CN114769757A - 一种用于加工孔结构的电解加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于加工孔结构的电解加工方法，该方法在脉动液压为P1时，通过固定电极上的出液孔排出电解液使固定电极对工件初次加工形成第一加工通道，当脉动电解液液压为P2时，通过脉动从而使弹性套筒外的弹性电极扩张，对待加工待加工孔径进行二次加工，第二次加工的孔径大小符合所需生产的大小，防止一次加工所需孔径时电解产物集中，不易排除导致设备短路的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于加工孔结构的电解加工方法。
背景技术
在航空、航天制造业中，频繁应用到众多带有微小孔的零件，这些小孔，如空心冷却涡轮 叶片和发动机燃烧室壁上的气膜冷却孔等，不仅孔径小、深径比大，而且要求孔表面没有再铸层。这些特点给孔的加工带来了很多困难。目前，这些小孔的加工方法目前主要包括：①电火花加工：可加工高硬度金属，但同样存在表面再铸层问题；②机械冲、钻：对于航天零件常用的硬质合金，生产率极低，且工具报废率高；③电解打孔，生产效率高，不存在表面再铸层问题。电解打孔是一种以金属型管作为阴极对工件阳极进行电化学蚀除，并最终将其加工成型 孔的工艺。该工艺具有不受工件材料硬度限制，加工质量好，且工具无损耗等特点，在航空、 兵器、模具制造等行业有重要的应用，由于现有的电解打孔装置对深孔内的杂质无法有效排除，往往会导致装置短路无法正常工作，极大程度上降低了加工效率，并且在对曲形孔进行加工时，往往需要更换专用的电解加工装置，更换过程繁琐，降低生产效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于加工孔结构的电解加工方法，解决了现有电解装置无法对深孔内的杂质有效排除的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于加工孔结构的电解加工方法，该方法包括如下步骤：（1）由进液管推动固定电极进行移动，在此过程中脉动电解液由进液管流出至出液孔，配合固定电极的进给完成对待加工孔径的第一通道的加工，在此过程中脉动电解液液压为P1；（2）当脉动电解液液压为P2时，固定电极停止向下运动，同时脉动电解液液压大于弹性杆的弹力，脉动液压将带动弹性套筒进行扩张，弹性套筒带动弹性电极进行扩张，并对待加工孔径进行二次加工，使二次加工的孔径直径达到所需孔径直径并形成第二通道；（3）当电解液液压为P3时，弹性电极为断电状态，此时弹性电极贴合第二通道，形成密闭空间，同时脉动电解液将第一通道内的金属离子集中在第二通道内；（4）当电解液液压为P4时，此时由于脉动电解液液压的增大，脉动电解液将推动弹性电极向上滑动，脉动电解液将带动第一通道内的金属离子移动至第二通道内，同时挠性进液管将产生形变；（5）电解液液压由P4转换成P1，弹性电极收缩，将第二通道打开，同时挠性进液管将缓慢回归至初始位置，固定电极回到初始位置，在此过程中电解液将带动第一通道和第二通道内的金属离子向上流动并排除。
优选的，该方法所采用的电解加工装置包括进液管，所述进液管内流动有脉动电解液，所述进液管上固定连接有旋转机构，所述旋转机构与第一固定杆一端固定连接，所述第一固定杆另一端与第一固定块固定连接，所述旋转机构通过第二固定块连接有扩张机构；
所述扩张机构包括固定在所述进液管外周的固定套筒，所述固定套筒外周呈环形矩阵连接有多个弹性杆，所述弹性杆另一端与弹性套筒固定连接，所述弹性套筒外周上设置有弹性电极；所述固定套筒和所述弹性套筒的上端及下端设有弹性密封盖，所述固定套筒、所述弹性套筒、所述弹性密封盖共同构成密封仓，所述固定套筒上设有连通所述密封仓和所述进液管的通孔，所述固定套筒通过第二固定杆与固定电极固定连接。
优选的，所述固定电极上设置有第二固定杆，所述固定电极内部空腔通过第二固定杆与进液管相连通
优选的，所述第二固定杆一端与固定套筒密封连接，所述第二固定杆另一端与固定电极密封连接。
优选的，所述弹性电极由若干层导电金属丝构成，且所述弹性电极呈波纹网状分布在弹性套筒外侧。
优选的，所述弹性套筒在未扩张时为正圆形结构，当弹性套筒受到脉动电解液压力过大进行扩张时，通过多个所述弹性杆使其扩张后形状仍为正圆形。
优选的，在脉动电解液液压为P1时，所述弹性电极的直径与所述固定电极的直径相同，在脉动电解液液压为P2时，所述弹性电极扩张至固定电极直径的1-1.3倍，此时弹性电极为通电状态，且扩张后的所述弹性电极电解加工的孔径和工件待加工的孔径相同。
