CN114921843B - 蛇状柔性阴极及内通道电化学抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种蛇状柔性阴极及内通道电化学抛光方法，属特种加工领域。所述蛇状柔性阴极由阴极单元节、球铰接头、阴极端盖、阴极支撑环及紧固螺栓组成。阴极单元节两端分别设置有螺纹孔和球形凹槽。带有外螺纹的球铰接头分别通过螺纹和球铰将两个阴极单元节连接。阴极端盖布置在球铰上方，使球铰和阴极单元节的凹槽紧密配合。阴极支撑环安装在阴极端盖和阴极单元节之间，使阴极和流道内壁保持恒定的加工间隙。多个阴极单元节组成的蛇状柔性阴极随流道的形状布满整个内通道，两端通过导电软轴和机床主轴连接。机床主轴拉动柔性阴极沿流道轴向往复运动，完成内通道的光整加工。这种新颖的蛇状阴极柔性好，可达性高，可实现复杂弯曲流道电化学抛光。

Description

蛇状柔性阴极及内通道电化学抛光方法

技术领域

本发明涉及一种蛇状柔性阴极及内通道电化学抛光方法，属于特种加工技术领域。

背景技术

增材制造技术可实现复杂金属构件的一体化净成形，为航空航天、生物医疗、液压及模具制造等领域高性能零件的设计与制造提供了新的工艺技术途径。目前金属增材制造技术可实现弯曲复杂内通道工件的成形制造。例如美国航天局利用增材制造技术加工出含有三维异形扭曲通道的GRCo-84铜合金发动机燃烧室。空客A380装载了首个增材制造技术加工的含有弯曲液压歧管扰流板已试飞成功。但是增材技术制造的内通道零件由于黏附粉末、阶梯和球化效应导致表面粗糙，往往不能满足零部件的设计要求，需经过光整加工后才能最大程度地发挥其应有的性能。

电化学抛光是金属零件表面后处理的主要技术之一，具有工具电极损耗小、加工无应力及表面完整性好等优点，但受工具阴极形状和机床运动形式所限，难以实现复杂内通道的加工。因此，迫切需要创新设计工具阴极结构和运动方式，提高工具阴极可达性和柔性，实现金属增材制造构件复杂内通道的抛光。

发明内容

为降低金属增材制造构件内通道表面粗糙度，本发明提出一种蛇状柔性阴极及电化学抛光复杂内通道方法。利用球铰接头将多个阴极单元节连接形成蛇状柔性阴极，每个阴极单元节都可以绕着球铰任意转动，以适应弯曲内通道，提高工具阴极的可达性，实现复杂内通道的电化学抛光。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种蛇状柔性阴极，其特征在于：包括若干依次相连的阴极单元节，相邻阴极单元节之间通过球铰结构连接；其中球铰结构由球铰接头、阴极端盖、阴极支撑环及紧固螺栓组成；球铰接头由螺栓部位和球头部位组成；在一组相邻阴极单元节之间，球铰结构用于连接第一个阴极单元节的第一端和第二个阴极单元节的第二端；上述第一个阴极单元节的第一端表面中间为球形凹槽，凹槽尺寸与球铰接头的球头部分直径一致；上述阴极端盖表面为圆弧状，沿轴向开有圆形通孔，圆弧的圆心和直径与与球铰接头的球头部分一致；上述第二个阴极单元节的第二端表面为球面；球铰接头的球头部位通过阴极端盖及其紧固螺栓安装于第一个阴极单元的第一端；阴极支撑环安装于第一个阴极单元节的第一端和阴极端盖之间；球铰接头的螺栓部位安装于第二个阴极单元的第二端。

利用上述的蛇状柔性阴极及电化学抛光复杂内通道方法，包括以下过程：1).将蛇状柔性阴极置于具有复杂内通道的工件中；2).将蛇状柔性阴极通过下方的第一导电软轴与第一机床主轴连接，通过上方的第二导电软轴与第二机床主轴连接，并调节第一机床主轴和第二机床主轴与工件的相对位置，使第一导电软轴和第二导电软轴上有一定的预张紧力；3).将蛇状柔性阴极接电源负极，所加工工件接电源正极；4).将抛光液供液系统打开，接通电源，第一机床主轴和第二机床主轴通过第一导电软轴和第二导电软轴拉动蛇状柔性阴极往复运动，实现弯曲内通道的电化学抛光；5).经过一段时间的加工，当工件流道表面粗糙度达到加工要求时，停止加工。

上述第一个阴极单元的第一端表面中间为球形凹槽，凹槽尺寸与球铰接头的球头部分直径一致；上述第一个阴极单元节上的阴极端盖上表面为圆弧状，沿轴向开有圆形通孔，圆弧的圆心和直径与与球铰接头的球头部分一致；上述第二个阴极单元的第二端表面为球面。

上述阴极支撑环表面为圆弧状；沿轴向开有圆弧状的通孔，圆弧的圆心和直径与球铰一致；外侧沿圆周向均匀分布有多个支撑脚。

附图说明

图1为蛇状柔性阴极连接示意图；

图2为蛇状柔性阴极电化学抛光复杂内通道示意图；

图3为阴极单元节示意图；

图4为球铰接头示意图；

图5为阴极端盖示意图；

图6为阴极支撑环示意图；

图中标号名称为：1、内通道工件；2、第一导电软轴；3、第一机床主轴；4、第二机床主轴；5、第二导电软轴；6、电源；7、第二阴极单元节；8、球铰接头；9、阴极端盖；10、阴极支撑环；11、紧固螺栓；12第一阴极单元节。

