專利名稱：一種用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電解加工裝置，尤其涉及一種用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置。
背景技術(shù)：
目前，在冶金、化工、粉體、生物醫(yī)藥、汽車、采礦、食品飲料、機(jī)械、紡織、造紙、油氣與水處理、航空航天等領(lǐng)域常常應(yīng)用到物質(zhì)的過濾和篩分工藝環(huán)節(jié)。過濾與篩分的應(yīng)用效果很大程度上取決于濾(篩)網(wǎng)片的技術(shù)性能指標(biāo)。應(yīng)用實(shí)踐表明:具有雙面喇叭形孔截面的濾(篩)網(wǎng)片，具有濾網(wǎng)表面的堆積壓力小、易卸渣和清洗、不易堵塞、過濾周期和使用壽命長、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，是高性能精細(xì)濾(篩)網(wǎng)片新的發(fā)展動(dòng)向。然而，雙面喇叭形截面網(wǎng)孔的成型具有很大的技術(shù)難度。申請(qǐng)?zhí)枮镃N201110200283.0的《一種喇叭形微小孔陣列電鑄成形用芯模的制造方法》專利公開了一種直接利用電鑄加工工藝獲得單面喇叭孔型微小孔陣列的加工方法。由于電鑄加工中需要進(jìn)行涂覆光刻膠、曝光、去膠等復(fù)雜繁瑣的工藝，加工效率低，生產(chǎn)成本高，不利于實(shí)現(xiàn)喇叭形孔截面群孔的一次性成型和批量化生產(chǎn)，且該專利只能實(shí)現(xiàn)單面喇叭形陣列。為解決雙面喇叭形孔陣列的加工，申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210233224.8的《一種雙面外擴(kuò)形金屬微小孔陣列加工方法》專利公開了一種基于在惰性金屬貫穿孔陣列薄板上實(shí)施電鑄一電解組合工藝來制造雙面外擴(kuò)形金屬微小孔陣列加工方法，具體為:通過電鑄工藝步驟形成一面縮孔形弧面外擴(kuò)特征，然后再通過電解工藝步驟形成另一面凹坑形弧面外擴(kuò)特征，從而獲得網(wǎng)孔進(jìn)出口均為外擴(kuò)形金屬微小孔陣列的結(jié)構(gòu)，該方法能低成本的制造出同時(shí)具備小孔徑(寬)、高開孔率、大厚度等特性的金屬微小孔陣列，且工藝簡單，實(shí)施容易。這種通過電鑄加工與電解加工相結(jié)合共同獲得進(jìn)出口均為外擴(kuò)形金屬微小孔陣列的方法是金屬孔陣列制造的一個(gè)新突破。在具體的實(shí)現(xiàn)過程中，對(duì)于平面結(jié)構(gòu)，不管是進(jìn)行電鑄工藝步驟還是電解工藝步驟，無需特殊或?qū)Ｓ醚b置就可實(shí)現(xiàn)。但是，對(duì)于在薄壁圓筒體上形成雙向喇叭形孔陣列結(jié)構(gòu)，尤其是大長徑比的圓筒體，由于其壁薄，長徑比大，易變形，且不易夾持固定，其在工藝實(shí)施過程中的安裝定位具有一定難度。如專利《一種雙面外擴(kuò)形金屬微小孔陣列加工方法》中公開的電鑄工藝環(huán)節(jié)，由于是在特定惰性金屬圓筒體的外壁面上進(jìn)行電沉積，可以通過在對(duì)圓筒體加裝支撐體等方式克服它們?cè)诠に噷?shí)施過程中存在的安裝、固定和定位問題。但對(duì)于電解工藝步驟，由于需在薄壁圓筒體的內(nèi)部來實(shí)現(xiàn)安設(shè)工具陰極、保持均勻的小加工間隙、開設(shè)合理的電解液流道等必需條件和良好的工藝環(huán)境，難度很大，現(xiàn)有的電解裝置或常規(guī)的改造設(shè)備都無法滿足其應(yīng)用要求，需開發(fā)一種專門用于在薄壁圓筒工件上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置，適用于大長徑比的薄壁圓筒型工件電解加工，能夠解決大長徑比的薄壁圓筒型工件在加工過程中不易夾持固定、易變形、穩(wěn)定工藝條件難以實(shí)現(xiàn)的問題。