优选的，在脉动电解液液压为P3时，P3大于P2，所述弹性电极为断电状态，弹性电极的直径扩张至固定电极直径的1.3-1.5倍与工件待加工的孔径形成密封。
优选的，在脉动电解液液压为P4时，P4大于P3，膨胀后的弹性电极相对于孔径密封滑动运动，脉冲电解液通过使弹性电极回退使固定电极回退至弹性电极所加工的通道内。
优选的，所述固定电极底部设置有多个与所述固定电极空腔相连接的出液孔，且所述出液体孔直径小于固定电极的电解间隙；所述旋转机构包括固定圆弧，所述固定圆弧上开设有滑槽，所述固定圆弧上滑槽与旋转轴滑动连接。
本发明至少具备以下有益效果：
1、本发明中，通过进液管与固定套筒和固定电极相连通，在脉动液压为P1时，通过固定电极上的出液孔排出电解液使固定电极对工件初次加工形成第一加工通道，当脉动电解液液压为P2时，通过脉动电解液对密封仓的压力的增强使弹性套筒在弹性杆的的限制下进行正圆形扩张，从而使弹性套筒外的弹性电极扩张至固定电极的1-1.3倍，并对待加工待加工孔径进行二次加工，形成第二通道，并使第二次加工的孔径大小符合所需生产的大小，提高了该装置的精确度，并使电解过程中的金属离子均匀分布在第一通道和第二通道内，防止一次加工所需孔径时电解产物集中，不易排除导致设备短路的问题。
2、本发明中，通过脉动电解液液压的变化，配合弹性电极的扩张以及固定电极的移动完成对电解过程中电解产物的排出，当脉冲电解液液压为P3时，弹性电极的直径扩张至固定电极直径的1.3-1.5倍时，弹性电极为断电状态，且此时弹性电极与工件待加工的孔径形成密封，在此过程中，第一通道内的金属离子由脉动电解液带动集中在第一通道与第二通道交界处；在脉动电解液液压为P4时，P4大于P3，膨胀后的弹性电极相对于孔径密封滑动运动，脉冲电解液通过使弹性电极回退使固定电极回退至弹性电极所加工的通道内，此时由于电解液不断的由进液管流动至第一通道内，电解液将推动扩张机构向上进行滑动，使扩张机构下方的固定电极跟随扩张机构向上滑动，同时由于进液管为挠性管，当扩张机构向上运动滑动时，进液管将发生形变，在此过程中位于第一通道与第二通道交接处的金属离子由脉动电解液推动至第二通道内，极大程度上避免了由于在加工深孔结构时金属离子无法及时排除导致装置短路的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性挠动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的扩张机构示意图；
图3为本发明的液压为P1时的加工流程图；
图4为本发明的液压为P2时的加工流程图；
图5为本发明的液压为P3与P4的加工流程图；
图6为本发明的液压再次回到P1时的加工流程图；
图7为本发明的剖视结构示意图；
图8为本发明的旋转机构示意图。
图中：1、进液管；2、旋转机构；3、第一固定杆；4、第一固定块；5、第二固定块；6、扩张机构；601、固定套筒；602、弹性密封盖；603、弹性杆；604、弹性套筒；605、密封仓；606、通孔；7、弹性电极；8、固定电极；10、第二固定杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
参照图1-8所示，一种用于加工孔结构的电解装置，包括进液管1，进液管1内流动有脉动电解液，进液管1上端与液压脉冲发生器相连接，由进液管1为挠性管，通过伸长进液管1提供向下的动力，流入工件待加工孔径内的电解液为持续性高频脉冲电解液，一方面增大了电解液的流速，使电解液在产生电解反应后更快速的带走电解分离出的金属元素以及电解时所产生的热量，从而使电解加工更为高效，提高了该装置的稳定性；另一方面，通过设置的脉动液压，使电解液液压产生规律性的增大与减小，便于后续电解装置的操作。在脉动电解液液压为P1时，弹性电极7的直径与固定电极8相同，在脉动电解液液压为P2时，弹性电极7扩张后的直径大于固定电极8的直径，此时弹性电极7为通电状态，且扩张后的弹性电极7电解加工的孔径和工件待加工的孔径相同,当脉动电解液液压为P1时，固定电极8处于通电状态，且固定电极8受到由进液管1所产生的向下的作用力，使固定电极8对所加工孔径进行初次加工；当脉动电解液液压为P2时，弹性电极7开始扩张并通电，对完成初次加工的孔径进行二次加工，使得二次加工的孔径直径达到所需的孔径直径，在此过程中停止进液管1向下伸长以此使固定电极8将停止向下运动，通过电解液液压规律性的转变，完成对所需孔径的加工。
