CN109877403A - 一种电解加工异形腔的工具阴极及装夹方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电化学加工装置，公开了一种电解加工异形腔的工具阴极及装夹方法，包括阴极杆和阴极，阴极杆上设有第一进液口，阴极杆中心设有盲孔，还包括组合阴极盘，所述组合阴极盘包括圆盘和圆柱杆，圆柱杆伸入盲孔中并可在盲孔中转动，圆柱杆通过键连接机构与阴极杆连接，圆盘和圆柱杆内部中空连通形成电解液通道，圆柱杆伸入盲孔中一端设有第二进液口，圆盘表面设有与阴极连接的若干螺纹孔，螺纹孔与电解液通道连通，螺纹孔内设有旋转封闭片，旋转封闭片与控制部件连接。本申请组合阴极盘的设计可快速选择单次加工时所需的阴极，提高了工作效率，并且降低了生产成本，适用于小批量或单次试用工件的一次性电解加工。

Description

一种电解加工异形腔的工具阴极及装夹方法

技术领域

本发明涉及电化学加工装置，具体涉及一种电解加工异形腔的工具阴极及装夹方法。

背景技术

对于常规形状如圆形、正方形等结构的工件，通过传统加工方式即可获得低成本、高效率、高精度构件，但是对非规则形状的，如异形孔、异形型腔等则较为困难。传统的机械加工方法，针对异形型腔，特别是薄壁类，采用铣削加工时，残余应力容易导致结构产生微变形，造成极大的形位误差；而对于异形孔，传统的钻头无法实现孔加工的形状要求，而且钻削过程排屑困难、发热严重，无法作为异形孔的理想加工方法。随着非传统机械加工，即特种加工的发展使得大面积、多种类异形孔、异形型腔工件的加工精度得到了较大提升，其中，电解加工因不受工件材料力学性能、机械性能等条件限制，并且具有表面加工质量高、无应力、无热影响区、工具阴极无损耗等优点，已被广泛应用于航空航天、微电子、生物医学、模具制造等工程领域，其工作原理是利用阳极电化学溶解原理进行材料蚀除，并最终将零件加工成形的工艺技术。将电解加工应用于异形孔、异形型腔的加工，尤其是异形型腔，可以有效避免传统机械加工中刀具磨损严重、加工残余应力导致形变等不利因素，获得较高的形位精度。

电解包含多种异形腔体的零件时，为提高加工效率，通常按照异形腔的尺寸位置关系加工工具阴极，这样只需一次进给即可获得初步的工件成型形貌，适用于大批量生产的场合。但是在无需大批量生产、甚至单次试用工件的加工时，制造一个严格控制尺寸位置关系的阴极成本较高，并且针对每一种异形腔加工需对应相应阴极的情形，加工过程中需要多次拆卸阴极、调整工件或阴极的坐标，导致加工效率较低。

例如在现有技术中，公开号为CN207563866U，公开日为2018年7月3日，专利名称为“一种用于风电机组轴类零件修复后电解车削修型的阴极工具”的实用新型专利，其技术方案为：包括阴极基体、夹具基体、主轴安装螺栓、工具阴极安装螺栓、电解液进口快速接头和电解液导管； 其中所述阴极基体通过工具阴极安装螺栓与夹具基体相连接固定，所述夹具基体通过主轴 安装螺栓安装于电解车削机床主轴，所述阴极基体用于削修加工零件的一面称为阴极加工 端面，在阴极加工端面设置有电解液出液喷口，在阴极基体内设置有电解液流道，电解液流 道与电解液出液喷口连通，在电解液流道的末端设置电解液进口螺孔，电解液进口快速接 头与电解液进口螺孔相连，电解液进口快速接头用于与电解液导管相连。上述专利虽然避免了外部供液喷头及其相关夹具的设计制造而降低了工艺复杂程度与成本，并且保证了电解车削修型的尺寸精度与表面质量，但是上述装置若想要用于多种轴类零件的电解车削修型，仍然需要对工具阴极进行拆卸，无法适应小批量或单次试用工件的电解加工，效率低下。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题和不足，本发明目的旨在于提供一种适用于小批量或单次试用工件一次性电解加工的高效率、低成本的电解加工异形腔的工具阴极及装夹方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种电解加工异形腔的工具阴极，包括阴极杆和阴极，阴极杆上设有第一进液口，阴极杆中心设有盲孔，还包括组合阴极盘，所述组合阴极盘包括圆盘和圆柱杆，圆柱杆伸入盲孔中并可在盲孔中转动，圆柱杆通过键连接机构与阴极杆连接，圆盘和圆柱杆内部中空连通形成电解液通道，圆柱杆伸入盲孔中一端设有第二进液口，圆盘表面设有与阴极连接的若干螺纹孔，螺纹孔与电解液通道连通，螺纹孔内设有旋转封闭片，旋转封闭片与控制部件连接。