实施方式

下面结合具体附图对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提出的蛇状柔性阴极包括第一阴极单元节12和第二阴极单元节7、球铰接头8、阴极端盖9、阴极支撑环10及紧固螺栓11。球铰接头8分别通过螺纹和球铰与两个阴极单元节连接。阴极端盖9设置在球铰接头8上方，使球铰接头8的球形部分和阴极单元节的球形凹槽紧密贴合。阴极支撑环10安装在阴极端盖9和第一阴极单元节12之间，使阴极和流道内壁保持恒定的加工间隙。沿圆周方向分布的多个紧固螺栓11将阴极端盖9和阴极支撑环10固结在第一阴极单元节12上。

如图2所示，本发明提出的蛇状柔性阴极及电化学抛光复杂内通道方法，包括以下步骤：

1）将蛇状柔性阴极置于具有复杂内通道的工件1中；

2）将蛇状柔性阴极通过下方的第一导电软轴2与第一机床主轴3连接，通过上方的第二导电软轴5与第二机床主轴4连接，并调节第一机床主轴3和第二机床主轴4与工件1的相对位置，使第一导电软轴2和第二导电软轴5上有一定的预张紧力；

3）将蛇状柔性阴极接电源6负极，所加工工件1接电源6正极；

4）将抛光液供液系统打开，接通电源6，第一机床主轴3和第二机床主轴4通过第一导电软轴2和第二导电软轴5拉动蛇状柔性阴极往复运动，实现弯曲内通道的电化学抛光；

5）经过一段时间的加工，当工件1流道表面粗糙度达到加工要求时，停止加工。

如图3所示，阴极单元节一端开有螺纹孔，另一端开有球形凹槽。开螺纹孔的一端表面为球面；开有球形凹槽的一端为平面，且沿圆周方向布置多个螺纹孔。

如图4所示，球铰接头8一端为球状，直径和阴极单元节上的凹槽直径一致；一端为圆柱，且圆柱上布置有外螺纹，尺寸和阴极单元节上的螺纹孔一致。

如图5所示，阴极端盖9上表面为圆弧状，且沿圆周向开有多个沉头孔。沿轴向开有圆弧状的通孔，圆弧的圆心和直径与球铰接头8一致。

如图6所示，阴极支撑环10沿轴向开有圆弧状的通孔，圆弧的圆心和直径与球铰接头8一致；外侧沿圆周方向均匀分布有多个支撑脚，以使柔性工具阴极和流道壁面保持一定的加工间隙。

Claims (3)

1.一种蛇状柔性阴极，其特征在于：

包括若干依次相连的阴极单元节，相邻阴极单元节之间通过球铰结构连接；

其中球铰结构由球铰接头（8）、阴极端盖（9）、阴极支撑环（10）及紧固螺栓（11）组成；球铰接头（8）由螺栓部位和球头部位组成；

在一组相邻阴极单元节之间，球铰结构用于连接第一个阴极单元节（12）的第一端和第二个阴极单元节（7）的第二端；

上述第一个阴极单元节（12）的第一端表面中间为球形凹槽，凹槽尺寸与球铰接头（8）的球头部分直径一致；上述阴极端盖（9）表面为圆弧状，沿轴向开有圆形通孔，圆弧的圆心和直径与球铰接头（8）的球头部分一致；上述第二个阴极单元节（7）的第二端表面为球面；

球铰接头（8）的球头部位通过阴极端盖（9）及其紧固螺栓（11）安装于第一个阴极单元节（12）的第一端；阴极支撑环（10）安装于第一个阴极单元节的第一端和阴极端盖（9）之间；球铰接头（8）的螺栓部位安装于第二个阴极单元节（7）的第二端。

2.根据权利要求1所述的蛇状柔性阴极，其特征在于：

上述阴极支撑环（10）表面为圆弧状；沿轴向开有圆弧状的通孔，圆弧的圆心和直径与球铰接头（8）一致；外侧沿圆周向均匀分布有多个支撑脚。

3.利用权利要求1所述的蛇状柔性阴极的内通道电化学抛光方法，其特征在于：

1）将蛇状柔性阴极置于具有复杂内通道的工件（1）中；

2）将蛇状柔性阴极通过下方的第一导电软轴（2）与第一机床主轴（3）连接，通过上方的第二导电软轴（5）与第二机床主轴（4）连接，并调节第一机床主轴（3）和第二机床主轴（4）与工件（1）的相对位置，使第一导电软轴（2）和第二导电软轴（5）上有一定的预张紧力；

3）将蛇状柔性阴极接电源（6）负极，所加工工件（1）接电源（6）正极；

4）将抛光液供液系统打开，接通电源（6），第一机床主轴（3）和第二机床主轴（4）通过第一导电软轴（2）和第二导电软轴（5）拉动蛇状柔性阴极往复运动，实现弯曲内通道的电化学抛光；

5）经过一段时间的加工，当工件（1）流道表面粗糙度达到加工要求时，停止加工。