进液管1上固定连接有旋转机构2，旋转机构2与第一固定杆3一端固定连接，第一固定杆3另一端与第一固定块4固定连接，旋转机构2通过第二固定块5连接有扩张机构6，第一固定块4为圆弧形第一固定杆，且一侧第一固定块4与第一固定杆3的长度总和为第二通道的半径，通过设置第一固定杆3和第一固定块4与第二通道接触形成固定，给旋转机构2提供转动的支撑力，防止旋转机构2在转动过程中因没有受力点导致尺寸出现偏差，影响最终加工成果，提高了该装置的精准度。
旋转机构2通过第二固定块5连接有扩张机构6，旋转机构2包括固定圆弧201，固定圆弧201上开设由滑槽，固定圆弧201上滑槽与旋转轴202滑动连接，通过固定圆弧201与旋转轴202滑动连接，使第二固定块5将带动扩张机构6进行X轴与Y轴上任意角度度旋转，旋转轴202的自转使扩张机构6可进行Y轴与Z轴，两者相结合使扩张机构6可进行任意角度的旋转；当需要加工弯形孔或螺旋形孔时，通过旋转轴202与固定圆弧201滑动连接，再通过旋转轴202自转完成任意角度的旋转，在此过程中，进液管1始终贯穿第一固定块5与固定套筒1相连通，当该装置位于竖直状态时，进液管1在由固定圆弧201与第一固定块5组成的空腔内的长度为初始值，当该装置旋转一定角度时，进液管1通过固定圆弧201与第一固定块5组成的空腔的长度将发生变化，通过控制进液管1的长度配合旋转机构2的旋转实现精确加工弯性孔与螺旋孔。
扩张机构6包括固定在进液管1外周的固定套筒601，固定套筒601外周呈环形矩阵连接有多个弹性杆603，通过设置多个弹性杆603使弹性杆603另一端与弹性套筒604固定连接，弹性套筒604在未扩张时为正圆形结构，当弹性套筒604受到脉动电解液压力过大进行扩张时，通过多个弹性杆603使其扩张后形状仍为正圆形，通过弹性杆603和弹性套筒 604的相互配合使得弹性套筒604上的弹性电极7呈正圆形扩张保证二次加工的孔径尺寸为所需的孔径尺寸提高了该装置的精准度。
弹性套筒604外周上设置有弹性电极7，弹性电极7由若干层导电金属丝构成，且弹性电极7呈波纹网状分布在弹性套筒604外侧，首先，通过将弹性电极7设置成网状的结构，当电解液液压由P1转换为P2时，弹性电极7会完成扩张运动，并对初次加工的孔径进行二次加工，保证了加工的准确性；其次，当电解液脉冲压力为P3时，弹性电极7贴合待加工孔径，使第一通道和第二通道与待加工孔径形成密闭空间；再次，当电解压液压减小至P1时，弹性电极7会随之收缩，第一通道和第二通道将完全打开，以便于将电解过程中产生的金属离子排除，防止由于金属离子无法有效排除，导致电解装置短路的问题，提高了该装置的稳定性。
固定套筒601和弹性套筒604的上端及下端设有弹性密封盖602，固定套筒601、弹性套筒604、弹性密封盖602共同构成密封仓605，固定套筒601上设有连通密封仓605和进液管1的通孔606，通过设置的密封仓605配合与进液管1联动的通孔606，当通过固定套筒601的脉动电解液液压为P1时，脉动电解液液压小于弹性杆603的弹力，再次状态下弹性套筒604将不会产生扩张，同时弹性电极7断电；当通过固定套筒601的脉动电解液液压为P2时，脉动电解液液压大于弹性杆603的弹力，使得进入密封仓605内的电解液将带动弹性套筒604进行扩张，从而使弹性套筒604上的弹性电极7进行扩张，再次过程中弹性电极7将进行通电，并通过由第一通道内流出的电解液对待加工孔径进行二次加工，形成第二通道，以便于对后续金属离子的排除。
弹性电极7扩张后的直径是固定电极8的直径的1-1.5倍，当脉冲电解液液压为P2时，弹性电极7的直径扩张至固定电极8直径的1-1.3倍时，弹性电极7为通电状态，且扩张后的弹性电极7电解加工的孔径和工件待加工的孔径相同；当脉冲电解液液压为P3时，P3大于P2，当弹性电极7的直径扩张至固定电极8直径的1.3-1.5倍时，弹性电极7为断电状态，且此时弹性电极7与工件待加工的孔径形成密封，在此过程中，第一通道内的金属离子由脉动电解液带动集中在第一通道与第二通道交界处；在脉动电解液液压为P4时，P4大于P3，膨胀后的弹性电极7相对于孔径密封滑动运动，脉冲电解液通过使弹性电极7滑动使固定电极8回退至弹性电极7所加工的通道内，此时由于电解液不断的由进液管1流动至第一通道内，电解液将推动扩张机构6向上进行滑动，使扩张机构6下方的固定电极8跟随扩张机构6向上滑动，同时由于进液管1为挠性管，当扩张机构6向上运动滑动时，进液管1将发生形变，在此过程中位于第一通道与第二通道交接处的金属离子由脉动电解液推动至第二通道内；由于电解液压为脉动液压，此时液压将由P4减小至P1，弹性套筒604将带动弹性电极7进行收缩，第二通道将完全打开，在此过程中由于液压减小，挠性进液管1将缓慢恢复至初始状态，并通过完全打开的第二通道将从而第一通道内的金属离子随第二通道排除，极大程度上避免了由于在加工深孔结构时金属离子无法及时排除导致装置短路的问题。
