CN114752989B - 一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法，包括下列步骤。步骤一、确定加工过程中螺丝钉的自转速度和相对阴极的轴向移动速度。步骤二、根据螺纹槽结构参数确定需要的阴极极柱数量和阴极极柱的伸出长度，所述阴极极柱不少于两个并由上至下排列形成一组阴极组件。步骤三、装夹待加工的螺丝钉，将阴极组件移动到所述螺丝钉的末端方向，电解装置的阳极和阴极接电并通入电解液，完成加工准备。步骤四、依照步骤一确定的自转速度和轴向移动速度驱动螺丝钉运动，通过阴极组件对所述螺丝钉侧面进行螺栓电解加工。本发明兼顾了加工效率和加工可靠性，避免电解加工区域由于温度过高或电解杂质无法及时更新造成的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于精密电解技术领域，具体涉及一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法。
背景技术
钛合金螺丝钉在医学应用方面比较广泛，但由于其体积较小，且钛合金的强度高、导热系数低，因此常规机械加工方式容易造成刀具过热，影响切削加工效果，导致刀具磨损严重、合格率低、加工过程消耗耗材较多等缺陷。现有技术中未避免上述问题，开始采用电解技术进行加工，尤其是对螺丝钉的螺纹加工，能有效避免上述问题，提高加工可靠性和产品合格率。然而常规电解加工方式采用单一阴极加工，由于螺丝钉体积较小，其上的螺纹槽更小，对应加工的阴极端部也很细，这样当加工槽深相对较深的螺纹时，必须兼顾加工效率和加工可靠性，然而在阴极端部很细的情况下，如果施加的电流较小则需要较长时间实现螺纹槽对应区域的钛合金材料被电解，从上至下沿螺纹方向螺旋移动距离较长，因此加工效率较低；而如果为了提高加工效率增大电流，则容易导致电解区域温度过高，与常规切削方式类似，升温过快的情况下，较小的螺纹槽和钛合金自身导热率低的因素会导致很难及时对电解区域降温，同时也影响电解液的流动，因此难以保证电解加工的质量，产品容易发生缺陷，因此如何在保证电解加工可靠性、令电解液能快速流过加工区域的同时保证较高的加工效率是现有技术有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法，用于解决现有技术无法在保证电解加工可靠性、令电解液能快速流过加工区域的同时保证较高的加工效率的技术问题。
所述的一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法，包括下列步骤。
步骤一、确定加工过程中螺丝钉的自转速度和相对阴极的轴向移动速度。
步骤二、根据螺纹槽结构参数确定需要的阴极极柱数量和阴极极柱的伸出长度，所述阴极极柱不少于两个并由上至下排列形成一组阴极组件，阴极极柱伸向所述螺丝钉中心的伸出距离由上至下依次缩减，相邻的各个阴极极柱中心之间的间距均与螺丝钉上螺纹的螺距相等。
步骤三、装夹待加工的螺丝钉，将阴极组件移动到所述螺丝钉的末端方向，电解装置的阳极和阴极接电并通入电解液，完成加工准备。
步骤四、依照步骤一确定的自转速度和轴向移动速度驱动螺丝钉运动，通过阴极组件对所述螺丝钉侧面进行螺栓电解加工，加工时让对应各个阴极极柱端部的微孔喷头伸入加工套，微孔喷头朝阴极极柱端部所在的电解区域喷射电解液。
优选的，所述步骤四中，所述微孔喷头位于阴极极柱形成螺纹槽一侧，所述微孔喷头的喷射方向与螺纹槽相切并对着所述螺丝钉的转动方向。
优选的，所述加工方法还包括：步骤五、对于需要将螺纹延伸至靠接螺丝钉头部的情况，在最下部阴极极柱接近螺丝钉头部后，停止加工过程，在保持螺丝钉位置并断电后，将最上部阴极极柱以外的其他阴极极柱撤除，而后再恢复通电和喷射电解液，由最上部的阴极极柱独立完成靠近螺丝钉头部的螺纹电解加工过程。
优选的，所述步骤二所用的阴极组件包括若干阴极单元和阴极接电插杆，所述阴极单元包括轴线纵向设置的绝缘套、水平滑动插接到所述绝缘套侧壁的阴极极柱以及调节所述绝缘套之间间距的间距调节机构，所述绝缘套大小相同且同轴设置；阴极接电插杆通过接电电缸驱动能同时向下插入各个绝缘套，所述阴极极柱插入所述绝缘套的插入端通过弹性元件与所述绝缘套的内壁连接，所述弹性元件将所述插入端抵接在插入的阴极接电插杆上，所述阴极接电插杆连接到供电系统的阴极。
