CN204867693U - 微热管内壁非连续微结构电加工工具头及加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微热管内壁非连续微结构电加工工具头及加工装置，工具头包括导电圆柱体(41)，导电圆柱体(41)的外侧设置有一排沿轴向均匀分布的圆锥形针尖(43)。加工装置包括机床、加工电源(6)、工具头(4)，机床上设置有可绕Z轴旋转的工作台(1)，工作台(1)上设置有夹具(2)，工具头(4)安装于机床主轴上并可沿Z轴方向上下移动，机床上设置有进液管(5)，进液管(5)的出口位于工具头(4)的圆锥形针尖(43)上方，加工电源(6)的输出端正极连接工作台(1)上的工件(3)，输出端负极连接工具头(4)。本实用新型利于电解液更新和电解产物的排出，减低对中调整的难度，避免加工深度不均匀问题。

Description

微热管内壁非连续微结构电加工工具头及加工装置

技术领域

本实用新型属于微细特种加工的技术领域，具体是指一种用于微热管内壁非连续微结构的微细电解加工的装置。

背景技术

随着电子技术的发展，高频、高速和集成电路密集化的微电子器件，耗散功率和发热量急剧升高，常规的冷却方式已无法解决电子器件的散热瓶颈问题。微型热管以其高导热率、良好的等温性、无需额外电力驱动、热响应快、结构简单等优点成为高热流密度电子器件散热的理想元件。研究结果表明，以具有强化传热表面的微热管取代现有的普通金属光滑管,能显著地提高其传热效率。强化传热表面是指在管内壁表面加工的一些几十微米到几百微米尺寸的连续或非连续紊流结构。非连续微结构更有利于冷凝液表面张力发挥作用和液体的沸腾，有利于促进冷凝膜内部的对流换热、沸腾泡核的成倍增长和气泡的大量发生和蒸发。

电解加工(Electrochemicalmachining，简称ECM)是利用金属在电解液中可以发生阳极溶解的原理去除材料，将零件加工成形的方法(见：丁维育.纯钛微细电解加工基础试验研究[D].南京：南京航空航天大学，2010)。电解加工技术具有加工过程中无工具电极损耗，加工范围广，加工表面质量好，生产效率高，工件表面没有残余应力、变形和热影响区等优点。因此，电解加工在航空航天、武器制造、模具、精密仪器、生物医疗等领域的应用受到广泛重视，被应用于加工传统机械加工难以制造的整体叶轮、叶片、炮管膛线等零件和难加工材料零件如锻模等的制造，以及齿轮、各种型孔和去毛刺等方面。

广东工业大学王冠教授研制的微细电解加工装置，其采用外表面涂覆有多条螺旋线绝缘胶的上宽下窄的圆锥形阴极头，连接在中空的导电导液杆前端，用导向装置保持导电导液杆的稳定性，通过左右螺旋线阴极头分别正反两次旋转进给，在微热管内表面电解形成大量非连续微结构(见中国专利公告号:CN202684248U)。

上述技术由于圆锥形阴极外表面与微热管内表面的间隙非常小，加工中产生的絮状沉淀易粘附在螺旋形绝缘胶和已加工出的螺旋槽表面，加工产物排除不畅极易造成短路而停止加工。此外，由于现有技术的采用导电导液管带动阴极头旋转，这对阴极头轴线与微热管内圆轴线的同轴度要求很高，导电导液管是细长管，容易产生弯曲挠度而破坏对中性，容易引起加工间隙分布不均匀，导致加工深度不均匀。

上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本实用新型的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本实用新型的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种微热管内壁非连续微结构电加工工具头及加工装置，其利于电解液更新和电解产物的排出，减低对中调整的难度，避免加工深度不均匀问题。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

提供一种微热管内壁非连续微结构电加工工具头，包括导电圆柱体，所述导电圆柱体的外侧设置有一排沿轴向均匀分布的圆锥形针尖，圆锥形针尖的针尖方向为径向，圆锥形针尖与导电圆柱体导电连接。

其中，所述导电圆柱体上设置有导电片，所述圆锥形针尖设置在导电片上。

其中，所述导电圆柱体的端部设置有轴向切缝，所述导电片固定安装于轴向切缝中。

其中，所述导电片通过焊接、铆接或螺纹连接的方式固定在轴向切缝中。

其中，所述圆锥形针尖排列为直线。

本实用新型采用排状针尖电极作工具电极进行加工，工具与工件之间存在较大的空隙，有利于加工间隙内工作液的更新,有利于电解产物或电蚀产物的排出，工具电极刚性好，加工微热管内壁微结构的均匀性好。

本实用新型还提供了一种微热管内壁非连续微结构电加工装置，包括机床、加工电源、如上所述的工具头，所述机床上设置有可绕Z轴旋转的工作台，所述工作台上设置有夹具，所述工具头安装于机床主轴上并可沿Z轴方向上下移动，机床上设置有进液管，进液管的出口位于工具头的圆锥形针尖上方，加工电源的输出端正极连接工作台上的工件，输出端负极连接工具头。

其中，还包括控制系统，所述控制系统用于控制工作台和机床主轴动作。

其中，所述工具头除圆锥形针尖的针尖端外的部分覆盖有绝缘胶。

本实用新型加工装置的工具头只做上下移动，工件做旋转运动，当工具头加工部位与工件内壁的距离在保持不变，只要工具头尖端的排列方向与工件母线平行，即可保证工件加工深度的均匀性。由于是单边加工，工具头相对于工件径向保持静止，工件做旋转运动，不更换电极即可加工更多尺寸的微热管，可以满足更多尺寸直径的工件，这与车削加工相似。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是微热管内壁非连续微结构电加工工具头的结构示意图。

