CN105921832A - 柔性集束群电极射流电解加工方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种柔性集束群电极射流电解加工方法，将工具电极接电源的负极，工件接电源的正极，工具电极的柔性电极丝从电射流喷头伸出；低电压高速电解液经由供液管进入电射流喷头内上部电解液腔，然后经过电射流喷头内分流板分配到各个柔性电极丝上的出液口并从出液口高速流出，参与工具电极与工件之间的电化学反应，柔性电极丝在高速流出的低电压电解液摩擦力作用下被拉直；机床主轴带动电射流喷头和柔性电极丝向工件方向进给，保持工件和工具电极上的柔性电极丝之间一定的加工间隙，高速流出的低电压电解液喷射到工件上，获得所需的加工形貌。本发明提供了一种柔性集束群电极射流电解加工方法及装置，提高了射流电解加工的定域性、稳定性、精度和效率。

Description

柔性集束群电极射流电解加工方法及装置

技术领域

本发明属于低电压、高电解液流速射流电解加工领域，尤其涉及一种柔性集束群电极射流电解加工方法及装置。

背景技术

微结构被广泛应用于航空、航天、汽车、电子、模具、化纤等领域来提高产品的性能。电解加工方法、电射流方法被证明可以进行这些微结构的加工，其中电射流方法是基于在阴极和阳极之间施加高电压(一般为100V-1000V)，电解液由高压隔膜泵压入毛细管喷嘴，充电形成“阴极化”的电液束高速射向阳极工件，使工件上被电解液喷射的材料部分产生阳极溶解而进行加工的方法。电射流加工方法具有加工质量高和综合成本低等特点，在特殊位置和大深径比的微小孔加工领域有较明显的优势。目前，电射流加工中所采用的喷嘴多是由玻璃管拉制而得，这种带有过渡段的玻璃管喷嘴制作特别困难且孔径大小难以控制；对电射流加工进行电场分析，电射流束上的电流密度分布不均，导致加工的小孔定域性不好。电解加工可以基于简单形状的微电极进行微细结构的加工，且加工后工件表面性能良好，在微细加工中发挥着独特的优势，尤其是阵列结构的电解微细加工。然而在电解微细加工中工具电极的制备及尺寸控制在这个加工过程中占据大量的时间；且在阵列结构加工中，加工产物排出困难、堵塞加工通道，加工性能低下等问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种柔性集束群电极射流电解加工方法及装置，提高了射流电解加工的定域性、稳定性、精度和效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种柔性集束群电极射流电解加工方法，将工具电极接电源的负极，工件接电源的正极，工具电极上的柔性电极丝从电射流喷头伸出；低电压高速电解液经由供液管进入电射流喷头的上部电解液腔内，然后经过电射流喷头内分流板分配到各个柔性电极丝上的出液口并从出液口高速流出，参与工具电极与工件之间的电化学反应，同时高速流出的低电压高速电解液包覆在柔性电极丝的外表面上，柔性电极丝在所述高速流出的低电压高速电解液摩擦力作用下被拉直；机床主轴带动电射流喷头和柔性电极丝向工件方向进给，保持工件和工具电极上的柔性电极丝之间一定的加工间隙，高速流出的低电压高速电解液喷射到工件上，实现群孔的加工，获得所需的加工形貌。

一种实现柔性集束群电极射流电解加工方法的装置，包括电射流喷头和电极夹持单元，所述电射流喷头的中部设有安装空腔，所述工具电极固定安装在所述安装空腔内，所述电射流喷头内设有电解液腔，所述电解液腔包括上部电解液腔和下部电解液腔，所述上部电解液腔与所述下部电解液腔之间设有分流板，所述上部电解液腔上设有进液口，所述下部电解液腔的底部设有出液口，所述进液口通过供液管连接溶液槽，所述分流板上设有圆周阵列凹槽状的通孔，所述下部电解液腔通过所述通孔与所述上部电解液腔连通；

所述工具电极包括柔性电极丝和电极夹持单元，所述电极夹持单元包括电极夹块、电极导向接头、电极夹头、六角头螺钉和垫片，所述电极夹块位于所述电极导向接头的上方，所述电极导向接头的底部设有带孔凸台，所述安装空腔的底部设有与所述带孔凸台一一对应的安装孔，所述带孔凸台的下端自上而下依次穿过安装孔、下部电解液腔延伸至出液口内，所述带孔凸台的下端外径小于所述出液口的上端内径，所述电极夹块夹住所述柔性电极丝的上端，所述柔性电极丝的下端自上而下依次穿过电极导向接头、带孔凸台和出液口；