优选的，所述阴极极柱包括极柱主体和加工端头，所述阴极极柱朝所述加工套中伸入的一端与所述加工端头可拆卸连接，所述加工端头的端部形状与对应加工次数中螺纹槽的形状相适应。
优选的，所述间距调节机构包括若干升降装置，所述升降装置与所述绝缘套一一对应对各个绝缘套进行高度独立调节，每个绝缘套分别通过连接杆与对应升降装置的伸缩杆相连，升降装置通过电控系统控制升降，升降距离根据螺丝钉上螺纹的螺距设定。
优选的，所述间距调节机构包括仿形标准安装台，对应的标准螺丝钉安装在仿形标准安装台上，每个绝缘套固定连接有一个水平伸出的仿形杆，所述仿形杆的伸出端设有与螺丝钉的螺纹槽对应的仿形头，将各个仿形头插入标准螺丝钉上相邻的若干螺纹槽实现对绝缘套的位置的仿形调节。
优选的，所述阴极组件设于电解安装台上，所述电解安装台上还设有夹紧锁定结构，所述夹紧锁定结构包括通过夹紧电缸驱动的一对能相对夹紧的夹紧块，各个绝缘套均位于一个所述夹紧块的对应局域内；所述夹紧块为“凹”字形，在松开后所述夹紧块中间的凹槽与各个绝缘套滑动连接允许所述绝缘块沿所述凹槽上下滑动。
优选的，本方法所用的电解加工装置包括电解机构和进给机构，所述电解机构包括所述阴极组件和电解安装台，所述进给机构包括固定在机架上的加工套、螺旋驱动装置、与加工套底部同轴滑动插接的滑动件、安装在所述滑动件上端伸入所述加工套部分的装夹台和设于所述装夹台上的固定夹具，所述装夹台与所述加工套滑动密封连接，所述固定夹具连接到供电系统的阳极；所述电解安装台相对所述加工套固定并位于所述加工套上部，螺旋驱动装置安装在机架上，所述螺旋驱动装置的输出端与所述滑动件的自转中心相连。
优选的，所述加工套上还设有用于阴极组件伸入的侧壁伸入口，在所述侧壁伸入口中，所述阴极极柱之间以及侧壁伸入口与阴极极柱之间均设有相应的弹性密封垫，弹性密封垫在允许阴极极柱之间间距变化的同时也能实现密封防漏效果。
本发明具有以下优点：不仅兼顾了加工效率和加工可靠性，避免电解加工区域由于温度过高或电解杂质无法及时更新造成的缺陷，相应的电解加工装置还实现了能根据螺丝钉型号和螺纹形状对应进行调节各个阴极极柱，增加泛用性，同时也能根据需要撤除出最上部阴极极柱外的阴极极柱，避免加工的螺纹无法达到螺丝钉头部位置。
附图说明
图1为本发明所用的一种电解加工装置的结构示意图。
图2为本发明所用的另一种电解加工装置的结构示意图。
图3为图1所示结构中局部结构的结构示意图。
图4为图3所示结构的剖视图。
图5为图4所示结构中间距调节机构的局部结构示意图。
图6为图3所示结构的俯视图，其中间距调节机构的仿形部分未显示，图中箭头表示待加工的螺丝钉在进给时的自转方向。
图7为使用本发明的加工方法时电解液流动的示意图。
图8为使用现有技术的加工方法时电解液流动的示意图。
附图中标记为：1、机架，2、进给机构，201、转动电机，202、直线驱动装置，203、升降架，204、滑动件，205、加工套，206、排液口，207、固定夹具，208、装夹台，209、微孔喷头，3、待加工的螺丝钉，301、坡面，302、前一次加工形成的螺纹槽，4、电解机构，401、侧壁伸入口，402、阴极极柱，403、接电电缸，404、阴极接电插杆，405、夹紧块，406、连接杆，407、升降装置，408、绝缘套，409、仿形标准安装台，410、电解安装台，411、仿形杆，412、仿形头，413、极柱主体，414、加工端头，5、标准螺丝钉。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和伸入的理解。
如图1-7所示，本发明提供一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法，包括下列步骤：
步骤一、根据螺丝钉的尺寸型号确定螺纹槽结构参数，并据此确定加工过程中螺丝钉的自转速度和相对阴极的轴向移动速度。
步骤二、根据螺纹槽结构参数确定需要的阴极极柱402数量和阴极极柱402的伸出长度，所述阴极极柱402不少于两个并由上至下排列形成一组阴极组件，阴极极柱402伸向所述螺丝钉中心的伸出距离由上至下依次缩减，相邻的各个阴极极柱402中心之间的间距均与螺丝钉上螺纹的螺距相等。各个相邻阴极极柱402的伸出端的伸出距离差值均相等。本实施例中设置了四根阴极极柱402，由下至上依次为极柱一、极柱二、极柱三和极柱四。
