CN1943951A - 肋化深小孔电解加工方法及专用工具阴极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种肋化深小孔电解加工方法及专用工具阴极，属电解加工领域。该方法包括以下步骤：选择一金属管，以一反拷电极作阴极，在金属管外表面加工出若干凹槽；将预先调制好的环氧树脂胶均匀地涂在凹槽内；在工具电极末端安装定位支架，制作出成形工具电极；在工件上加工出光孔；将成形工具电极伸入深的光孔中，将光孔加工成肋化孔。本发明的优点在于成形工具电极的制作方法简单；凹槽内涂环氧树脂胶，缩小了阴极与阳极之间的加工间隙，提高了肋化深小孔成形精度；涂在凹槽内的环氧树脂胶不易脱落，加工过程稳定性好，显著降低了工具电极修复次数；加工过程中主轴的旋转保证了肋化深小孔在圆周方向上尺寸的均匀性。
Description
技术领域
本发明的肋化深小孔电解加工方法及专用工具阴极，属电解加工
技术领域。
背景技术
随着发动机技术的不断发展，对发动机推重比和增压比的要求越来越高，而提高推重比的一个重要途径就是提高燃烧室内的温度，这就要求发动机在更高的温度下工作，由此对燃烧室的设计、制造等提出了更高的要求，尤其是对涡轮叶片的冷却。现代的发动机，要求可以在1300多度的高温下正常运行，这远远超过了发动机叶片材料所能承受的温度。为了保证发动机的正常运行，采取有效的方法来解决发动机叶片的冷却问题显得尤为重要。肋化冷却通道是一种高效低阻的叶片冷却形式，它可以在涡轮叶片前缘、叶盆、叶背上得到应用，通常这种肋化通道称为“竹节孔”。竹节孔在传热过程中，冷却孔侧壁的肋对流体有较大的扰动作用，这种扰动作用破坏了冷却通道内流体的边界层，减小了热边界层所产生的热阻，加速了冷却气体由层流向湍流的转化，同时也增大了换热面积，具有较好的冷却效果。有专利资料[Patent No.：US 6,303,193 B1]显示，美国将这种冷却孔用于涡轮叶片的冷却中，取得了很好的效果。其加工方法为：首先加工一光孔，然后采用事先制备好的工具阴极，利用电解加工的方法将光孔加工成竹节孔。该加工方法充分利用了电解加工以离子的形式对材料去除的特点，以及其加工中工具无损耗，生产效率高，零件加工表面质量好，与材料硬度无关等突出优点。其工具阴极的制作过程如下：首先在一圆柱体表面首先涂一层光刻胶；然后经过光刻，曝光，显影等一系列工艺，将圆柱体表面加工成光刻胶与导电层交叉分布的结构；最后在电极末端安装一定位支架制作出肋化深小孔加工用工具阴极。该方法制作出的工具阴极，由于光刻胶直接涂在其外表面，加工时使得导电层与工件之间的加工间隙增大，加工后肋化孔精度低；另外，采用光刻胶进行绝缘，在进行电解加工时，光刻胶易脱落；同时可以看出此工具阴极制备工艺过程复杂，每个工艺步骤都需要专用的设备，投资大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种肋化深小孔电解加工方法及专用工具阴极，以解决目前竹节孔加工电极制作困难，光刻胶易脱落，加工过程不稳定，加工效率和成形精度低的问题。
一种肋化深小孔电解加工方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、在工件上加工出光孔；(2)、制备肋化深小孔加工用工具阴极，且工具阴极为表面带有环形凹槽的金属管，凹槽内经过环氧树脂胶绝缘处理，绝缘层高度低于金属管外表面高度；(3)、使工件与电解加工电源正极连接，并装夹于工件安装座上，且使其深孔下端密封；(4)、使工具阴极与电解加工电源负极相连，其上端通过工具阴极夹头与进给装置相连；(5)、使工具阴极伸入工件光孔中；(6)、给电解区供给电解液：电解液通过工具阴极夹头，由工具阴极内部通道上端流入，从阴极定位支架下端流出，流到工件深孔底部，再通过阴极定位支架与工件间的间隙向上流，流经加工区，最后从工件深孔上端流出；(7)、利用工具阴极的竹节外形，在主轴旋转的同时，工件光孔内一次加工出带肋的多个竹节形状。
一种肋化深小孔电解加工专用工具电极，其特征在于：电极主体为表面带有环形凹槽的金属管，且凹槽内涂有环氧树脂胶，环氧树脂胶的高度低于金属管外表面高度。
上述加工方法的优点是在竹节孔电解加工中，成形工具电极的制作方法简单，金属管电极侧壁加工成凹槽状，环氧树脂胶均匀的涂在金属管凹槽内制作工具阴极，环氧树脂胶厚度不应高于金属管电极外径，与在圆柱体表面涂光刻胶相比，加工时阴阳极之间的加工间隙更小，可以加工出形状更为明显的肋，加工精度高。另外环氧树脂胶具有良好的抗腐蚀性，加工中不易脱落，加工稳定性明显提高。成形工具电极的采用提高了竹节孔电解加工的效率。