优选地，所述键连接机构包括设置在阴极杆侧壁上的定位通孔、放置在定位通孔内的固定键以及设置在圆柱杆侧壁上的固定键槽。

优选地，所述控制部件包括设置在固定键槽侧壁的控制按钮，控制按钮与电磁阀连接，电磁阀又与旋转封闭片连接。

优选地，所述圆盘与阴极之间设有密封圈用于密封。

优选地，所述螺纹孔沿圆盘圆周均匀分布。

优选地，所述定位通孔沿阴极杆圆周面均匀分布，所述固定键槽沿圆柱杆圆周面均匀分布。

优选地，所述阴极包括螺纹部分和阴极部分，所述螺纹部分纵向设有贯穿上下端面的第一通孔，用于流通电解液；所述阴极部分端面设有同心圆弧槽，同心圆弧槽沿纵向贯穿阴极部分，同心圆弧槽与第一通孔之间设有过渡空间，第一通孔、过渡空间以及同心圆弧槽三者之间连通，所述阴极部分外周还设有侧壁槽，侧壁槽内填满且填实环氧树脂。

优选地，所述同心圆弧槽沿阴极部分端面对角线设置。

优选地，所述侧壁槽的深度不超过3mm。

一种电解加工异形腔的工具阴极的装夹方法，将阴极杆通过阴极杆螺纹与机床主轴连接，组合阴极盘的圆柱杆伸入阴极杆的盲孔中，通过键连接机构与阴极杆连接，将阴极的螺纹部分安装在圆盘的螺纹孔内，阴极部分进入透明亚克力反应背压腔体中，透明亚克力反应背压腔体和被加工工件均安装在工件夹具上，并通过螺纹定位和夹紧。

本发明的有益效果：

（1）本申请中，通过组合阴极盘的设计可以快速选择单次加工时所需的阴极，而无需进行阴极拆卸或者阴极杆的替换，提高了工作效率，并且降低了生产成本，适用于小批量或单次试用工件的一次性电解加工。

（2）本申请中，通过在所需阴极对应的固定键槽内放入固定块从而按压按钮利用电磁阀控制螺纹孔内旋转封闭片的自动打开或关闭的工作方式，使得处于非工作状态阴极的电解液通道处于不流通的状态，既保证了正常工作状态阴极的电解液具有一定的压力，还避免了流场紊乱。

（3）本申请中，单个阴极出液口的同心圆弧槽设计使得电解液的流场扩散均匀，有利于提高加工表面质量。

（4）本申请利用环氧树脂对阴极侧壁进行绝缘，是一种有效、低成本、易实现、应用面广的绝缘方法。

（5）本申请将阴极置入透明反应背压腔体中进行电解加工，方便观察加工过程，同时背压腔稳定流场，使得工件表面充满紊流状态下的电解液。

附图说明

图1为本申请工具阴极结构示意图；

图2为本申请圆盘结构示意图；

图3为本申请阴极整体结构示意图；

图4为本申请控制部件结构示意图；

图5为本申请阴极部分横截面示意图；

图6为本申请阴极部分横截面另一结构示意图；

图7为本申请阴极部分横截面又一结构示意图；

图8为本申请工具阴极装夹示意图。

附图中：

1、阴极杆；2、阴极；3、组合阴极盘；4、键连接机构；5、电解液通道；6、旋转封闭片；7、控制部件；8、密封圈；9、过渡空间；10、机床主轴；11、透明亚克力反应背压腔体；12、被加工工件；13、工件夹具；21、螺纹部分；22、阴极部分；31、圆盘；32、圆柱杆；41、定位通孔；42、固定键；43、固定键槽；71、控制按钮；101、第一进液口；102、盲孔；211、第一通孔；221、同心圆弧槽；222、侧壁槽；311、螺纹孔；321、第二进液口。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例公开了一种电解加工异形腔的工具阴极，包括阴极杆1和阴极2，阴极杆1上设有第一进液口101，阴极杆1中心设有盲孔102，还包括组合阴极盘3，所述组合阴极盘3包括圆盘31和圆柱杆32，圆柱杆32伸入盲孔102中并可在盲孔102中转动，圆柱杆32通过键连接机构4与阴极杆1连接，圆盘31和圆柱杆32内部中空连通形成电解液通道5，圆柱杆32伸入盲孔102中一端设有第二进液口321，圆盘31表面设有与阴极2连接的若干螺纹孔311，螺纹孔311与电解液通道5连通，螺纹孔311内设有旋转封闭片6，旋转封闭片6与控制部件7连接。

