CN215034253U - 一种孔槽结构电解加工用双极性管电极 - Google Patents
一种孔槽结构电解加工用双极性管电极 Download PDFInfo
- Publication number
- CN215034253U CN215034253U CN202121736385.XU CN202121736385U CN215034253U CN 215034253 U CN215034253 U CN 215034253U CN 202121736385 U CN202121736385 U CN 202121736385U CN 215034253 U CN215034253 U CN 215034253U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- hole
- base body
- metal layer
- annular groove
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000003754 machining Methods 0.000 title abstract description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 12
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 11
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 abstract description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 206010063385 Intellectualisation Diseases 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000009991 scouring Methods 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Abstract
本实用新型涉及一种孔槽结构电解加工用双极性管电极，属于电解加工技术领域。双极性管电极包括呈圆筒形结构的电极基体、电绝缘隔层和惰性金属层。电极基体外侧壁上设有环形凹槽，环形凹槽表面涂覆电绝缘隔层，电绝缘隔层上外敷惰性金属层。电极基体端部同一圆周上还均匀布置有一圈喷液孔。在孔槽结构电解加工过程中，惰性金属层所带正电位高于工件所带正电位，电解液从喷液孔直接喷射到加工区，工件被加工表面上金属材料在电化学阳极溶解作用下被高定域性、高效率蚀除。本实用新型能显著提高孔槽结构电解加工的加工效率、加工精度及表面质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种孔槽结构电解加工用双极性管电极，属于电解加工技术领域。
背景技术
随着工业化产品向精密化、智能化、高产能化方向发展，在航空航天、汽车等领域中出现了越来越多的金属材料孔槽结构，如涡轮叶片气膜孔、进气道格栅阵列、加力燃烧室隔热屏、多孔喷油嘴等。这些零部件多采用钛合金、高温合金等难切削加工金属材料，而且孔槽结构本身也具备空间角度复杂、形状不规则的特点，其加工难度极大，给制造技术带来了诸多挑战。
管电极电解加工是采用中空金属管作为工具阴极，利用电化学阳极溶解原理进行材料蚀除，并最终将工件加工成所需形状和尺寸的工艺技术。该技术具有工具阴极无损耗、加工柔性高、加工表面无应力、无变质层、与零件材料硬度无关等特点，有望为难切削加工金属材料孔槽结构的高效、高品质加工提供一种更有竞争力的实现途径。
管电极电解加工需要重点解决两大棘手难题：（1）由于管电极完全裸露在电解液中，管电极外侧壁和工件之间有电场存在，造成非加工区及已加工表面的杂散腐蚀和再腐蚀，其后果是表面质量变差、加工精度降低；（2）由于管电极中心通孔内缺乏形成极间间隙电场所必须的实体材料，导致其正对工件表面上的电流密度显著减弱，加工区各处的材料蚀除速度差距拉大，极易产生火花放电、短路现象。针对难题一，目前最常见的方法是在管电极侧壁覆盖电绝缘屏蔽物，但这种被动抑制杂散电流措施在精密电解加工中仍然收效欠佳。针对难题二，目前仍然主要依靠降低管电极进给速度（即牺牲加工效率）的方法来确保加工过程稳定性。显然，上述难题严重制约了管电极电解加工技术在金属材料孔槽结构加工领域的推广及应用。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种孔槽结构电解加工用双极性管电极，以解决上述背景技术中提出的管电极电解加工时表面质量差、加工精度及效率低的问题和不足。