本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置，包括工具陰極、外表面設(shè)置有電絕緣膠膜的工件陽極、驅(qū)動(dòng)工具陰極旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置、電解加工電源和電解液循環(huán)過濾單元，所述的工具陰極為設(shè)置有進(jìn)液孔和出液孔的中空滾筒，工件陽極同軸線、非接觸地套設(shè)在工具陰極外部，工具陰極與工件陽極之間形成的圓環(huán)形空腔兩端通過電絕緣動(dòng)密封件動(dòng)密封，工具陰極的兩端分別連接電解液循環(huán)過濾單元，電解加工電源的正極與負(fù)極分別連接工件陽極和工具陰極，工件陽極下方平行設(shè)置的兩個(gè)托輥與工件陽極線接觸，托輥由動(dòng)力源單元驅(qū)動(dòng)。所述的工具陰極外表面設(shè)置有一條或多條螺旋形凸起。所述的工具陰極外表面設(shè)置的螺旋形凸起與工件陽極內(nèi)壁件的空隙為
0.lmm-3mm0所述的工具陰極旋轉(zhuǎn)方向與工具陰極外表面設(shè)置的螺旋形凸起旋向相同。所述的兩個(gè)托輥分別由動(dòng)力源單元驅(qū)動(dòng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，速度相同，旋轉(zhuǎn)方向均與工具陰極的旋轉(zhuǎn)方向相反。所述的兩個(gè)托輥由耐酸堿腐蝕的電絕緣材料制成，尺寸相同。所述的電絕緣動(dòng)密封件外側(cè)設(shè)置有壓緊裝置。所述的兩個(gè)電絕緣動(dòng)密封件之間的工具陰極左右兩側(cè)沿圓周表面分別均勻設(shè)置有多個(gè)進(jìn)液孔和出液孔，且進(jìn)液孔和出液孔與電絕緣動(dòng)密封件的距離為lmm-2mm。所述的兩個(gè)托輥之間的距離可調(diào)，工件陽極與兩個(gè)托輥在同一平面截面的圓心夾角大于O度小于180度。所述的電解加工電源的正極與負(fù)極分別通過引電裝置連接工件陽極和工具陰極。本發(fā)明利用兩個(gè)平行托輥對(duì)大長徑比薄壁圓筒工件進(jìn)行穩(wěn)定可靠的支撐和定位，工件變形小，且工件陽極在加工過程中始終處于轉(zhuǎn)動(dòng)中，各向各處受力均勻，工藝條件穩(wěn)定，工件陽極小孔內(nèi)的電解液可在重力的作用下自行下落，有利于盲孔內(nèi)電解產(chǎn)物排除及小孔內(nèi)電解液的更新。本發(fā)明進(jìn)一步利用工具陰極外表面設(shè)置的螺旋形凸起推動(dòng)電解液向前快速移動(dòng)，加快了電解液的流動(dòng)與更新，同時(shí)對(duì)電解液產(chǎn)生一個(gè)渦旋力，進(jìn)而沖刷加工間隙和加工區(qū)域，促進(jìn)了電解產(chǎn)物的快速排出。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明的三維剖視 圖3為本發(fā)明所述工具陰極的半剖視 圖4為工件陽極與兩個(gè)托輥在同一平面截面的圓心夾角的示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1至圖3所示，本發(fā)明包括工具陰極8、外表面設(shè)置有電絕緣膠膜的工件陽極
3、驅(qū)動(dòng)工具陰極8旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置2、電解加工電源13和電解液循環(huán)過濾單元15。工具陰極8為設(shè)置有進(jìn)液孔9和出液孔6的中空滾筒，且工具陰極8外表面設(shè)置有一條或多條螺旋形凸起11，工件陽極3同軸線、非接觸地設(shè)置在工具陰極8外部，工具陰極8外表面設(shè)置的螺旋形凸起11與工件陽極3內(nèi)壁間的空隙為0.1_-3_，工具陰極8與工件陽極3之間形成的圓環(huán)形空腔7兩端通過電絕緣動(dòng)密封件5-1、5-2動(dòng)密封，電絕緣動(dòng)密封件5-1、5-2外側(cè)設(shè)置有壓緊裝置4-1、4-2，壓緊裝置4-1、4-2可采用緊定套。兩個(gè)電絕緣動(dòng)密封件5_1、5-2之間的工具陰極8左右兩側(cè)沿圓周表面分別均勻設(shè)置有多個(gè)進(jìn)液孔9和出液孔6，且進(jìn)液孔9和出液孔6與電絕緣動(dòng)密封件5-1、5-2的距離為1_-2_。