扩张机构6下方通过弹簧9固定连接有固定电极8，固定电极8底部设置有多个与固定电极8空腔相连接的出液孔，且出液体孔直径小于固定电极8的电解区域，首先，通过设置多个出液孔与固定电极8的空腔相连，使流动至固定电极8空腔内的脉动电解液从多个出液孔内排出，从而使固定电极8对工件进行电解加工，以防止电解加工速率大于电解液流动速率，从而导致加工短路的问题；其次，通过将出液孔直径设置小于固定电极8的电解区域，从而使出液孔正下方的工件区域也会随之被电解，从而防止加工面不平，导致固定电极8与工件接触产生短路的问题，提高了该装置的稳定性。
进液管1与固定电极8内部的空腔相连通，固定电极8上设置有第二固定杆10，第二固定杆10为密封第二固定杆，固定电极8内部空腔通过第二固定杆10与进液管1相连通，第二固定杆10一端与固定套筒601密封连接，第二固定杆10另一端与固定电极8密封连接，首先，通过第二固定杆10分别与固定套筒601和固定电极8密封连接，使进入固定套筒601的脉动电解液经过第二固定杆10可流动至固定电极8的空腔内，配合开设在固定电极8下方的出液孔完成电解液的循环，以便于完成电解加工；其次，由于电解液为脉冲电解液，当脉冲压力增大时，第二固定杆10跟随扩张机构6向上移动，由于第二固定杆10与固定电极8为固定连接，第二固定杆10将带动固定电极8向上运动，使电解液集中从出液孔排出，提高了电解液的流通速率，进一步提高了该装置对金属离子的排除。
综上所述：该加工过程分为四步;第一，由进液管1推动固定电极8进行移动，再此过程中脉动电解液由进液管1流出至出液孔，配合固定电极8的进给完成对待加工孔径的第一通道的加工，在此过程中脉动电解液液压为P1；第二，当脉动电解液液压为P2时，固定电极8停止向下运动，同时脉动电解液液压大于弹性杆603的弹力，此时脉动液压将带动弹性套筒604进行扩张，在扩张过程中弹性杆603跟随弹性套筒604进行伸长，弹性杆603在伸长过程中始终使弹性套筒604呈正圆形扩张，弹性套筒604带动弹性电极7进行扩张，使弹性电极7扩张至固定电极8的1-1.3倍，并对待加工孔径进行二次加工，使二次加工的孔径直径达到所需孔径直径并形成第二通道；第三，当电解液液压为P3时，弹性电极扩张至固定电极8的1.3-1.5倍时，弹性电极7为断电状态，此时弹性电极7不会再对待加工孔径进行加工，而是贴合第二通道，形成密闭空间，同时脉动电解液将第一通道内的金属离子集中在第二通道内；第四，当电解液液压为P4时，此时由于脉动电解液液压的增大，脉动电解液将推动弹性电极向上滑动，在此过程中，固定电极8通过与固定套筒601相连接的第二固定杆10运动至第二通道内，脉动电解液将带动第一通道内的金属离子移动至第二通道内，同时挠性进液管1将产生形变；第五，由于电解液为脉动电解液，当电解液液压在此由P4转换成P1时，弹性电极7将进行收缩，将第二通道打开，同时由于固定电极8收到的液压小于挠性进液管1的形变量，挠性进液管1将缓慢回归至初始位置，固定电极8回到初始位置，在此过程中电解液将带动第一通道和第二通道内的金属离子向上流动并排除；总和上述过程完成一次电解加工的循环，由于电解液为持续性高频脉冲电解液，使电解加工的循环周而复始的进行，最终完成对所需孔径的加工。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种用于加工孔结构的电解加工方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）由进液管推动固定电极进行移动，在此过程中脉动电解液由进液管流出至出液孔，配合固定电极的进给完成对待加工孔径的第一通道的加工，在此过程中脉动电解液液压为P1；
（2）当脉动电解液液压为P2时，固定电极停止向下运动，同时脉动电解液液压大于弹性杆的弹力，脉动液压将带动弹性套筒进行扩张，弹性套筒带动弹性电极进行扩张，并对待加工孔径进行二次加工，使二次加工的孔径直径达到所需孔径直径并形成第二通道；