所述电极导向接头的上端外径小于所述电极导向接头的下端外径，所述电极夹头同时套装在所述电极导向接头的上端和电极夹块外，所述电极夹头的左右两侧壁上分别设有耳状凸起，所述安装空腔的左右内壁上分别设有与耳状凸起配合的耳状凹槽，所述耳状凸起可上下的安装在所述耳状凹槽内；

所述六角头螺钉固定在所述电极夹块上，所述六角头螺钉与所述电极夹块之间设有垫片，所述垫片通过导线连接电源的负极。

进一步，所述出液口为漏斗形。

再进一步，所述电射流喷头通过连接螺母连接在机床主轴上，所述安装空腔的上端设有环形台阶，所述连接螺母位于所述电极夹块的上方并顶触在所述环形台阶上。

再进一步，所述带孔凸台、安装孔、出液口、柔性电极丝均同轴设置。

再进一步，所述出液口设置有n×n个，其中n为自然数，所述柔性电极丝的数目小于等于n×n个。

再进一步，所述柔性电极丝为钨丝，所述钨丝的直径小于50μm。

再进一步，所述电极夹块是由两个半圆柱体组成。

更进一步，所述通孔为扇形孔。

更进一步，所述电极夹头的上端周向设有开槽，所述开槽沿着电极夹头的上下高度方向布置。

本发明的主要有益效果在于：

1、将柔性电极丝应用于射流电解加工中，高速流出的低电压高速电解液包覆在柔性电极丝的外表面上，柔性电极丝受到电解液对电极丝表面的摩擦力和电解液冲力而拉直，同时柔性电极丝对电解液起到引流、均衡电场的作用，极大提高了群孔加工的定域性；

2、柔性电极丝充当传统电极的角色，降低了工具电极制备的周期，同时改善了电解液的冲液，避免了加工传统电极引入的误差，有助于提高加工性能和加工效率；

3、专门设计的电极夹持单元与电射流喷头配合，拆卸、换丝方便、快捷。

4、在电解液腔之间添加带有圆周阵列凹槽状通孔的分流板，使高压电解液由上部电解液腔经分流板进入下部电解液腔；一方面增加了电射流喷头强度，另一方面改善了电解液腔内电解液流动状态。

附图说明

图1是本发明采用的柔性集束群电极射流电解加工装置的结构示意图。

图2是该装置出液口的放大截面示意图。

图3是电极夹持单元的结构示意图。

图4是该装置电射流喷头的纵向截面示意图。

图5是该装置电射流喷头的横向截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图5，一种实现柔性集束群电极射流电解加工方法的装置，包括电射流喷头1、工具电极和分流板11，所述电射流喷头1的中部设有安装空腔，所述工具电极固定安装在所述安装空腔内，所述电射流喷头1内设有电解液腔，所述电解液腔包括上部电解液腔12和下部电解液腔9，所述上部电解液腔12与所述下部电解液腔9之间设有分流板11，所述上部电解液腔12上设有进液口14，所述下部电解液腔9的底部设有出液口10，所述进液口14通过供液管连接溶液槽，所述分流板11上设有圆周阵列凹槽状的通孔，所述下部电解液腔9通过所述通孔与所述上部电解液腔12连通；

所述工具电极包括柔性电极丝8和电极夹持单元，所述电极夹持单元包括电极夹块5、电极导向接头3、电极夹头2、六角头螺钉7和垫片6，所述电极夹块5位于所述电极导向接头3的上方，所述电极导向接头3的底部设有带孔凸台，所述安装空腔的底部设有与所述带孔凸台一一对应的安装孔，所述带孔凸台的下端自上而下依次穿过安装孔、下部电解液腔9延伸至出液口10内，所述带孔凸台的下端外径小于所述出液口10的上端内径，所述电极夹块5夹住所述柔性电极丝8的上端，所述柔性电极丝8的下端自上而下依次穿过电极导向接头3、带孔凸台和出液口10；

所述电极导向接头3的上端外径小于所述电极导向接头3的下端外径，所述电极夹头2同时套装在所述电极导向接头3的上端和电极夹块5外，所述电极夹头2的左右两侧壁上分别设有耳状凸起15，所述安装空腔的左右内壁上分别设有与耳状凸起15配合的耳状凹槽13，所述耳状凸起15可上下的安装在所述耳状凹槽13内；