工具陰極8旋轉(zhuǎn)方向與工具陰極8外表面設(shè)置的螺旋形凸起11旋向相同。工具陰極8的兩端分別連接電解液循環(huán)過濾單元15，電解加工電源13的正極與負(fù)極分別通過引電裝置12連接工件陽極3和工具陰極8，工件陽極3下方平行設(shè)置有兩個(gè)尺寸相同的由耐酸堿腐蝕的電絕緣材料制成的托輥10-1、10-2，可以防止被電解液腐蝕或意外電解。兩個(gè)托輥10-1、10-2之間的距離可通過調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同直徑的工件陽極3，工件陽極3與兩個(gè)托輥10-1、10-2在同一平面截面的圓心夾角α大于O度小于180度，兩個(gè)托輥10-1、10-2與工件陽極3線接觸，起到支撐作用，兩個(gè)托輥10-1、10-2由動(dòng)力源單元I驅(qū)動(dòng)，以相同的速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且兩個(gè)托輥10-1、10-2的旋轉(zhuǎn)方向均與工具陰極8的旋轉(zhuǎn)方向相反。兩個(gè)托輥10-1、10-2同時(shí)驅(qū)動(dòng)，可以更好地推動(dòng)工件陽極3轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使工件陽極3在旋轉(zhuǎn)工程中，獲得均等電解加工機(jī)會(huì)和促進(jìn)加工電解產(chǎn)物快速排除的目的。為保證所有被加工區(qū)域都能盡可能地得到電解液液流的充分作用，進(jìn)液口、出液口與電絕緣動(dòng)密封件5-1、5-2的距離越小越好。本發(fā)明中，進(jìn)液孔9和出液孔6與電絕緣動(dòng)密封件5-1、5-2的距離為lmm-2mm。電解液通過進(jìn)液孔9進(jìn)入工件陽極3和工具陰極8間形成的間隙內(nèi)，再從出液孔6流回到電解液循環(huán)過濾單元15，實(shí)現(xiàn)電解液的流動(dòng)與循環(huán)使用。在工具陰極8旋轉(zhuǎn)的過程中，工具陰極8外表面設(shè)置的一條或多條螺旋形凸起11能持續(xù)推動(dòng)電解液向前運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電解液在工件陽極3和工具陰極8間形成的間隙內(nèi)的快速流動(dòng)，以保證電解過程中所需的良好液相傳質(zhì)條件；同時(shí)，螺旋形凸起11在旋轉(zhuǎn)過程中，對(duì)電解液產(chǎn)生渦旋力，進(jìn)而沖刷加工間隙和加工部分，促進(jìn)電解產(chǎn)物的順利排除，并且會(huì)對(duì)工件陽極3內(nèi)壁產(chǎn)生一個(gè)與旋轉(zhuǎn)方向相同的旋轉(zhuǎn)推力,進(jìn)一步助推工件陽極3的旋轉(zhuǎn),保證工件陽極3在托輥10-1、10-2上可靠轉(zhuǎn)動(dòng)，以使被加工區(qū)域各部分的電解加工機(jī)會(huì)均等。為保證電解加工過程的穩(wěn)定進(jìn)行，工具陰極8與工件陽極3的加工間隙要保持在合理的范圍內(nèi)。若間隙過小，如小于0.1_，則在加工過程中會(huì)因?yàn)殡娊庖簲_動(dòng)或工件變形等因素，導(dǎo)致工具陰極8與工件陽極3發(fā)生接觸，造成短路；并且，間隙太小會(huì)造成加工產(chǎn)物的排除困難，影響加工過程的穩(wěn)定性。若間隙過大，如大于3_，為保證電解加工所需的大電流密度，就需很大的加工電壓，工藝成本高，同時(shí)也無法保證加工精度。本發(fā)明中，工具陰極8外表面設(shè)置的螺旋形凸起11與工件陽極3內(nèi)壁件的空隙為0.1_-3_。本發(fā)明可按照以下方法執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)薄壁圓筒上雙面喇叭孔陣列的電解加工:
1.調(diào)整兩平行托輥10-1、10-2的間距，使間距大于托輥10-1、10-2直徑，并且小于工件陽極3外徑。2.將表面設(shè)置有PVC電絕緣膠膜的工件陽極3外套在工具陰極8上，并使工件陽極3和工具陰極8同軸正對(duì)，同時(shí)將工具陰極8與工件陽極3間的圓環(huán)形空腔7左右兩端通過電絕緣動(dòng)密封件5-1、5-2進(jìn)行密封，并分別通過壓緊裝置4-1、4-2壓緊，保證工件陽極3和工具陰極8外表面設(shè)置的螺旋形凸起11的加工間隙為1mm。3.將套有工具陰極8的工件陽極3放在兩平行托輥10-1、10-2上，使工件陽極3和兩個(gè)托輥10-1、10-2的軸線平行。4.通過動(dòng)力源單元I同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩平行托輥10-1、10-2勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)工件陽極3轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)裝置2驅(qū)動(dòng)工具陰極8按螺旋形凸起11旋向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，方向與托輥10-1,10-2轉(zhuǎn)向相反。經(jīng)過一段時(shí)間，各運(yùn)動(dòng)件達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。5.通過進(jìn)液孔9向工具陰極8與工件陽極3間的圓環(huán)形空腔7通入壓力為1.0MPa、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的NaNO3電解液，電解液在工具陰極8表面螺旋形凸起11的作用下，呈渦流狀向前流動(dòng)，并經(jīng)過出液孔6最終進(jìn)入電解液循環(huán)過濾單元15。6.將電解加工電源13正極通過引電裝置12與工件陽極3相連，電解加工電源13負(fù)極通過引電裝置12與工具陰極8相連，并在一定電壓下電解腐蝕5 min lOmin，使工件陽極3內(nèi)壁面上孔中的電鑄金屬充分電解。7.將電解后的工件陽極3外表面電鑄沉積金屬層剝離下來，即獲得無縫圓筒狀雙面喇叭孔微小陣列。本發(fā)明可利用兩個(gè)平行托輥10-1、10-2對(duì)大長徑比薄壁圓筒工件進(jìn)行穩(wěn)定可靠的支撐和定位。工件陽極3的外圓面由于受到兩托輥10-1、10-2的沿程支撐定位作用，變形小，且工件陽極3在加工過程中始終處于轉(zhuǎn)動(dòng)中，這樣使其各向各處受力均勻。工件陽極3在旋轉(zhuǎn)的過程中，工具陰極8外表面設(shè)置的螺旋形凸起11推動(dòng)電解液向前快速移動(dòng)，加快了電解液的流動(dòng)與更新；同時(shí)，工具陰極8外表面設(shè)置的螺旋形凸起11在旋轉(zhuǎn)過程中，對(duì)電解液產(chǎn)生一個(gè)渦旋力，進(jìn)而沖刷加工間隙和加工區(qū)域，促進(jìn)了電解產(chǎn)物的快速排出。本發(fā)明中的工件陽極3始終處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)工件陽極3上某個(gè)小孔在轉(zhuǎn)動(dòng)到高處時(shí)，小孔內(nèi)的電解液在重力的作用下下落，有利于盲孔內(nèi)電解產(chǎn)物排除及小孔內(nèi)電解液的更新。同時(shí)，由于工具陰極8與工件陽極3始終在做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，可有效避免工具陰極8表面設(shè)置的螺旋形凸起11對(duì)電流密度分布的影響，保證被加工各處的電解加工機(jī)會(huì)相等。
權(quán)利要求
