CN108213625B - 一种电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具和方法 - Google Patents
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Abstract
一种电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具和方法，其特征是所述的工具包括中空扩孔钻、工具电极、绝缘套、导电环和导线；采用本发明工具加工细长孔时，将工件和工具电极分别和直流电源正负极连接；随着工具电极前端不断向工件进给，工件按工具电极前端的型面溶解，在工件形成了一定深度的孔，为后续扩孔加工提供了定位和导向；当深度达到中空扩孔钻头扩孔的位置时，中空扩孔钻头进行扩孔加工；随着工具电极不断地进给，电解穿孔与机械扩孔同步进行，从而实现细长孔的加工。本发明所述电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具和方法，具有加工精度高、表面质量好、结构简单、实用性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于复合加工技术领域，涉及一种细长孔加工的工具及方法，具体地说是一种电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具及方法。
背景技术
细长孔是机械零件常见的一种难加工结构。目前，细长孔的加工方法主要分为两大类。第一类，以枪钻加工为主导的机械加工。作为深孔加工中非常有效的加工工具，枪钻具有排屑空间大、加工质量好等优点，然而，枪钻加工对钻套与枪钻中心同轴度要求极高，否则极易引起侧刃破裂等刀具失效问题。第二类，特种加工方法如电火花加工、电解加工、激光加工等。这些特种加工方法在加工细长孔等微细结构方面具有突出的优势，但是这些方法在加工细长孔时不同程度地存在着一些新问题，如电火花加工、电解加工等的工具电极制作难度极大，再如激光加工虽不需要制作工具但存在着加工效率低等问题。
近年来，复合加工引起了人们的广泛关注。复合加工集多种加工方法的优点，具有加工质量好、效率高、经济性好等特点。针对现有细长孔加工存在的前述问题，若采用特种加工方法先加工出预制孔然后再采用机械加工如扩孔，则可望扬长避短产生至少如下两个方面的积极效果。其一，采用特种加工方法先加工出的预制孔，为后续的机械加工提供了定位或导向，不仅较好地避免了细长孔轴线偏斜，而且提高了细长孔加工刀具的刚性；其二，将原有在实体材料上直接钻削转变为扩或镗，其加工余量较小进而避免了切削力较大、加工精度较低的问题，而且可较大幅度地提高细长孔的加工效率。
然而，据申请人所知，目前尚未有一种以特种加工方法先加工出预制孔然后再采用机械加工实现细长孔加工的工具和方法可供使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有细长孔加工采用单一加工方法所存在的不足，发明一种电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具和方法。
本发明的技术方案之一是：
一种电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，其特征是该工具包括中空扩孔钻1、工具电极2、绝缘套3、导电环4和导线5；其中，中空扩孔钻1的外形与常规扩孔钻相同，其中心有一阶梯圆柱孔，近钻头头部孔径较大的孔为绝缘套3的安装孔6，远离钻头头部孔径较小的孔为电解液W及导线5的通道7；工具电极2为由两个圆锥体及一个圆柱体组成的T形结构，直径较小的圆锥体为锥柄8，直径较大的圆锥体和圆柱体组成工具头9，工具电极2中部开有一圆柱孔，该圆柱孔的直径与中空扩孔钻1中通道7的孔径相同；绝缘套3为一内部开有倒锥孔的圆柱筒，在圆柱筒底部中心开有一圆柱孔，该圆柱孔的直径与中空扩孔钻1中通道7的孔径相同；导电环4内孔的直径与中空扩孔钻1中通道7的孔径相同，外径与绝缘套3倒锥孔小端直径相同；导线5与导电环4相连接，将导线5穿过绝缘套3底部圆柱孔，然后将导电环4采用胶结方法安装在绝缘套3的底部，绝缘套3装入中空扩孔钻1的安装孔6内，导线5通过中空扩孔钻1中心圆柱孔一直延伸至中空扩孔钻1体外，以便与电源相接；工具电极2的锥柄8安装在绝缘套3的锥孔中。
所述的中空扩孔钻头1的外径D1为所加工孔的直径尺寸，其内电解液及导线5的通道7直径d1为1/8D1，绝缘套3的安装孔6直径d2为3/8D1，安装孔6的深度H为1/4D1。
所述的工具电极2材料为耐盐腐蚀的刚性导电材料如石墨或紫铜，其锥柄8上端外径D2上为1/5D1，工具头9下端外径D3为2/3D1、高度LG为1/6D1，工具电极2总长度L等于2/3D1，锥柄8的长度LB为4/9D1，锥柄8的锥角为30度。