所述六角头螺钉7固定在所述电极夹块5上，所述六角头螺钉7与所述电极夹块5之间设有垫片6，所述垫片6通过导线连接电源的负极。

进一步，所述出液口10为漏斗形。

再进一步，所述电射流喷头1通过连接螺母4连接在机床主轴上，所述安装空腔的上端设有环形台阶，所述连接螺母4位于所述电极夹块5的上方并顶触在所述环形台阶上。

再进一步，所述带孔凸台、安装孔、出液口10、柔性电极丝8均同轴设置。

再进一步，所述出液口10设置有n×n个，其中n为自然数，所述柔性电极丝8的数目小于等于n×n个。

再进一步，所述柔性电极丝8为钨丝，所述钨丝的直径小于50μm。

再进一步，所述电极夹块5是由两个半圆柱体组成。

更进一步，所述通孔为扇形孔。

更进一步，所述电极夹头2的上端周向设有开槽，所述开槽沿着电极夹头的上下高度方向布置。

本实施例中，电极夹块5由两个半圆柱体组成，用于夹持柔性电极丝8，同时电极夹块5上装有六角头螺钉7、垫片6，用于连接电源导线；电极夹块5上的耳状凸起15与电极夹头2上的耳状凹槽13配合，电极夹块5与电极夹头2配合，电极夹头2为电极夹块5提供径向力保证柔性电极丝8和电极夹块5相对固定，电极夹头2与电极导向接头3配合，电极导向接头3为电极夹块5提供轴向定位；同时，柔性电极丝8穿过电极导向接头3的带孔凸台，带孔凸台对柔性电极丝8起径向定位作用；连接螺母4除了用以连接电射流喷头1和机床主轴，还对电极夹持单元起到一定的轴向定位的作用；

所述电解液腔的外壁设有供液管，供液管与溶液槽通过设置在橡胶圈上的出口连通，以构成进液通道；所述电射流喷头内分流板11将电解液腔分为上下两部分，且带有圆周阵列凹槽状的通孔，高压电解液由上部电解液腔12经分流板进入下部电解液腔9时，带有圆周阵列凹槽状通孔的电射流喷头内分流板11能够缓和由供液泵引起的电解液脉动等不稳定因素,使各个出液口的流量更加均匀；所述出液口10设有3×3个，高压电解液由电射流喷头内分流板11流进出液口10，且出液口10的形状为同心圆形；所述电极夹头2上有两个耳状凸起15，安装时与电射流喷头1上的耳状凹槽13配合，完成两者径向定位；

所述柔性集束群电极射流电解加工装置通过连接螺母安装在机床主轴上，随机床主轴一起作进给运动，调整电射流喷头1与工件间的加工间隙，从而加工微凹坑、微槽等三维微型结构。

一种柔性集束群电极射流电解加工方法：将工具电极接电源的负极，工件接电源的正极，工具电极上的柔性电极丝8从电射流喷头1伸出；低电压高速电解液经由供液管进入电射流喷头的上部电解液腔，然后经过电射流喷头内分流板11分配到各个柔性电极丝上的出液口10并从出液口10高速流出，参与工具电极与工件之间的电化学反应，同时高速流出的低电压高速电解液包覆在柔性电极丝8的外表面上，柔性电极丝8在所述高速流出的低电压高速电解液摩擦力作用下被拉直；同时，柔性电极丝8对电解液也起到引流、均衡电场的作用；机床主轴带动电射流喷头和柔性电极丝8向工件方向进给，保持工件和工具电极上的柔性电极丝8之间一定的加工间隙，高速流出的低电压高速电解液喷射到工件上，实现群孔的加工，获得所需的加工形貌。

如图3所示，电极夹头2、电极导向接头3、电极夹块5、垫片6、六角头螺钉7等五部分共同组成电极夹持单元，电极夹头2为电极夹块5提供径向力保证柔性电极丝8被相对固定，组装好的电极夹持单元通过连接螺母4与电极夹头2上的耳状凸起15与电射流喷头1连接，进而与安装空腔配合良好；柔性电极丝8依次穿过电极夹头2、电极导向接头3、电射流喷头1出液口10，首先工件接正极，工具电极接负极，在进液口12中通入低电压高速电解液，通过分流板11的作用可以将低电压高速电解液更加均匀的进入下部电解液腔9，工具电极及其上的柔性电极丝8正对工件的上方，由电极夹块5夹持，依次穿过电极夹头2、电极导向接头3、电极导向接头3上的出液口外伸一定长度；进液口14接通供液管，将一定质量浓度低电压高速电解液压入上部电解液腔12内，通过分流板11使低电压高速电解液更加均匀的进入下部电解液腔9内，并经过出液口10流入加工间隙，进行电化学反应。