作为本发明一种最基本的实施方案，使用时，将阴极与圆盘上的螺纹孔连接，阴极杆上设有第一进液口，第一进液口与管道通过螺纹连接，电解液经第一进液口进入盲孔内，随后经圆柱杆上的第二进液口和电解液通道流入组合阴极盘内，圆盘上的螺纹孔与电解液通道连通，电解液最后经螺纹孔流入阴极内，再从阴极流出用于电解加工异形腔，圆盘上的螺纹孔内均设有与控制部件连接的旋转封闭片，用于实现电解液通道的关闭与开启，从而控制电解液从相应的螺纹孔流入阴极内，并从阴极流出。通过组合阴极盘的设计可以快速选择单次加工时所需的阴极，而无需进行阴极拆卸或者阴极杆的替换，从而提高了工作效率，并且降低了生产成本，适用于小批量或单次试用工件的一次性电解加工。

实施例2

本实施例公开了一种电解加工异形腔的工具阴极，包括阴极杆1和阴极2，阴极杆1上设有第一进液口101，阴极杆1中心设有盲孔102，还包括组合阴极盘3，所述组合阴极盘3包括圆盘31和圆柱杆32，圆柱杆32伸入盲孔102中并可在盲孔102中转动，圆柱杆32通过键连接机构4与阴极杆1连接，圆盘31和圆柱杆32内部中空连通形成电解液通道5，圆柱杆32伸入盲孔102中一端设有第二进液口321，圆盘31表面设有与阴极2连接的若干螺纹孔311，螺纹孔311与电解液通道5连通，螺纹孔311内设有旋转封闭片6，旋转封闭片6与控制部件7连接。

所述键连接机构4包括设置在阴极杆1侧壁上的定位通孔41、放置在定位通孔41内的固定键42以及设置在圆柱杆32侧壁上的固定键槽43。

所述控制部件7包括设置在固定键槽43侧壁的控制按钮71，控制按钮71与电磁阀连接，电磁阀又与旋转封闭片6连接。

所述圆盘31与阴极2之间设有密封圈8用于密封。

所述螺纹孔311沿圆盘31圆周均匀分布。

所述定位通孔41沿阴极杆1圆周面均匀分布，所述固定键槽43沿圆柱杆32圆周面均匀分布。

所述阴极2包括螺纹部分21和阴极部分22，所述螺纹部分21纵向设有贯穿上下端面的第一通孔211，用于流通电解液；所述阴极部分22端面设有同心圆弧槽221，同心圆弧槽221沿纵向贯穿阴极部分22，同心圆弧槽221与第一通孔211之间设有过渡空间9，第一通孔211、过渡空间9以及同心圆弧槽221三者之间连通，所述阴极部分22外周还设有侧壁槽222，侧壁槽222内填满且填实环氧树脂。

所述同心圆弧槽221沿阴极部分22端面对角线设置。

所述侧壁槽222的深度不超过3mm。

作为本发明一种优选的实施方案，圆柱杆通过键连接机构与阴极杆连接，所述键连接机构包括设置在阴极杆侧壁上的定位通孔、放置在定位通孔内的固定键以及设置在圆柱杆侧壁上的固定键槽，在所需阴极对应的定位通孔与固定键槽内放入固定键即可选择需要的阴极进行电解加工，十分方便，提高了工作效率，放入固定键固定组合阴极盘的同时固定键也按压固定键槽侧壁上的控制按钮，从而利用电磁阀控制相应位置处的旋转封闭片打开，电解液即可从选定的阴极中流出，其余处于非工作状态的阴极对应的螺纹孔内的旋转封闭片处于关闭状态，使得电解液具有一定的压力，避免流场紊乱；所述阴极包括螺纹部分和阴极部分，所述螺纹部分纵向设有贯穿上下端面的第一通孔，所述阴极部分端面设有同心圆弧槽，同心圆弧槽沿纵向贯穿阴极部分，同心圆弧槽与第一通孔之间设有过渡空间，第一通孔、过渡空间以及同心圆弧槽三者之间连通，电解液经螺纹孔和第一通孔进入阴极后，由第一通孔流入过渡空间，再由过渡空间流入同心圆弧槽内，最后从同心圆弧槽流出，单个阴极的出液口为同心圆弧槽设计，优选的，同心圆弧槽沿阴极部分端面最长对角线设置，使得电解液的流场扩散均匀，有利于提高加工表面质量，第一通孔与同心圆弧槽之间的过渡空间形状与阴极形状相同，可调整和稳定电解液流动状态；所述阴极部分外周还设有侧壁槽，侧壁槽的深度不超过3mm，长度根据阴极自身长度及异形型腔深度加工要求而定，侧壁槽内填满且填实有环氧树脂，在80℃的恒温环境下催凝后，在室温环境下自然冷却，并打磨平整，实现电解加工过程中的侧壁绝缘，利用环氧树脂对阴极侧壁进行绝缘，具有绝缘效果好、成本低、易实现以及应用面广的特点。

