；真空泵15设置于绝缘基座5外部，用于通过出液管路14将负压区域中的加工产物排出。
综上可知，在本实施例中，所述的加工头的工作方式为：
安装管电极9：将管电极9固定于固定块11的纵向中心处，然后将固定块11插入固定于安装盘10上，以此实现管电极9的固定安装。
加工时：通过运动控制器3控制管电极9和绝缘基座5进行竖直向下进给；在此过程中，管电极9接负极，工件1接正极，电解液从管电极9上端进入，由此在电解液环境下工件发生氧化反应实现工件1表面材料的去除。与此同时，真空泵15与出液管路14配合，为加工区域上方提供负压，由此结合图5所示，使得电解液在接触所加工的小孔底部后，基于其自身动能以及加工区域上方的负压而迅速返流至出液管路14中，从而大幅度提高加工产物流出加工区域的效率。
在本实施例中，所提供的加工头还包括：限位模块，且限位模块包括：限位螺栓4和与其同轴套设的弹簧12；具体，限位螺栓4连接安装盘10和绝缘基座5的边缘，用于限制绝缘基座5的运动下限；弹簧12用于实现绝缘基座5和固定块11的相对运动。
由此可知，在与管电极9进行竖直向下进给时，会通过固定块11带动安装盘10进行同步进给，此时安装盘10则下压弹簧12，使得绝缘基座5与固定块11相互靠近。而在完成加工后，则基于压缩的弹簧12的回弹，则使得绝缘基座5与固定块11相互远离。
在本实施例中，进一步的，限位模块还包括中空状的导向器16，导向器16设置于绝缘基座5中心内下端，导向器16用于限制管电极9的径向运动幅度，且导向器16与固定块11中间形成负压区域；其中，绝缘基座5、导向器16和管电极9同轴装配。在此状态下，使得管电极9在进行竖直向下进给的过程中，可通过导向器16进行管电极9的径向运动幅值的限定，从而有效提高管电极9进给的稳定性。
现有技术中，管电极电解加工中，高速流动的电解液沿侧面加工间隙流出，形成溅射及雾化现象，残留于加工设备零件表面及安装间隙，不利于设备加工环境的密封，容易腐蚀金属材质的设备零件，降低加工设备使用寿命。
因此，本实施例还包括：密封组件，且密封组件包括滑动密封套13和接触密封块18；其中，滑动密封套13设置于绝缘基座5的内壁上，实现绝缘基座5与固定块11之间的密封；接触密封块18设置于绝缘基座5与工件1的接触表面上，实现绝缘基座5底部与工件1表面之间的密封；由此，保证整体密封组件有效实现工件1的加工区域和外界的密封，进而避免了电解液飞溅和雾化对实验环境及加工设备造成的化学腐蚀。
在本实施例中，所提供的加工头还包括水槽6和进液管路7；具体，水槽6设置于绝缘基座5的外部，水槽6里的电解液通过进液管路7从管电极9上端进入到工件1的加工区域。
对应的，关于上述负压吸液模块，包括真空泵15和出液管路14；其中，出液管路14与负压区域连通；真空泵15设置于绝缘基座5外部，用于通过出液管路14将负压区域中的加工产物排出。
由上可知，利用水槽6与进液管路7的配合，向管电极9及工件1的加工区域中导入电解液；利用真空泵15与出液管路14的配合，实现加工后电解液及加工产物的负压排出。
现有技术中，在加工带有内腔结构工件，典型如航空发动机涡轮叶片时，如无法快速检测到小孔打穿上壁面，将造成对内腔另一壁面的损伤，影响工件的疲劳寿命。因此，需对管电极电解加工的加工状态进行实时监测，当检测到上壁面打穿后及时关闭管电极电解加工，以防止造成的对壁损伤。因此，本发明实施中还包括导电块17，安装在绝缘基座5中心的内底端；导电块17与电流检测系统2电连接，用于在工件1加工过程中与电解液、电流检测系统2形成回路，用于判定加工孔是否穿透加工件1。
具体的，结合图4所示，导电块17优选为扇形结构，并对称设为两个，因此电解液返流至出液管路14的过程中，电解液充满两个扇形导电块17之间的间隙，由此使得导电块17、电解液、电流检测系统2形成如图4所示的串联回路。在管电极9进给过程中，所加工的小孔未贯穿工件1，此时通过两个扇形导电块之间的电解液流场较为稳定，从而使得电流检测系统2所监测到的导电块17上的电流数据较为稳定，如图7中所示的a至b段；而结合图6所示，当所加工的小孔贯穿工件1时，小孔底部与外环境连通，此时电解液从小孔底部大量流出，从而使得经过两个扇形导电块之间的电解液迅速降低至接近为0的状态，在此状态下，电流检测系统2所监测到的导电块17上的电流数据急剧下降，如图7中所示的b处突变、以及b至c段，由此即可通过电流突变精准判断所加工的小孔是否贯穿工件1。
实施例二
在本实施例中，提供一种真空吸液加工头，具体的将该加工头应用于激光与管电极电解复合加工中，并结合图3所示，该加工头应包括如下结构。
所述的加工头包括：具有腔体的加工头本体8、具有凹槽和边缘的绝缘基座5、管电极9模块和负压吸液模块；其中，加工头本体8、绝缘基座5、管电极9模块和负压吸液模块均与上述实施例一所公开的结构及原理相同；
进一步的，还可以综合激光加工、管电极电解加工及其耦合效应高速去除工件材料，从而提升高表面质量加工孔的加工效率。
因此，本发明实施例还包括：激光器19、反射镜组20和聚焦透镜22；相应的，加工头本体8上端中心设有窗口21；其中，