步骤三、将待加工的螺丝钉3以头部与固定夹具207连接的方式装夹在电解设备的加工套205中，将阴极组件移动到所述螺丝钉的末端方向，所述阴极极柱402的伸出端位于螺纹加工位置，向加工套205中通入电解液，固定夹具207和阴极组件分别作为阳极和阴极接电，完成加工准备。
步骤四、驱动待加工的螺丝钉3向上移动并同时自转，自转速度与轴向移动速度由步骤一确定，由此实现阴极极柱402的端部相对螺丝钉移动的轨迹与需加工的螺纹的螺旋线一致。同时让对应各个阴极极柱402端部的微孔喷头209伸入加工套205，所述微孔喷头209位于阴极极柱402形成螺纹槽一侧，所述微孔喷头209的喷射方向与螺纹槽相切并对着所述螺丝钉的转动方向，令微孔喷头209朝阴极极柱402端部所在的电解区域喷射电解液。
此过程中随着螺丝钉的侧面与最下方的阴极极柱402端部接触，最下端的极柱四的端部首先对螺丝钉实现电解加工，由于极柱四的端部伸入距离较浅，因此电解所需的电流较少，产生的热量也较少，同时如图7、图8所示，极柱四加工的一次螺纹槽很浅，因此由微孔喷头209喷出的电解液在高速喷出后大部分能比较容易地越过电解加工形成的坡面301，实现将电解区域的电解液顺畅带走的作用，而现有技术中一次加工到设定槽深的螺纹加工方式，则由于深度较大，坡面301会明显阻碍电解液流动，导致降温和更新电解液速度较慢。
而更靠上的极柱二、极柱三和极柱四则随着螺丝钉的运动，依次沿前一次加工形成的螺纹槽302相对螺丝钉螺旋移动并进行电解，每个阴极极柱402的电解加工深度较小，因此也无需较大的电流，效果与极柱四类似，电解液在高速喷出后能越过对应电解加工形成的坡面301，这样不仅保证电解区域电解液的更新，由于电解加工的螺纹槽面积增大深度减小，也大大提高了降温效果，因此电流也无需很低就能同时兼顾加工效率和加工可靠性。
步骤五、对于需要将螺纹延伸至靠接螺丝钉头部的情况，在最下部阴极极柱402接近螺丝钉头部后，可以停止加工过程，在保持螺丝钉位置并断电后，将最上部阴极极柱402以外的其他阴极极柱402撤除，而后再恢复通电和喷射电解液，以设定的较慢速度由最上部的阴极极柱402独立完成靠近螺丝钉头部的螺纹电解加工过程。
针对上述加工方法，本发明还提供了一种电解加工装置，包括电解机构4和进给机构2，所述进给机构2包括固定在机架1上的加工套205、螺旋驱动装置、与加工套205底部同轴滑动插接的滑动件204、安装在所述滑动件204上端伸入所述加工套205部分的装夹台208和设于所述装夹台208上的固定夹具207，所述装夹台208与所述加工套205滑动密封连接，所述固定夹具207连接到供电系统的阳极。加工套205的上端开口用于通入电解液和置入微孔喷头209，同时所述加工套205的上端还设有排液口206，所述排液口206起到将多余电解液导向排出的作用。进给机构2中的螺旋驱动装置可通过安装在机架1上的进给电缸等直线驱动装置202和转动电机201连接组成，进给电缸安装在机架1上，转动电机201安装在与所述机架1滑动插接的升降架203上，所述升降架203或转动电机201与所述直线驱动装置202的输出端相连，所述转动电机201的输出端与所述滑动件204的自转中心相连。
所述电解机构4包括阴极组件和电解安装台410，所述电解安装台410相对所述加工套205固定并位于所述加工套205上部，所述阴极组件设于所述电解安装台410上并包括若干阴极单元和阴极接电插杆404，所述阴极单元包括轴线纵向设置的绝缘套408、水平滑动插接到所述绝缘套408侧壁的阴极极柱402以及调节所述绝缘套408之间间距的间距调节机构，所述绝缘套408大小相同且同轴设置。阴极接电插杆404通过接电电缸403驱动能同时向下插入各个绝缘套408，所述阴极极柱402插入所述绝缘套408的插入端通过弹性元件与所述绝缘套408的内壁连接，所述弹性元件实现将所述插入端抵接在插入的阴极接电插杆404的效果。阴极极柱402和阴极接电插杆404均为导电材料制成。
所述阴极接电插杆404下端朝所述阴极极柱402一侧为斜面方便插入时将阴极极柱402向外推出，所述阴极接电插杆404连接到供电系统的阴极。所述阴极极柱402包括极柱主体413和加工端头414，所述阴极极柱402朝所述加工套205中伸入的一端与所述加工端头414可拆卸连接，所述加工端头414的端部形状与对应加工次数中螺纹槽的形状相适应，因此各个加工端头414的端部形状可以有一定差异，而通过加工端头414的长度不同实现对阴极极柱402伸出长度的调节也比较方便。绝缘套408和阴极接电插杆404的横截面均为矩形。