实施例3

本实施例公开了一种电解加工异形腔的工具阴极的装夹方法，将阴极杆1通过阴极杆螺纹与机床主轴10连接，组合阴极盘3的圆柱杆32伸入阴极杆1的盲孔102中，通过键连接机构4与阴极杆1连接，将阴极2的螺纹部分21安装在圆盘31的螺纹孔311内，阴极部分22进入透明亚克力反应背压腔体11中，透明亚克力反应背压腔体11和被加工工件12均安装在工件夹具13上，并通过螺纹定位和夹紧。

将阴极置入透明的反应背压腔体中进行电解加工，方便观察加工过程，同时背压腔稳定流场，使得工件表面充满紊流状态下的电解液。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用 新型保护范围的限制。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电解加工异形腔的工具阴极，包括阴极杆（1）和阴极（2），阴极杆（1）上设有第一进液口（101），阴极杆（1）中心设有盲孔（102），其特征在于：还包括组合阴极盘（3），所述组合阴极盘（3）包括圆盘（31）和圆柱杆（32），圆柱杆（32）伸入盲孔（102）中并可在盲孔（102）中转动，圆柱杆（32）通过键连接机构（4）与阴极杆（1）连接，圆盘（31）和圆柱杆（32）内部中空连通形成电解液通道（5），圆柱杆（32）伸入盲孔（102）中一端设有第二进液口（321），圆盘（31）表面设有与阴极（2）连接的若干螺纹孔（311），螺纹孔（311）与电解液通道（5）连通，螺纹孔（311）内设有旋转封闭片（6），旋转封闭片（6）与控制部件（7）连接。

2.根据权利要求1所述的一种电解加工异形腔的工具阴极，其特征在于：所述键连接机构（4）包括设置在阴极杆（1）侧壁上的定位通孔（41）、放置在定位通孔（41）内的固定键（42）以及设置在圆柱杆（32）侧壁上的固定键槽（43）。

3.根据权利要求2所述的一种电解加工异形腔的工具阴极，其特征在于：所述控制部件（7）包括设置在固定键槽（43）侧壁的控制按钮（71），控制按钮（71）与电磁阀连接，电磁阀又与旋转封闭片（6）连接。

4.根据权利要求1所述的一种电解加工异形腔的工具阴极，其特征在于：所述圆盘（31）与阴极（2）之间设有密封圈（8）用于密封。

5.根据权利要求1所述的一种电解加工异形腔的工具阴极，其特征在于：所述螺纹孔（311）沿圆盘（31）圆周均匀分布。

6.根据权利要求2所述的一种电解加工异形腔的工具阴极，其特征在于：所述定位通孔（41）沿阴极杆（1）圆周面均匀分布，所述固定键槽（43）沿圆柱杆（32）圆周面均匀分布。

7.根据权利要求1所述的一种电解加工异形腔的工具阴极，其特征在于：所述阴极（2）包括螺纹部分（21）和阴极部分（22），所述螺纹部分（21）纵向设有贯穿上下端面的第一通孔（211），用于流通电解液；所述阴极部分（22）端面设有同心圆弧槽（221），同心圆弧槽（221）沿纵向贯穿阴极部分（22），同心圆弧槽（221）与第一通孔（211）之间设有过渡空间（9），第一通孔（211）、过渡空间（9）以及同心圆弧槽（221）三者之间连通，所述阴极部分（22）外周还设有侧壁槽（222），侧壁槽（222）内填满且填实环氧树脂。

8.根据权利要求7所述的一种电解加工异形腔的工具阴极，其特征在于：所述同心圆弧槽（221）沿阴极部分（22）端面对角线设置。

9.根据权利要求7所述的一种电解加工异形腔的工具阴极，其特征在于：所述侧壁槽（222）的深度不超过3mm。

10.一种根据权利要求1-9中任意一项所述的电解加工异形腔的工具阴极的装夹方法，其特征在于：将阴极杆（1）通过阴极杆螺纹与机床主轴（10）连接，组合阴极盘（3）的圆柱杆（32）伸入阴极杆（1）的盲孔（102）中，通过键连接机构（4）与阴极杆（1）连接，将阴极（2）的螺纹部分（21）安装在圆盘（31）的螺纹孔（311）内，阴极部分（22）进入透明亚克力反应背压腔体（11）中，透明亚克力反应背压腔体（11）和被加工工件（12）均安装在工件夹具（13）上，并通过螺纹定位和夹紧。