專利名稱：肋化深小孔電解加工方法及專用工具陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的肋化深小孔電解加工方法及專用工具陰極，屬電解加工
背景技術(shù)：
隨著發(fā)動機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，對發(fā)動機(jī)推重比和增壓比的要求越來越高，而提高推重比的一個重要途徑就是提高燃燒室內(nèi)的溫度，這就要求發(fā)動機(jī)在更高的溫度下工作，由此對燃燒室的設(shè)計、制造等提出了更高的要求，尤其是對渦輪葉片的冷卻?，F(xiàn)代的發(fā)動機(jī)，要求可以在1300多度的高溫下正常運(yùn)行，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了發(fā)動機(jī)葉片材料所能承受的溫度。為了保證發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)行，采取有效的方法來解決發(fā)動機(jī)葉片的冷卻問題顯得尤為重要。肋化冷卻通道是一種高效低阻的葉片冷卻形式，它可以在渦輪葉片前緣、葉盆、葉背上得到應(yīng)用，通常這種肋化通道稱為“竹節(jié)孔”。竹節(jié)孔在傳熱過程中，冷卻孔側(cè)壁的肋對流體有較大的擾動作用，這種擾動作用破壞了冷卻通道內(nèi)流體的邊界層，減小了熱邊界層所產(chǎn)生的熱阻，加速了冷卻氣體由層流向湍流的轉(zhuǎn)化，同時也增大了換熱面積，具有較好的冷卻效果。有專利資料[Patent No.US 6,303,193 B1]顯示，美國將這種冷卻孔用于渦輪葉片的冷卻中，取得了很好的效果。其加工方法為首先加工一光孔，然后采用事先制備好的工具陰極，利用電解加工的方法將光孔加工成竹節(jié)孔。該加工方法充分利用了電解加工以離子的形式對材料去除的特點(diǎn)，以及其加工中工具無損耗，生產(chǎn)效率高，零件加工表面質(zhì)量好，與材料硬度無關(guān)等突出優(yōu)點(diǎn)。其工具陰極的制作過程如下首先在一圓柱體表面首先涂一層光刻膠；然后經(jīng)過光刻，曝光，顯影等一系列工藝，將圓柱體表面加工成光刻膠與導(dǎo)電層交叉分布的結(jié)構(gòu)；最后在電極末端安裝一定位支架制作出肋化深小孔加工用工具陰極。該方法制作出的工具陰極，由于光刻膠直接涂在其外表面，加工時使得導(dǎo)電層與工件之間的加工間隙增大，加工后肋化孔精度低；另外，采用光刻膠進(jìn)行絕緣，在進(jìn)行電解加工時，光刻膠易脫落；同時可以看出此工具陰極制備工藝過程復(fù)雜，每個工藝步驟都需要專用的設(shè)備，投資大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種肋化深小孔電解加工方法及專用工具陰極，以解決目前竹節(jié)孔加工電極制作困難，光刻膠易脫落，加工過程不穩(wěn)定，加工效率和成形精度低的問題。
一種肋化深小孔電解加工方法，其特征在于包括以下步驟(1)、在工件上加工出光孔；(2)、制備肋化深小孔加工用工具陰極，且工具陰極為表面帶有環(huán)形凹槽的金屬管，凹槽內(nèi)經(jīng)過環(huán)氧樹脂膠絕緣處理，絕緣層高度低于金屬管外表面高度；(3)、使工件與電解加工電源正極連接，并裝夾于工件安裝座上，且使其深孔下端密封；(4)、使工具陰極與電解加工電源負(fù)極相連，其上端通過工具陰極夾頭與進(jìn)給裝置相連；(5)、使工具陰極伸入工件光孔中；(6)、給電解區(qū)供給電解液電解液通過工具陰極夾頭，由工具陰極內(nèi)部通道上端流入，從陰極定位支架下端流出，流到工件深孔底部，再通過陰極定位支架與工件間的間隙向上流，流經(jīng)加工區(qū)，最后從工件深孔上端流出；(7)、利用工具陰極的竹節(jié)外形，在主軸旋轉(zhuǎn)的同時，工件光孔內(nèi)一次加工出帶肋的多個竹節(jié)形狀。