（3）当电解液液压为P3时，弹性电极为断电状态，此时弹性电极贴合第二通道，形成密闭空间，同时脉动电解液将第一通道内的金属离子集中在第二通道内；
（4）当电解液液压为P4时，此时由于脉动电解液液压的增大，脉动电解液将推动弹性电极向上滑动，脉动电解液将带动第一通道内的金属离子移动至第二通道内，同时挠性进液管将产生形变；
（5）电解液液压由P4转换成P1，弹性电极收缩，将第二通道打开，同时挠性进液管将缓慢回归至初始位置，固定电极回到初始位置，在此过程中电解液将带动第一通道和第二通道内的金属离子向上流动并排除。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法所采用的电解加工装置包括进液管（1），所述进液管（1）内流动有脉动电解液，所述进液管（1）上固定连接有旋转机构（2），所述旋转机构（2）与第一固定杆（3）一端固定连接，所述第一固定杆（3）另一端与第一固定块（4）固定连接，所述旋转机构（2）通过第二固定块（5）连接有扩张机构（6）；
所述扩张机构（6）包括固定在所述进液管（1）外周的固定套筒（601），所述固定套筒（601）外周呈环形矩阵连接有多个弹性杆（603），所述弹性杆（603）另一端与弹性套筒（604）固定连接，所述弹性套筒（604）外周上设置有弹性电极（7）；所述固定套筒（601）和所述弹性套筒（604）的上端及下端设有弹性密封盖（602），所述固定套筒（601）、所述弹性套筒（604）、所述弹性密封盖（602）共同构成密封仓（605），所述固定套筒（601）上设有连通所述密封仓（605）和所述进液管（1）的通孔（606），所述固定套筒（601）通过第二固定杆（10）与固定电极（8）固定连接。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述固定电极（8）上设置有第二固定杆（10），所述固定电极（8）内部空腔通过第二固定杆（10）与进液管（1）相连通。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二固定杆（10）一端与固定套筒（601）密封连接，所述第二固定杆（10）另一端与固定电极（8）密封连接。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述弹性电极（7）由若干层导电金属丝构成，且所述弹性电极（7）呈波纹网状分布在弹性套筒（604）外侧。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述弹性套筒（604)在未扩张时为正圆形结构，当弹性套筒（604）受到脉动电解液压力过大进行扩张时，通过多个所述弹性杆（603）使其扩张后形状仍为正圆形。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在脉动电解液液压为P1时，所述弹性电极（7）的直径与所述固定电极（8）的直径相同，在脉动电解液液压为P2时，所述弹性电极（7）扩张至固定电极（8）直径的1-1.3倍，此时弹性电极（7）为通电状态，且扩张后的所述弹性电极（7）电解加工的孔径和工件待加工的孔径相同。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在脉动电解液液压为P3时，所述P3大于P2，所述弹性电极（7）为断电状态，弹性电极（7）的直径扩张至固定电极（8）直径的1.3-1.5倍与工件待加工的孔径形成密封。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在脉动电解液液压为P4时，所述P4大于P3，膨胀后的弹性电极（7）相对于孔径密封滑动运动，脉冲电解液通过使弹性电极（7）滑动使固定电极（8）回退至弹性电极（7）所加工的通道内。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述固定电极（8）底部设置有多个与所述固定电极（8）空腔相连接的出液孔，且所述出液体孔直径小于固定电极（8）的电解间隙；所述旋转机构（2）包括固定圆弧（201），所述固定圆弧（201)上开设有滑槽，所述固定圆弧（201）上滑槽与旋转轴(202)滑动连接。
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