一种双极性管电极，其特征在于：包括电极基体、电绝缘隔层、惰性金属层；所述的电极基体为设有中心盲孔的圆筒形结构；所述的电极基体的外侧壁与端部的壁厚相等；所述的电极基体的外侧壁上开设有环形凹槽；所述的环形凹槽的下端圆柱凸台的高度等于电极基体的壁厚；所述的环形凹槽的深度不超过电极基体的壁厚的50%；所述的环形凹槽的长度大于电极基体的长度的一半，且小于电极基体的长度的三分之二；所述的环形凹槽的内部表面上均涂覆有电绝缘隔层；所述的电绝缘隔层的表面上涂覆有不电化学溶解于中性盐溶液的惰性金属层；所述的电极基体的端部设有一圈形状大小一致沿圆周均布的喷液孔；所述的喷液孔的中心位于电极基体端部的同心圆上；所述的同心圆的半径大于喷液孔半径，且小于中心盲孔与喷液孔的半径差值；所述的喷液孔的面积不小于所述的中心盲孔的面积的30%；所述的电极基体的材质为不锈钢；所述的电绝缘隔层的材质为氮化硅；所述的惰性金属层的材质为金或铂。
利用上述双极性管电极进行孔槽结构电解加工的方法包括以下步骤：
S1、将工件的加工表面定位到电极基体的端部的正下方；
S2、把主电源的正极与工件相连，负极与电极基体相连；
S3、将辅助电源的正极与惰性金属层相连，负极与电极基体相连；
S4、开启并调节主电源和辅助电源，使辅助电源的电压高于主电源的电压；
S5、将电解液泵入电极基体的中心盲孔内，通过喷液孔直接喷向加工区；
S6、驱动电极基体按照预设轨迹相对于工件运动，此时，工件的加工表面上的金属材料在电化学阳极溶解作用下被高定域性、高效率蚀除，直至加工结束。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1、加工精度及表面质量更好。本实用新型提供的双极性管电极的外侧壁上的环形凹槽内设置有与电极基体电绝缘隔离的惰性金属层，如此电极基体可接主电源和辅助电源的负极，工件和惰性金属层可分别接主电源和辅助电源的正极，并通过主动调节主电源和辅助电的电压大小，可使惰性金属层的电位高于工件电位，从而主动吸引电极基体在加工位置附近的非加工区域辐射的杂散电场，保证已加工表面没有多余的电场分布。相比于管电极侧壁覆盖电绝缘屏蔽物等被动抑制杂散电流措施，采用本实用新型提供的双极性管电极能获得更理想的杂散腐蚀抑制效果，有效提高孔槽结构电解加工的加工精度及表面质量。
2、加工效率更高。本实用新型提供的双极性管电极的端部中心区存在实体材料，可保证其正对工件表面上的金属材料在高电流密度下快速溶解，减少加工区边缘和中心处材料溶解速度的差距，从而提高电解加工过程的稳定性。本实用新型提供的双极性管电极在端部同一圆周上均布有多个喷液孔，相比于单孔管电极，如此设计可有效改善极间间隙内流场均匀性，从而加快极间间隙内电解产物的排除。这些改进措施均有助于提高管电极的进给速度，在电解加工孔槽结构时能获得更高的材料去除率。
3、双极性管电极结构设计更合理。本实用新型将双极性管电极外侧壁上的环形凹槽的下端设置为圆柱凸台，并将电绝缘隔层及惰性金属层涂覆在环形凹槽内，如此可有效抑制电解液流动对电绝缘隔层和惰性金属层边缘的冲刷作用，显著提高双极性管电极的使用寿命。同时，环形凹槽深度不超过电极基体壁厚的50%，环形凹槽下端圆柱凸台高度等于电极基体壁厚，环形凹槽长度介于电极基体长度的二分之一到三分之二之间，如此既可保证双极管电极具备良好的刚度，又可使其上端裸露一定长度的电极基体表面，以便于安装和引电。此外，本实用新型将双极性管电极端部喷液孔中心所在同心圆的半径大于喷液孔半径，且小于中心盲孔与喷液孔的半径差值，如此既可使电极基体端部中心存在实体材料，又能避免喷液孔流道面积受到电极基体壁厚的影响。同时，所有喷液孔的形状大小一致，且总面积不小于中心盲孔面积的30%，如此既可避免因孔径不一致带来的流速差异，又可保证极间间隙内电解液流量足够大。这些设计使本实用新型提供的双极性管电极具有极高的适用性和可靠性，能够显著拓展孔槽结构电解加工的工业应用范围。
附图说明
图1双极性管电极示意图。
图2电极基体示意图。
图3双极性管电极端部喷液孔分布图。
图4双极性管电极电解加工示意图。
图中标号名称为：1、电极基体；2、电绝缘隔层；3、惰性金属层；4、中心盲孔；5、环形凹槽；6、圆柱凸台；7、喷液孔；8、同心圆；9、工件；10、主电源；11、辅助电源；12、电解液；13、电解液流动方向；14、走刀路径。