一種肋化深小孔電解加工專用工具電極，其特征在于電極主體為表面帶有環(huán)形凹槽的金屬管，且凹槽內(nèi)涂有環(huán)氧樹脂膠，環(huán)氧樹脂膠的高度低于金屬管外表面高度。
上述加工方法的優(yōu)點(diǎn)是在竹節(jié)孔電解加工中，成形工具電極的制作方法簡單，金屬管電極側(cè)壁加工成凹槽狀，環(huán)氧樹脂膠均勻的涂在金屬管凹槽內(nèi)制作工具陰極，環(huán)氧樹脂膠厚度不應(yīng)高于金屬管電極外徑，與在圓柱體表面涂光刻膠相比，加工時陰陽極之間的加工間隙更小，可以加工出形狀更為明顯的肋，加工精度高。另外環(huán)氧樹脂膠具有良好的抗腐蝕性，加工中不易脫落，加工穩(wěn)定性明顯提高。成形工具電極的采用提高了竹節(jié)孔電解加工的效率。
另外，加工中主軸的旋轉(zhuǎn)，改善了陰陽極之間的流場，提高了加工穩(wěn)定性，肋化深小孔在圓周方向的尺寸一致性得到提高。采用上述工藝方法，能以較低成本，快速、方便的加工出肋化深小孔。


圖1是成形工具陰極制作過程示意圖。其中圖1(a)為加工前的直管；圖1(b)為陰極反拷法加工管電極側(cè)壁凹槽；1(c)為側(cè)壁加工成凹槽的光滑直管；圖1(d)為凹槽內(nèi)涂環(huán)氧樹脂膠，并安裝陰極定位支架后制作好的工具電極。
圖2是電解加工竹節(jié)孔示意圖。其中圖2(e)為加工前示意圖；圖2(f)為加工后示意圖。
圖3是工件竹節(jié)孔電解加工裝置圖。
圖1中標(biāo)號名稱13、光滑直管，14，中心孔，18，反銬陰極，16、工具電極外壁被加工出的凹槽，17、工具電極沒有被絕緣的部分，18、反拷電極。
圖2中標(biāo)號名稱1、光孔，2、工件，3、電解液入口，4、環(huán)氧樹脂，5、金屬管，6、陰陽極之間的間隙，7、陰極定位支架，8、工件安裝座，9、密封墊片，10、陰極定位支架與工件間間隙，11、竹節(jié)孔，12、加工出的肋。
圖3中標(biāo)號名稱19、計算機(jī)，20、壓力表，21、流量計，22、調(diào)節(jié)閥，23、過濾器，24、齒輪泵，25、加熱器，26、溫度傳感器，27、儲液槽，28、溫控儀，29、竹節(jié)孔加工工具陰極，30、加工腔，31、壓板，32、加工電源，33、工具電極夾頭，34、傳動機(jī)構(gòu)，35、電動機(jī)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合圖1～圖3，具體說明如何加工發(fā)動機(jī)葉片內(nèi)肋化冷卻孔及工具陰極制備。
第一步首先利用電解加工法在工件上加工出光孔1。
第二步如圖1制備竹節(jié)孔加工用工具陰極28。選擇一導(dǎo)電良好的金屬管13為工具電極基礎(chǔ)材料，如圖1(a)，其截面形狀為圓環(huán)狀，金屬材料耐腐蝕。采用一反拷陰極18，利用電解加工反拷法將金屬管外壁面加工呈如圖2(c)所示凹槽狀16結(jié)構(gòu)，凹槽16深度應(yīng)小于金屬管外徑與內(nèi)經(jīng)尺寸差值，凹槽16寬度可根據(jù)需要進(jìn)行加工，將環(huán)氧樹脂絕緣膠4涂在加工好的凹槽16內(nèi)，待其干燥后在金屬管電極一端安裝陰極定位支架7，陰極定位支架外壁應(yīng)加工出斜面8，保證電解液流道的通暢。應(yīng)當(dāng)指出，金屬管電極13尺寸應(yīng)該根據(jù)要加工的竹節(jié)孔徑1大小來確定，直徑不能太小或太大。