所述的绝缘套3材料为塑料等绝缘材料，其外圆柱尺寸略大于中空扩孔钻头1的绝缘套3的安装孔6形成过盈配合，其内部锥孔小端直径及锥角与工具电极2的锥柄8相同。
本发明的技术方案之二是：
一种电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的方法，其特征是将工件10和工具电极2分别和直流电源正负极连接，工件10和工具电极2间保持0.1~1mm的间隙；电解液W从加工间隙中不断高速流过，以保证带走工件10阳极溶解产物和电解电流通过电解液W时所产生的热量。随着工具电极2前端不断向工件10进给，工件10按工具电极2前端的型面溶解，在工件10上形成了一定深度的孔，为后续扩孔加工提供了定位和导向。当深度达到中空扩孔钻头1扩孔的位置时，中空扩孔钻头1进行扩孔加工；此时，电解液W同时扮演切削液的作用；随着工具电极2不断地进给，电解穿孔与机械扩孔同步进行，从而实现细长孔的加工。
所述的电解液W为电解质盐溶液或电解质盐溶液与切削液的混合溶液。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
本发明的有益效果：
（1）本发明所述电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具和方法，通过电解加工出的预制孔，不仅较好地避免了细长孔轴线偏斜，而且提高了细长孔加工刀具的刚性。
（2）本发明所述电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具和方法，将原有的直接钻削转变为扩或镗，其加工余量较小进而避免了切削力较大、加工精度较低的问题，而且可较大幅度地提高细长孔的加工效率。
（3）本发明所述电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具和方法，具有加工精度高、表面质量好、结构简单、实用性强等优点，可广泛应用于细长孔的加工。
附图说明
图1是本发明所述工具的结构示意图。
图2是本发明所述工具中空扩孔钻1的结构示意图。
图3是本发明所述工具中工具电极2的结构示意图。
图4是本发明所述工具中绝缘套3的结构示意图。
图5是采用本发明所述工具和方法加工细长孔的示意图。
图中，1-中空扩孔钻头、2-工具电极、3-绝缘套、4-导电环、5-导线、6-安装孔、7-通道、8-锥柄、9-工具头、10-工件，W-电解液。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明。
实施例一。
如图1~5所示。
一种电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，包括中空扩孔钻1、工具电极2、绝缘套3、导电环4和导线5（图1）；其中，中空扩孔钻1的外形与常规扩孔钻相同，其中心有一阶梯圆柱孔，该阶梯圆柱孔由通道7和绝缘套3的安装孔6组成，如图2，近钻头头部孔径较大的孔为绝缘套3的安装孔6，远离钻头头部孔径较小的孔为电解液W及导线5的通道7（图2）；工具电极2为由两个圆锥体组成的T形结构，直径较小的圆锥体为锥柄8，直径较大的圆锥体为工具头9，工具电极2中部开有一圆柱孔，该圆柱孔的直径与中空扩孔钻1中通道7的孔径相同（图3）；绝缘套3为一内部开有倒锥孔的圆柱筒，在圆柱筒底部中心开有一圆柱孔，该圆柱孔的直径与中空扩孔钻1中通道7的孔径相同（图4）；导电环4内孔的直径与中空扩孔钻1中通道7的孔径相同，外径与绝缘套3倒锥孔小端直径相同；导线5与导电环4相连接，将导线5穿过绝缘套3底部圆柱孔，然后将导电环4采用胶结方法安装在绝缘套3的底部，绝缘套3装入中空扩孔钻1的安装孔6内，导线5通过中空扩孔钻1中心圆柱孔一直延伸至中空扩孔钻1体外，以便与电源相接；工具电极2的锥柄安装固定在绝缘套3的锥孔中。
为了保证电解穿孔与机械扩孔的正常进行，本发明工具各部分的尺寸应满足以下关系：所述的中空扩孔钻头1的外径D1为所加工孔的直径尺寸，其内电解液及导线5的通道6直径d1为1/8D1，绝缘套3的安装孔6直径d2为3/8D1，安装孔6的深度H为1/4D1。所述的工具电极2材料为耐盐腐蚀的刚性导电材料如石墨或紫铜，其锥柄8上端外径D2上为1/5D1，工具头9下端外径D3为2/3D1、高度LG为1/6D1，工具电极2总长度L等于2/3D1，锥柄8的长度LB为4/9D1，锥柄8的锥角为30度。所述的绝缘套3材料为塑料等绝缘材料，其外圆柱尺寸略大于中空扩孔钻头1的绝缘套3的安装孔6以便形成过盈配合，其内部锥孔小端直径及锥角与工具电极2的锥柄8相同。
实施例二。