所述电解安装台410上还设有夹紧锁定结构，所述夹紧锁定结构包括通过夹紧电缸驱动的一对能相对夹紧的夹紧块405，各个绝缘套408均位于一个所述夹紧块405的对应局域内，所述夹紧锁定结构夹紧时同时夹紧各个绝缘套408保持阴极组件的整体固定效果。所述夹紧块405为“凹”字形，在松开后所述夹紧块405中间的凹槽与各个绝缘套408滑动连接允许所述绝缘块沿所述凹槽上下滑动，当绝缘套408移动到设定位置后通过相对压紧一对夹紧块405完成对绝缘套408的固定。
该装置在使用过程中当阴极接电插杆404完全插入时，各个阴极极柱402的插入端均抵接在阴极接电插杆404侧面，实现接电能进行电解。而需要撤除最上部阴极极柱402的情况下，阴极接电插杆404上移，不接触最上部阴极极柱402以外的其他阴极极柱402，同时调节阴极电流强度，使得仍保持接电状态的最上部阴极极柱402的电解效果符合要求。
间距调节机构有两种结构，一种采用电控调节方式，该间距调节机构是通过安装在所述电解安装台410上的若干升降装置407对各个绝缘套408进行高度独立调节，所述升降装置407与所述绝缘套408一一对应，每个绝缘套408分别通过连接杆406与对应升降装置407的伸缩杆相连，升降装置407通过电控系统控制升降，依据螺距计算出间距后有控制模块控制升降装置407实现具体升降。所述加工套205上还设有用于阴极组件伸入的侧壁伸入口401，在所述侧壁伸入口401中，所述阴极极柱402之间以及侧壁伸入口401与阴极极柱402之间均设有相应的弹性密封垫，弹性密封垫在允许阴极极柱402之间间距变化的同时也能实现密封防漏效果，避免电解液由阴极极柱402周围的间隙大量泄漏。
另一种间距调节机构采用仿形调节方式，将一个完成的标准螺丝钉5作为仿形对象安装在仿形标准安装台409上，每个绝缘套408固定连接有一个水平伸出的仿形杆411，所述仿形杆411的伸出端设有与螺丝钉的螺纹槽对应的仿形头412，将各个仿形头412插入标准螺丝钉5上相邻的若干螺纹槽，这样仿形头412之间的间距与螺丝钉上螺纹的螺距相对应，每个仿形杆411与绝缘套408的相对位置相同，这样绝缘套408之间的间距便于所述螺距对应，仿形杆411与阴极极柱402的中心轴线重合，因此阴极极柱402的中心之间的间距均与螺丝钉上螺纹的螺距相等。类似的，所述阴极极柱402之间以及侧壁伸入口401与阴极极柱402之间均设有相应的弹性密封垫，实现电解液防漏效果。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法，其特征在于：包括下列步骤：
步骤一、确定加工过程中螺丝钉的自转速度和相对阴极的轴向移动速度；
步骤二、根据螺纹槽结构参数确定需要的阴极极柱(402)数量和阴极极柱(402)的伸出长度，所述阴极极柱(402)不少于两个并由上至下排列形成一组阴极组件，阴极极柱(402)伸向所述螺丝钉中心的伸出距离由上至下依次缩减，相邻的各个阴极极柱(402)中心之间的间距均与螺丝钉上螺纹的螺距相等；
步骤三、装夹待加工的螺丝钉(3)，将阴极组件移动到所述螺丝钉的末端方向，电解装置的阳极和阴极接电并通入电解液，完成加工准备；
步骤四、依照步骤一确定的自转速度和轴向移动速度驱动螺丝钉运动，通过阴极组件对所述螺丝钉侧面进行螺栓电解加工，加工时让对应各个阴极极柱(402)端部的微孔喷头(209)伸入加工套(205)，微孔喷头(209)朝阴极极柱(402)端部所在的电解区域喷射电解液。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法，其特征在于：所述步骤四中，所述微孔喷头(209)位于阴极极柱(402)形成螺纹槽一侧，所述微孔喷头(209)的喷射方向与螺纹槽相切并对着所述螺丝钉的转动方向。
3.根据权利要求1或2所述的一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法，其特征在于：还包括：步骤五、对于需要将螺纹延伸至靠接螺丝钉头部的情况，在最下部阴极极柱(402)接近螺丝钉头部后，停止加工过程，在保持螺丝钉位置并断电后，将最上部阴极极柱(402)以外的其他阴极极柱(402)撤除，而后再恢复通电和喷射电解液，由最上部的阴极极柱(402)独立完成靠近螺丝钉头部的螺纹电解加工过程。