因为柔性电极丝8采用直径小于50μm的钨丝，自然状况下容易出现卷曲，在高速射流包覆情况下呈伸直状态，容易出现从出液口10伸出长度不一致的情况，所以采用柔性集束群电极射流电解加工装置进行加工之前，需要对柔性电极丝8进行电火花切割处理或电化学腐蚀处理，使得柔性电极丝8外伸长度一致。

射流电解加工时，低电压高速电解液包覆在经过外伸长度一致化处理的柔性电极丝8流出，整个装置安装在机床主轴上，可以随机床主轴一起作进给运动，从而对安装在工作台上的工件进行微细加工。

本发明采用柔性集束群电极射流电解加工装置进行射流电解加工，柔性电极丝8的引流、均衡电场等作用的发挥，能够在提高微细电解加工定域性的同时，减少工具电极制备周期，实现工件金属表面微结构高效率、高稳定性、高精度的加工；从而使微细加工更便捷、更高效。

Claims (10)

1.一种柔性集束群电极射流电解加工方法，其特征在于：将工具电极接电源的负极，工件接电源的正极，工具电极上的柔性电极丝从电射流喷头伸出；低电压高速电解液经由供液管进入电射流喷头的上部电解液腔内，然后经过电射流喷头内分流板分配到各个柔性电极丝上的出液口并从出液口高速流出，参与工具电极与工件之间的电化学反应，同时高速流出的低电压高速电解液包覆在柔性电极丝的外表面上，柔性电极丝在所述高速流出的低电压高速电解液摩擦力作用下被拉直；机床主轴带动电射流喷头和柔性电极丝向工件方向进给，保持工件和工具电极上的柔性电极丝之间一定的加工间隙，高速流出的低电压高速电解液喷射到工件上，实现群孔的加工，获得所需的加工形貌。

2.一种实现如权利要求1所述的柔性集束群电极射流电解加工方法的装置，其特征在于：包括电射流喷头、工具电极和分流板，所述电射流喷头的中部设有安装空腔，所述工具电极固定安装在所述安装空腔内，所述电射流喷头内设有电解液腔，所述电解液腔包括上部电解液腔和下部电解液腔，所述上部电解液腔与所述下部电解液腔之间设有分流板，所述上部电解液腔上设有进液口，所述下部电解液腔的底部设有出液口，所述进液口通过供液管连接溶液槽，所述分流板上设有圆周阵列凹槽状的通孔，所述下部电解液腔通过所述通孔与所述上部电解液腔连通；

所述工具电极包括柔性电极丝和电极夹持单元，所述电极夹持单元包括电极夹块、电极导向接头、电极夹头、六角头螺钉和垫片，所述电极夹块位于所述电极导向接头的上方，所述电极导向接头的底部设有带孔凸台，所述安装空腔的底部设有与所述带孔凸台一一对应的安装孔，所述带孔凸台的下端自上而下依次穿过安装孔、下部电解液腔延伸至出液口内，所述带孔凸台的下端外径小于所述出液口的上端内径，所述电极夹块夹住所述柔性电极丝的上端，所述柔性电极丝的下端自上而下依次穿过电极导向接头、带孔凸台和出液口；

所述电极导向接头的上端外径小于所述电极导向接头的下端外径，所述电极夹头同时套装在所述电极导向接头的上端和电极夹块外，所述电极夹头的左右两侧壁上分别设有耳状凸起，所述安装空腔的左右内壁上分别设有与耳状凸起配合的耳状凹槽，所述耳状凸起可上下的安装在所述耳状凹槽内；

所述六角头螺钉固定在所述电极夹块上，所述六角头螺钉与所述电极夹块之间设有垫片，所述垫片通过导线连接电源的负极。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述出液口为漏斗形。

4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于：所述电射流喷头通过连接螺母连接在机床主轴上，所述安装空腔的上端设有环形台阶，所述连接螺母位于所述电极夹块的上方并顶触在所述环形台阶上。

5.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于：所述带孔凸台、安装孔、出液口、柔性电极丝均同轴设置。

6.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于：所述出液口设置有n×n个，其中n为自然数，所述柔性电极丝的数目小于等于n×n个。

7.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于：所述柔性电极丝为钨丝，所述钨丝的直径小于50μm。

8.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于：所述电极夹块是由两个半圆柱体组成。

9.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于：所述通孔为扇形孔。

10.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于：所述电极夹头的上端周向设有开槽，所述开槽沿着电极夹头的上下高度方向布置。