具体实施方式
下面结合具体附图对本实用新型一种孔槽结构电解加工用双极性管电极的实施作进一步描述，本实施在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图1、图2和图3所示，一种孔槽结构电解加工用双极性管电极，包括电极基体、电绝缘隔层、惰性金属层。电极基体采用抗腐蚀能力强的不锈钢材料，呈圆筒形结构，其侧壁及端部的壁厚均为1mm，中心盲孔的直径为4mm。电极基体外侧壁上加工有环形凹槽，其深度为0.5mm。环形凹槽下端加工成圆柱凸台，其高度为1mm。电极基体的端部开设有4个直径均为1.2mm的喷液孔，所有喷液孔的中心均位于电极基体端部的直径为2.4mm的同心圆上，并且沿圆周方向均匀布置。利用磁控溅射技术，先将氮化硅涂覆在环形凹槽的内部表面上，即可制备出电绝缘隔层；再将极难溶解于中性盐溶液的电化学惰性金属，如金或铂，外敷于电绝缘隔层的表面，进而制备出惰性金属导电层。
如图3和图4所示，利用图1所示的双极性管电极进行孔槽结构电解加工，其方法主要包括以下步骤：
步骤1、将工件水平装夹在工作台（图中未画出）上，将电极基体的上端安装在与工作台垂直的中空主轴（图中未画出）的末端，并通过运动控制单元（图中未画出）进行对刀，使工件加工表面定位到电极基体端部的正下方；
步骤2、将工件与主电源的正极相连，将惰性金属层与辅助电源的正极相连，将电极基体上端分别与主电源和辅助电源的负极相连；
步骤3、打开主电源及辅助电源的开关，调节其工作参数，使辅助电源电压高于主电源电压，此时，惰性金属层所带的正电位值大于工件所带的正电位值；
步骤4、将电解液沿电解液流动方向通入电极基体的中心盲孔内，并经过喷液孔直接喷射到工件加工区及其附近，使电解极体端部和工件之间、电极基体端部和惰性金属层之间实现电导通；
步骤5、驱动电极基体按照预设的走刀路径进行电解加工，此时，工件被加工表面上的金属材料在电化学阳极溶解作用下被高定域性、高效率蚀除，直至获得所需形状和尺寸的孔结构或者槽结构。
采用本实施例按照上述操作执行电解加工孔槽结构，其加工效率、加工精度和表面质量均可得到显著提高。
Claims (1)
1.一种双极性管电极，其特征在于：包括电极基体（1）、电绝缘隔层（2）、惰性金属层（3）；所述的电极基体（1）为设有中心盲孔（4）的圆筒形结构；所述的电极基体（1）的外侧壁与端部的壁厚相等；所述的电极基体（1）的外侧壁上开设有环形凹槽（5）；所述的环形凹槽（5）的下端圆柱凸台（6）的高度等于电极基体（1）的壁厚；所述的环形凹槽（5）的深度不超过电极基体（1）的壁厚的50%；所述的环形凹槽（5）的长度大于电极基体（1）的长度的一半，且小于电极基体（1）的长度的三分之二；所述的环形凹槽（5）的内部表面上均涂覆有电绝缘隔层（2）；所述的电绝缘隔层（2）的表面上涂覆有不电化学溶解于中性盐溶液的惰性金属层（3）；所述的电极基体（1）的端部设有一圈形状大小一致沿圆周均布的喷液孔（7）；所述的喷液孔（7）的中心位于电极基体（1）端部的同心圆（8）上；所述的同心圆（8）的半径大于喷液孔（7）半径，且小于中心盲孔（4）与喷液孔（7）的半径差值；所述的喷液孔（7）的面积不小于所述的中心盲孔（4）的面积的30%；所述的电极基体（1）的材质为不锈钢；所述的电绝缘隔层（2）的材质为氮化硅；所述的惰性金属层（3）的材质为金或铂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202121736385.XU CN215034253U (zh) | 2021-07-29 | 2021-07-29 | 一种孔槽结构电解加工用双极性管电极 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202121736385.XU CN215034253U (zh) | 2021-07-29 | 2021-07-29 | 一种孔槽结构电解加工用双极性管电极 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN215034253U true CN215034253U (zh) | 2021-12-07 |
Family