4.根据权利要求3所述的一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法，其特征在于：所述步骤二所用的阴极组件包括若干阴极单元和阴极接电插杆(404)，所述阴极单元包括轴线纵向设置的绝缘套(408)、水平滑动插接到所述绝缘套(408)侧壁的阴极极柱(402)以及调节所述绝缘套(408)之间间距的间距调节机构，所述绝缘套(408)大小相同且同轴设置；阴极接电插杆(404)通过电缸驱动能同时向下插入各个绝缘套(408)，所述阴极极柱(402)插入所述绝缘套(408)的插入端通过弹性元件与所述绝缘套(408)的内壁连接，所述弹性元件将所述插入端抵接在插入的阴极接电插杆(404)上，所述阴极接电插杆(404)连接到供电系统的阴极。
5.根据权利要求4所述的一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法，其特征在于：所述阴极极柱(402)包括极柱主体(413)和加工端头(414)，所述阴极极柱(402)朝所述加工套(205)中伸入的一端与所述加工端头(414)可拆卸连接，所述加工端头(414)的端部形状与对应加工次数中螺纹槽的形状相适应。
6.根据权利要求4所述的一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法，其特征在于：所述间距调节机构包括若干升降装置(407)，所述升降装置(407)与所述绝缘套(408)一一对应对各个绝缘套(408)进行高度独立调节，每个绝缘套(408)分别通过连接杆(406)与对应升降装置(407)的伸缩杆相连，升降装置(407)通过电控系统控制升降，升降距离根据螺丝钉上螺纹的螺距设定。
7.根据权利要求4所述的一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法，其特征在于：所述间距调节机构包括仿形标准安装台(409)，对应的标准螺丝钉(5)安装在仿形标准安装台(409)上，每个绝缘套(408)固定连接有一个水平伸出的仿形杆(411)，所述仿形杆(411)的伸出端设有与螺丝钉的螺纹槽对应的仿形头(412)，将各个仿形头(412)插入标准螺丝钉(5)上相邻的若干螺纹槽实现对绝缘套(408)的位置的仿形调节。
8.根据权利要求4所述的一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法，其特征在于：所述阴极组件设于电解安装台(410)上，所述电解安装台(410)上还设有夹紧锁定结构，所述夹紧锁定结构包括连接驱动装置的一对能相对夹紧的夹紧块(405)，各个绝缘套(408)均位于一个所述夹紧块(405)的对应局域内；所述夹紧块(405)为“凹”字形，在松开后所述夹紧块(405)中间的凹槽与各个绝缘套(408)滑动连接允许所述绝缘套(408)沿所述凹槽上下滑动。
9.根据权利要求4所述的一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法，其特征在于：本方法所用的电解加工装置包括电解机构(4)和进给机构(2)，所述电解机构(4)包括所述阴极组件和电解安装台(410)，所述进给机构(2)包括固定在机架(1)上的加工套(205)、螺旋驱动装置、与加工套(205)底部同轴滑动插接的滑动件(204)、安装在所述滑动件(204)上端伸入所述加工套(205)部分的装夹台(208)和设于所述装夹台(208)上的固定夹具(207)，所述装夹台(208)与所述加工套(205)滑动密封连接，所述固定夹具(207)连接到供电系统的阳极；所述电解安装台(410)相对所述加工套(205)固定并位于所述加工套(205)上部，螺旋驱动装置安装在机架(1)上，所述螺旋驱动装置的输出端与所述滑动件(204)的自转中心相连。
10.根据权利要求4所述的一种钛合金螺丝钉精密电解加工方法，其特征在于：所述加工套(205)上还设有用于阴极组件伸入的侧壁伸入口(401)，在所述侧壁伸入口(401)中，所述阴极极柱(402)之间以及侧壁伸入口(401)与阴极极柱(402)之间均设有相应的弹性密封垫，弹性密封垫在允许阴极极柱(402)之间间距变化的同时也能实现密封防漏效果。
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