第三步如圖3計算機(jī)19控制的傳動機(jī)構(gòu)34，電解加工電源32通過一碳刷連接的工具電極29與工件2，電解液溫控儀28，溫控儀連于置于儲液槽27內(nèi)的加熱器25和溫度傳感器26，與儲液槽27相連的齒輪泵24及過濾器23、調(diào)節(jié)閥22、流量計21、壓力表20所組成的電解液循環(huán)系統(tǒng)連于加工腔30，還包括置于加工腔內(nèi)，由壓板31壓緊在工件安裝座8上的工件，置于電極夾頭33上的成形工具電極29連于傳動裝置。組成竹節(jié)孔電解加工裝置的成形工具電極29通過工具電極夾頭33安裝在機(jī)床主軸上。電解液通過工具陰極夾頭33，由工具陰極內(nèi)部通道上端3流入，從陰極定位支架下端10流出，流到工件深孔底部，再通過工具陰極與工件間的空隙6向上流，流經(jīng)加工區(qū)，最后從工件深孔上端流出。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，工件陽極內(nèi)表面發(fā)生變化，處于導(dǎo)電層17附近的金屬材料溶解成竹節(jié)孔11，處于絕緣層4附近的材料不被蝕除形成肋12。利用工具陰極29的竹節(jié)外形，在工件光孔內(nèi)一次加工出帶有肋12的多個竹節(jié)11形狀。
第一步中加工光孔1，除了采用成形管電解加工法，還可以采用電火花穿孔的方法，當(dāng)孔的深度較小時也可以采用鉆孔進(jìn)行加工。
制備工具陰極29時，管電極周圍的凹槽16除了采用電解加工法，也可以采用其他的加工方法，考慮到加工后工具陰極的變形，最好采用不存在切削力的電解加工法進(jìn)行加工。而且采用了反銬陰極15，電解加工法較其他方法加工效率高。
以下對本發(fā)明的“肋化深小孔電解加工方法及專用工具陰極”原理及過程進(jìn)一步總結(jié)如下預(yù)先在加工零件上加工出一光孔1，光孔的加工可以采用電解、電火花或者鉆孔的辦法進(jìn)行加工。采用電火花線切割的辦法加工出一反拷陰極18；參考圖1首先選擇一金屬管13，利用加工出的反拷陰極18沿金屬管13徑向進(jìn)給，采用電解加工法將金屬管側(cè)壁加工出若干凹槽16。凹槽16不能太深以保證工具電極的強(qiáng)度，凹槽16的尺寸決定了最終加工肋12寬和竹節(jié)孔11寬度。環(huán)氧樹脂膠4均勻的涂在凹槽16內(nèi)，環(huán)氧樹脂膠4厚度不應(yīng)高于金屬管電極13外徑，與在圓柱體表面涂光刻膠相比，加工時陰陽極之間的加工間隙6更小，可以加工出形狀更為明顯的肋12，加工精度高。陰極定位支架7對加工穩(wěn)定性至關(guān)重要，陰極定位支架7材料為非導(dǎo)電材料，其有一定的強(qiáng)度，可以保證工具電極28穩(wěn)定的定位，避免加工中短路現(xiàn)象的發(fā)生和加工過程中因沖液造成的工具電極28擺動，而且陰極定位支架7側(cè)面的斜面8保證了電解液的流動暢通。工件2安裝在工件安裝座8上并由壓板31壓緊，保證工件底端密封良好，加工前調(diào)整好成形工具電極28和工件2的相對位置，電解液由齒輪泵24，過濾器23，壓力調(diào)節(jié)閥22，最后通過管電極中心孔3流入加工區(qū)，使加工區(qū)內(nèi)壓力保持穩(wěn)定，加工產(chǎn)物被充分帶出加工區(qū)。溫控儀28控制加熱裝置，保持電解液溫度恒定。電源32接通前，成形工具電極29在機(jī)床主軸19帶動下進(jìn)給到一定深度，接通電源32工具電極29在主軸帶動下實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，主軸旋轉(zhuǎn)保證了加工出的竹節(jié)孔11在圓周方向上的均勻性。通過設(shè)定不同的加工參數(shù)，可以加工出不同尺寸要求的竹節(jié)孔11形狀。該工件竹節(jié)孔電解加工方法可以穩(wěn)定加工出竹節(jié)狀冷卻孔，解決了竹節(jié)孔難加工、加工效率低的問題。