激光器19设置于绝缘基座5的外部，激光器19发射的激光经过反射镜组20的发射后入射到聚焦透镜22上；聚焦透镜22将激光聚焦后，通过窗口21与管电极9同轴进入加工区域，作用到工件1上。
类似的，在加工带有内腔结构工件，如无法快速检测到加工孔打穿上壁面并及时关闭激光器，将造成激光对内腔另一壁面的损伤，影响工件的疲劳寿命。因此，仍需要对激光与管电极电解复合加工的加工状态进行实时监测，当检测到上壁面打穿后及时关闭激光，以防止激光造成的对壁损伤。
因此，激光加工还可以与导电块17、电流检测系统2结合，从而避免加工孔被打穿。在本实施例中，所提供的加工头不仅能达到上述实施例一中密封加工、电解液及加工产物快速导出、准确检测小孔是否贯穿工件1等作用，还能在加工产物大量减少的情况下使得激光器19所发射的激光能更好的传输到加工区域中，进而提高小孔加工效率。
另外，本发明提出的一种真空吸液加工头，不仅可用于上文提及的管电极电解加工、激光与管电极电解复合加工中，也可以应用于其他小孔加工技术，例如电火花打孔、机械钻孔等。
综上可知，本发明具有以下有益效果
本发明中由于负压吸液模块和管电极的配合，可以大大提高大深度小孔加工时加工间隙内的产物排出效率，从而提高加工效率和加工稳定性；基于密封组件，由此实现了加工区域的密封，并有效避免了电解液飞溅和雾化对实验环境及加工设备造成的化学腐蚀；基于导电块和电流电测系统，在所加工的小孔贯穿工件时，使得两个导电块之间填充的电解液瞬间降低，从而导致电流数据急剧下降，从而可以判断所加工的小孔是否贯穿工件；基于激光器、反射镜组和聚焦透镜，本发明还可以综合利用激光和管电极对工件进行加工，从而更进一步提升高表面质量加工孔的加工效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种真空吸液加工头，其特征在于，包括：具有腔体的加工头本体、具有凹槽和边缘的绝缘基座、管电极模块和负压吸液模块；
所述加工头本体、绝缘基座和管电极模块同轴装配，且所述管电极模块中的管电极上端位于所述加工头本体的内腔内；
所述绝缘基座用于支撑所述管电极模块；所述管电极穿透所述绝缘基座的凹槽，作用于所述绝缘基座下方的工件上；
电解液从所述管电极上端进入，沿着管电极作用到工件的加工区域；
所述负压吸液模块连通于所述管电极模块，用于将电解液在所述加工区域加工后的产物通过管电极模块与绝缘基座凹槽底端的负压区域排除到外部。
2.根据权利要求1所述的一种真空吸液加工头，其特征在于，所述管电极模块还包括：安装盘和固定块；
所述安装盘用于连接所述加工头本体和固定块；
所述固定块呈T状，管电极位于所述固定块的纵向中心，所述固定块沿管电极纵向固定管电极；所述管电极纵向凸出于固定块，作用到工件的加工区域；
所述管电极、安装盘和固定块同轴装配。
3.根据权利要求2所述的一种真空吸液加工头，其特征在于，还包括限位模块，所述限位模块包括：限位螺栓和与其同轴套设的弹簧；
所述限位螺栓连接所述安装盘和绝缘基座的边缘，用于限制所述绝缘基座的运动下限；
所述弹簧用于实现绝缘基座和固定块的相对运动。
4.根据权利要求3所述的一种真空吸液加工头，其特征在于，限位模块还包括中空状的导向器，所述导向器设置于绝缘基座中心内下端，所述导向器用于限制所述管电极的径向运动幅度；所述导向器与所述固定块中间形成所述负压区域；
所述绝缘基座、导向器和管电极同轴装配。
5.根据权利要求1所述的一种真空吸液加工头，其特征在于，还包括密封组件，所述密封组件包括滑动密封套和接触密封块；
所述滑动密封套设置于所述绝缘基座的内壁上；
所述接触密封块设置于所述绝缘基座与工件的接触表面上，所述密封组件用于实现工件的加工区域和外界的密封。
6.根据权利要求1所述的一种真空吸液加工头，其特征在于，所述负压吸液模块包括真空泵和出液管路；
所述出液管路与所述负压区域连通；
所述真空泵设置于所述绝缘基座外部，用于通过所述出液管路将负压区域中的加工产物排出。
7.根据权利要求1所述的一种真空吸液加工头，其特征在于，还包括导电块，安装在所述绝缘基座中心的内底端；所述导电块与电流检测系统电连接，用于在工件加工过程中与所述电解液、电流检测系统形成回路，用于判定加工孔是否穿透加工件。
8.根据权利要求1所述的一种真空吸液加工头，其特征在于，还包括水槽和进液管路，所述水槽设置于所述绝缘基座的外部，所述水槽里的电解液通过所述进液管路从所述管电极上端进入到工件的加工区域。
9.根据权利要求1所述的一种真空吸液加工头，其特征在于，还包括运动控制器，所述运动控制器设置于所述绝缘基座的外部，用于控制所述管电极模块沿垂直方向运动。
10.根据权利要求1或6所述的一种真空吸液加工头，其特征在于，还包括激光器、反射镜组和聚焦透镜；相应的，所述加工头本体上端中心设有窗口；
所述激光器设置于所述绝缘基座的外部，所述激光器发射的激光经过反射镜组的发射后入射到聚焦透镜上；
聚焦透镜将所述激光聚焦后，通过所述窗口与所述管电极同轴进入加工区域，作用到所述工件上。
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