1.一種用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置，包括工具陰極、外表面設(shè)置有電絕緣膠膜的工件陽極、驅(qū)動(dòng)工具陰極旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置、電解加工電源和電解液循環(huán)過濾單元，其特征在于:所述的工具陰極為設(shè)置有進(jìn)液孔和出液孔的中空滾筒，工件陽極同軸線、非接觸地套設(shè)在工具陰極外部，工具陰極與工件陽極之間形成的圓環(huán)形空腔兩端通過電絕緣動(dòng)密封件動(dòng)密封，工具陰極的兩端分別連接電解液循環(huán)過濾單元，電解加工電源的正極與負(fù)極分別連接工件陽極和工具陰極，工件陽極下方平行設(shè)置的兩個(gè)托輥與工件陽極線接觸，托輥由動(dòng)力源單元驅(qū)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置，其特征在于:所述的工具陰極外表面設(shè)置有一條或多條螺旋形凸起。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置，其特征在于:所述的工具陰極外表面設(shè)置的螺旋形凸起與工件陽極內(nèi)壁件的空隙為0.1_-3_。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置，其特征在于:所述的工具陰極旋轉(zhuǎn)方向與工具陰極外表面設(shè)置的螺旋形凸起旋向相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置，其特征在于:所述的兩個(gè)托輥分別由動(dòng)力源單元驅(qū)動(dòng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，速度相同，旋轉(zhuǎn)方向均與工具陰極的旋轉(zhuǎn)方向相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置，其特征在于:所述的兩個(gè)托輥由耐酸堿腐蝕的電絕緣材料制成，尺寸相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置，其特征在于:所述的電絕緣動(dòng)密封件外側(cè)設(shè)置有壓緊裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置，其特征在于:所述的兩個(gè)電絕緣動(dòng)密封件之間的工具陰極左右兩側(cè)沿圓周表面分別均勻設(shè)置有多個(gè)進(jìn)液孔和出液孔，且進(jìn)液孔和出液孔與電絕緣動(dòng)密封件的距離為
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置，其特征在于:所述的兩個(gè)托輥之間的距離可調(diào)，工件陽極與兩個(gè)托輥在同一平面截面的圓心夾角大于O度小于180度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置，其特征在于:所述的電解加工電源的正極與負(fù)極分別通過引電裝置連接工件陽極和工具陰極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于在薄壁圓筒上電解加工雙面喇叭孔陣列的裝置，工具陰極為設(shè)置有進(jìn)液孔和出液孔的中空滾筒，工件陽極同軸線、非接觸地套設(shè)在工具陰極外部，工具陰極與工件陽極之間形成的圓環(huán)形空腔兩端通過電絕緣動(dòng)密封件動(dòng)密封，工具陰極的兩端分別連接電解液循環(huán)過濾單元，電解加工電源的正極與負(fù)極分別連接工件陽極和工具陰極，工件陽極下方平行設(shè)置的兩個(gè)托輥與工件陽極線接觸，托輥由動(dòng)力源單元驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明利用兩個(gè)平行托輥對(duì)大長徑比薄壁圓筒工件進(jìn)行穩(wěn)定可靠的支撐和定位，工件變形小，且工件陽極在加工過程中始終處于轉(zhuǎn)動(dòng)中，工件陽極小孔內(nèi)的電解液可在重力的作用下自行下落，有利于盲孔內(nèi)電解產(chǎn)物排除及小孔內(nèi)電解液的更新。
文檔編號(hào)B23H3/00GK103084677SQ201310014999
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者明平美, 王俊濤, 曹淑娟, 李章東, 郝巧玲, 包曉慧, 蘇陽陽, 畢向陽, 張延輝, 聶子超, 李二靜, 王貝 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)