權(quán)利要求
1.一種肋化深小孔電解加工方法，其特征在于包括以下步驟(1)、在工件(2)上加工出光孔(1)；(2)、制備肋化深小孔(11)加工用工具陰極(29)，且工具陰極為表面帶有環(huán)形凹槽(31)的金屬管(13)，凹槽內(nèi)經(jīng)過環(huán)氧樹脂膠絕緣處理，絕緣層高度低于金屬管外表面高度；(3)、使工件(2)與電解加工電源正極連接，并裝夾于工件安裝座(8)上，且使其深孔下端密封(9)；(4)、使工具陰極(29)與電解加工電源負(fù)極相連，其上端通過工具陰極夾頭(33)與進(jìn)給裝置(34)相連；(5)、使工具陰極(29)伸入工件光孔(1)中；(6)、給電解區(qū)供給電解液電解液通過工具陰極夾頭(33)，由工具陰極(29)內(nèi)部通道上端(3)流入，從陰極定位支架(7)下端(10)流出，流到工件深孔底部，再通過陰極定位支架(7)與工件(2)間的間隙(6)向上流，流經(jīng)加工區(qū)，最后從工件深孔上端流出；(7)、利用工具陰極(29)的竹節(jié)外形，在主軸旋轉(zhuǎn)的同時，工件光孔內(nèi)一次加工出帶肋(12)的多個竹節(jié)(11)形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肋化深小孔電解加工方法，其特征在于所述制備工具陰極是采用以下步驟(1)、加工出具有矩形齒狀的片狀反拷電極(18)；(2)、選取金屬管(13)，利用反拷電極為陰極，將金屬管側(cè)壁加工出若干環(huán)形凹槽(31)；(3)、在凹槽(31)內(nèi)涂上高度低于金屬管外表面高度的環(huán)氧樹脂膠(4)；(4)、工具陰極(29)下端安裝絕緣的陰極定位支架(7)；
3.一種肋化深小孔電解加工專用工具電極，其特征在于電極主體為表面帶有環(huán)形凹槽(31)的金屬管(13)，且凹槽內(nèi)涂有環(huán)氧樹脂膠(4)，環(huán)氧樹脂膠的高度低于金屬管外表面高度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種肋化深小孔電解加工方法及專用工具陰極，屬電解加工領(lǐng)域。該方法包括以下步驟選擇一金屬管，以一反拷電極作陰極，在金屬管外表面加工出若干凹槽；將預(yù)先調(diào)制好的環(huán)氧樹脂膠均勻地涂在凹槽內(nèi)；在工具電極末端安裝定位支架，制作出成形工具電極；在工件上加工出光孔；將成形工具電極伸入深的光孔中，將光孔加工成肋化孔。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于成形工具電極的制作方法簡單；凹槽內(nèi)涂環(huán)氧樹脂膠，縮小了陰極與陽極之間的加工間隙，提高了肋化深小孔成形精度；涂在凹槽內(nèi)的環(huán)氧樹脂膠不易脫落，加工過程穩(wěn)定性好，顯著降低了工具電極修復(fù)次數(shù)；加工過程中主軸的旋轉(zhuǎn)保證了肋化深小孔在圓周方向上尺寸的均勻性。
文檔編號B23H3/00GK1943951SQ200610096850
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日
發(fā)明者朱荻, 王明環(huán), 曲寧松 申請人:南京航空航天大學(xué)