ID=79218711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202121736385.XU Expired - Fee Related CN215034253U (zh) | 2021-07-29 | 2021-07-29 | 一种孔槽结构电解加工用双极性管电极 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN215034253U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114871519A (zh) * | 2022-05-04 | 2022-08-09 | 河南理工大学 | 一种电解磨削平面的加工系统与方法 |
-
2021
- 2021-07-29 CN CN202121736385.XU patent/CN215034253U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114871519A (zh) * | 2022-05-04 | 2022-08-09 | 河南理工大学 | 一种电解磨削平面的加工系统与方法 |
| CN114871519B (zh) * | 2022-05-04 | 2023-05-09 | 河南理工大学 | 一种电解磨削平面的加工系统与方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108372335B (zh) | 一种密集斜方孔的电解加工方法 | |
| CN101633065B (zh) | 微尺度脉冲电解射流加工系统及加工方法 | |
| CN109570666B (zh) | 电解线切割加工用双极性工具电极及制作与加工方法 | |
| CN111940858B (zh) | 回转体表面凸台结构成形的工具电极及其方法 | |
| CN106312208B (zh) | 辅助阳极电解磨铣加工系统及方法 | |
| CN215034253U (zh) | 一种孔槽结构电解加工用双极性管电极 | |
| JPWO2007057948A1 (ja) | ワイヤ放電加工方法、半導体ウエハ製造方法及び太陽電池用セル製造方法 | |
| CN108723525B (zh) | 一种用于内壁环槽的电解加工阴极 | |
| CN105014169A (zh) | 群电极电解加工阵列孔的方法 | |
| CN104227159A (zh) | 一种微细凹凸结构的电解加工方法 | |
| Wang et al. | Fabrication of disk microelectrode arrays and their application to micro-hole drilling using electrochemical micromachining | |
| CN104511669A (zh) | 大长径比盘状阵列群电极的电化学加工方法 | |
| CN113369611B (zh) | 回转体表面凸台电解加工用双极性电极组件及其加工方法 | |
| CN109158719B (zh) | 一种静电致动辅助进给的微细电解加工装置 | |
| CN201586806U (zh) | 微尺度脉冲电解射流加工系统 | |
| CN111136355A (zh) | 一种层叠式圆盘形电解加工工具电极及其电解加工方法 | |
| CN105127528A (zh) | 阵列群电极微小孔电加工同轴冲液方法及装置 | |
| CN114700568A (zh) | 一种带式电极电火花电解复合加工沟槽结构的方法及装置 | |
| CN213410695U (zh) | 一种电解铣削加工用绝缘管电极 | |
| CN112935433A (zh) | 金属板带微细群沟槽的层叠辊式电极电解加工系统及方法 | |
| CN105618878A (zh) | 柔性集束导电磨头电解磨削同步电弧放电强化复合加工方法 | |
| CN115058756B (zh) | 适用于3c电子产品氧化工艺的节能型双飞靶氧化槽 | |
| CN114559116B (zh) | 一种大面积型面电解加工流场的调控方法及工装 | |
| CN113478032B (zh) | 一种大深宽比槽电解加工电极及加工方法 | |
| US20230407517A1 (en) | Methods and systems of electrochemical machining |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20211207 |