图2是图1的仰视图。

图3是本微热管内壁非连续微结构电加工装置的结构示意图。

图4是采用图3所述加工装置加工后的工件内部结构图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型的核心在于提供一种微热管内壁非连续微结构电加工工具头及加工装置，其采用排状针尖电极加工管状金属工件内表面非连续微结构，有利于电解产物或电蚀产物的排出，采用排状针尖电极移动和工件旋转的配合运动，利用电解加工或电火花电解复合加工技术，制造工件内表面非连续微结构。

如图1和图2所示，本实用新型所述的微热管内壁非连续微结构电加工工具头，包括导电圆柱体41，所述导电圆柱体41的外侧设置有一排沿轴向均匀分布的圆锥形针尖43，圆锥形针尖43的针尖方向为径向，圆锥形针尖43与导电圆柱体41导电连接。所述导电圆柱体41上设置有导电片42，所述圆锥形针尖43设置在导电片42上，所述圆锥形针尖43排列为直线。所述导电圆柱体41的端部设置有轴向切缝，所述导电片42固定安装于轴向切缝中，具体的，所述导电片42通过焊接、铆接或螺纹连接的方式固定在轴向切缝中。

如图3所示，本实用新型所述的微热管内壁非连续微结构电加工装置，包括机床、加工电源6、如上所述的工具头4。所述机床上设置有可绕Z轴旋转的工作台1，工作台还可以具有沿X轴、Y轴方向移动的功能。所述工作台1上设置有夹具2，被加工工件3装夹于夹具2中，所述工具头4安装于机床主轴上并可沿Z轴方向上下移动，机床上设置有进液管5，进液管5的出口位于工具头4的圆锥形针尖43上方，进液管5可将工作液从工件3顶端与工具头4间隙内充填入加工范围。加工电源6的输出端正极连接工作台1上的工件3，输出端负极连接工具头4。所述工具头4除圆锥形针尖43的针尖端外的部分覆盖有绝缘胶，工具头4只露出针尖前端的小部分，以削弱加工时的杂散腐蚀。

本实用新型还包括控制系统7，所述控制系统7用于控制工作台1和机床主轴动作，控制系统7可控制短路回退、工具头4的上下移动和工作台1的旋转及水平范围的移动。

本实用新型加工时，工件3装夹于夹具合适位置，开启工作液，通过控制系统7的对刀程序完成工具头4的位置对定，使工具头4上的一排针尖与工件内壁距离适当的加工间隙，设置好加工电源6输出电压参数后开启电压输出，同时控制系统7控制工作台1以一定的速度绕Z轴旋转和工具头4以一定的速度沿Z轴向下移动，工作台1的旋转通过夹具2直接传递给工件3，控制工件3与工具头4以一定的比例相对运动，使工具头4上每个针尖相对于工件3内表面形成螺旋线轨迹，并且配合电解去除材料的速度控制轨迹速度，加工到一定时间后就会在工件3内壁上留下多条一定深度的螺旋沟槽。加工到一定行程后，控制工具头4按照上述相同速度向上运动，工件3旋转速度和方向不变，此时形成的螺旋线轨迹与上述螺旋线轨迹旋向相反，当工具头4加工回初始加工位置时完成整个过程，停止加工运动、电源输出和工作液供应，机床回原点。两次加工效果如图4所示，在微热管内壁先加工出一个方向的多条螺旋线沟槽，然后加工与前者反向的多条螺旋线沟槽，就产生了微热管内壁非连续微结构。

上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

总之，本实用新型虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本实用新型的范围，否则都应该包括在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种微热管内壁非连续微结构电加工工具头，其特征在于：包括导电圆柱体(41)，所述导电圆柱体(41)的外侧设置有一排沿轴向均匀分布的圆锥形针尖(43)，圆锥形针尖(43)的针尖方向为径向，圆锥形针尖(43)与导电圆柱体(41)导电连接。

2.根据权利要求1所述的微热管内壁非连续微结构电加工工具头，其特征在于：所述导电圆柱体(41)上设置有导电片(42)，所述圆锥形针尖(43)设置在导电片(42)上。

3.根据权利要求2所述的微热管内壁非连续微结构电加工工具头，其特征在于：所述导电圆柱体(41)的端部设置有轴向切缝，所述导电片(42)固定安装于轴向切缝中。

4.根据权利要求3所述的微热管内壁非连续微结构电加工工具头，其特征在于：所述导电片(42)通过焊接、铆接或螺纹连接的方式固定在轴向切缝中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的微热管内壁非连续微结构电加工工具头，其特征在于：所述圆锥形针尖(43)排列为直线。

6.一种微热管内壁非连续微结构电加工装置，其特征在于：包括机床、加工电源(6)、如权利要求1至5中任一项的工具头(4)，所述机床上设置有可绕Z轴旋转的工作台(1)，所述工作台(1)上设置有夹具(2)，所述工具头(4)安装于机床主轴上并可沿Z轴方向上下移动，机床上设置有进液管(5)，进液管(5)的出口位于工具头(4)的圆锥形针尖(43)上方，加工电源(6)的输出端正极连接工作台(1)上的工件(3)，输出端负极连接工具头(4)。

7.根据权利要求6所述的微热管内壁非连续微结构电加工装置，其特征在于：还包括控制系统(7)，所述控制系统(7)用于控制工作台(1)和机床主轴动作。

8.根据权利要求6所述的微热管内壁非连续微结构电加工装置，其特征在于：所述工具头(4)除圆锥形针尖(43)的针尖端外的部分覆盖有绝缘胶。