一种电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的方法，首先，将工件10和工具电极2分别和直流电源正负极连接，工件10和工具电极2间保持0.1~1mm的间隙；电解液W（电解质盐溶液或电解质盐溶液与切削液的混合溶液）从加工间隙中不断高速流过，以保证带走工件10阳极溶解产物和电解电流通过电解液W时所产生的热量。其次，随着工具电极2前端不断向工件10进给（进给量为电解穿孔的速度），工件10按工具电极2前端的型面溶解，在工件10上形成了一定深度的孔，为后续扩孔加工提供了定位和导向。当深度达到中空扩孔钻头1扩孔的位置时，中空扩孔钻头1进行传统的机械扩孔加工；此时，电解液W同时扮演切削液的作用；随着工具电极2不断地进给，电解穿孔与机械扩孔同步进行，从而实现细长孔的加工（图5）。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，其特征是它包括中空扩孔钻（1）、工具电极（2）、绝缘套（3）、导电环（4）和导线（5）；其中，中空扩孔钻（1）的外形与常规扩孔钻相同，其中心有一阶梯圆柱孔，阶梯圆柱孔由绝缘套（3）安装孔（6）和电解液W及导线（5）的通道（7）组成，安装孔（6）为近钻头头部孔径较大的孔，通道（7）为远离钻头头部孔径较小的孔；工具电极（2）为由两个圆锥体组成的T形结构，直径较小的一端的圆锥体为锥柄（8），另一端为工具头（9），工具头（9）由锥体和圆柱体组成，工具电极（2）中部开有一圆柱孔，该圆柱孔的直径与中空扩孔钻（1）中的通道（7）的孔径相同；绝缘套（3）为一内部开有倒锥孔的圆柱筒，在圆柱筒底部中心开有一圆柱孔，该圆柱孔的直径与中空扩孔钻（1）中的通道（7）的孔径相同；导电环（4）内孔的直径与中空扩孔钻（1）中的通道（7）的孔径相同，外径与绝缘套（3）倒锥孔小端直径相同；导线（5）与导电环（4）相连接，将导线（5）穿过绝缘套（3）底部圆柱孔，然后将导电环（4）采用胶结方法安装在绝缘套（3）的底部，绝缘套（3）装入中空扩孔钻（1）的安装孔（6）内，导线（5）通过中空扩孔钻（1）中心的通道（7）一直延伸至中空扩孔钻（1）体外，以便与电源相接；工具电极（2）的锥柄（8）安装在绝缘套（3）的倒锥孔中。
2.根据权利要求1所述的电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，其特征是所述的中空扩孔钻（1）的外径D1为所加工孔的直径尺寸，其内电解液及导线（5）的通道（7）的直径d1为1/8D1，绝缘套（3）的安装孔（6）的直径d2为3/8D1，安装孔（6）的深度H为1/4D1。
3.根据权利要求2所述的电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，其特征是所述的工具电极（2）材料为耐盐腐蚀的刚性导电材料，其锥柄（8）上端外径D2为1/5D1，D1为中空扩孔钻（1）的外径；工具头（9）的圆柱体的外径D3为2/3D1、高度LG为1/6D1，工具电极（2）的总长度L等于2/3D1，锥柄（8）的高度LB为4/9D1，锥柄（8）的锥角为30度。
4.根据权利要求3所述的电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，其特征是所述的耐盐腐蚀的刚性导电材料为石墨或紫铜。
5.根据权利要求1所述的电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的工具，其特征是所述的绝缘套（3）的材料为塑料，其外圆柱尺寸大于中空扩孔钻（1）的绝缘套（3）的安装孔（6），形成过盈配合，其内部倒锥孔小端直径及锥角与工具电极（2）的锥柄（8）相同。
6.一种利用权利要求1所述的工具进行电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的方法，其特征是将工件和工具电极分别和直流电源正负极连接，工件和工具电极间保持0.1~1mm的间隙；电解液W从加工间隙中不断高速流过，以保证带走工件阳极溶解产物和电解电流通过电解液W时所产生的热量；随着工具电极前端不断向工件进给，工件按工具电极前端的型面溶解，在工件上形成一个有利于后续扩孔加工定位和导向的电解穿孔，当电解穿孔的深度达到中空扩孔钻扩孔的位置时，中空扩孔钻进行扩孔加工；此时，电解液W同时扮演切削液的作用；随着工具电极不断地进给，电解穿孔与机械扩孔同步进行，从而实现细长孔的加工。
7.根据权利要求6所述的电解穿孔与扩孔复合加工细长孔的方法，其特征是所述的电解液W为电解质盐溶液或电解质盐溶液与切削液的混合溶液。
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