另外，加工中主轴的旋转，改善了阴阳极之间的流场，提高了加工稳定性，肋化深小孔在圆周方向的尺寸一致性得到提高。采用上述工艺方法，能以较低成本，快速、方便的加工出肋化深小孔。
附图说明
图1是成形工具阴极制作过程示意图。其中图1(a)为加工前的直管；图1(b)为阴极反拷法加工管电极侧壁凹槽；1(c)为侧壁加工成凹槽的光滑直管；图1(d)为凹槽内涂环氧树脂胶，并安装阴极定位支架后制作好的工具电极。
图2是电解加工竹节孔示意图。其中图2(e)为加工前示意图；图2(f)为加工后示意图。
图3是工件竹节孔电解加工装置图。
图1中标号名称：13、光滑直管，14，中心孔，18，反铐阴极，16、工具电极外壁被加工出的凹槽，17、工具电极没有被绝缘的部分，18、反拷电极。
图2中标号名称：1、光孔，2、工件，3、电解液入口，4、环氧树脂，5、金属管，6、阴阳极之间的间隙，7、阴极定位支架，8、工件安装座，9、密封垫片，10、阴极定位支架与工件间间隙，11、竹节孔，12、加工出的肋。
图3中标号名称：19、计算机，20、压力表，21、流量计，22、调节阀，23、过滤器，24、齿轮泵，25、加热器，26、温度传感器，27、储液槽，28、温控仪，29、竹节孔加工工具阴极，30、加工腔，31、压板，32、加工电源，33、工具电极夹头，34、传动机构，35、电动机。
具体实施方式
以下结合图1～图3，具体说明如何加工发动机叶片内肋化冷却孔及工具阴极制备。
第一步：首先利用电解加工法在工件上加工出光孔1。
第二步：如图1制备竹节孔加工用工具阴极28。选择一导电良好的金属管13为工具电极基础材料，如图1(a)，其截面形状为圆环状，金属材料耐腐蚀。采用一反拷阴极18，利用电解加工反拷法将金属管外壁面加工呈如图2(c)所示凹槽状16结构，凹槽16深度应小于金属管外径与内经尺寸差值，凹槽16宽度可根据需要进行加工，将环氧树脂绝缘胶4涂在加工好的凹槽16内，待其干燥后在金属管电极一端安装阴极定位支架7，阴极定位支架外壁应加工出斜面8，保证电解液流道的通畅。应当指出，金属管电极13尺寸应该根据要加工的竹节孔径1大小来确定，直径不能太小或太大。
第三步：如图3计算机19控制的传动机构34，电解加工电源32通过一碳刷连接的工具电极29与工件2，电解液温控仪28，温控仪连于置于储液槽27内的加热器25和温度传感器26，与储液槽27相连的齿轮泵24及过滤器23、调节阀22、流量计21、压力表20所组成的电解液循环***连于加工腔30，还包括置于加工腔内，由压板31压紧在工件安装座8上的工件，置于电极夹头33上的成形工具电极29连于传动装置。组成竹节孔电解加工装置的成形工具电极29通过工具电极夹头33安装在机床主轴上。电解液通过工具阴极夹头33，由工具阴极内部通道上端3流入，从阴极定位支架下端10流出，流到工件深孔底部，再通过工具阴极与工件间的空隙6向上流，流经加工区，最后从工件深孔上端流出。随着反应的进行，工件阳极内表面发生变化，处于导电层17附近的金属材料溶解成竹节孔11，处于绝缘层4附近的材料不被蚀除形成肋12。利用工具阴极29的竹节外形，在工件光孔内一次加工出带有肋12的多个竹节11形状。
第一步中加工光孔1，除了采用成形管电解加工法，还可以采用电火花穿孔的方法，当孔的深度较小时也可以采用钻孔进行加工。
制备工具阴极29时，管电极周围的凹槽16除了采用电解加工法，也可以采用其他的加工方法，考虑到加工后工具阴极的变形，最好采用不存在切削力的电解加工法进行加工。而且采用了反铐阴极15，电解加工法较其他方法加工效率高。
以下对本发明的“肋化深小孔电解加工方法及专用工具阴极”原理及过程进一步总结如下：
预先在加工零件上加工出一光孔1，光孔的加工可以采用电解、电火花或者钻孔的办法进行加工。采用电火花线切割的办法加工出一反拷阴极18；参考图1首先选择一金属管13，利用加工出的反拷阴极18沿金属管13径向进给，采用电解加工法将金属管侧壁加工出若干凹槽16。凹槽16不能太深以保证工具电极的强度，凹槽16的尺寸决定了最终加工肋12宽和竹节孔11宽度。环氧树脂胶4均匀的涂在凹槽16内，环氧树脂胶4厚度不应高于金属管电极13外径，与在圆柱体表面涂光刻胶相比，加工时阴阳极之间的加工间隙6更小，可以加工出形状更为明显的肋12，加工精度高。阴极定位支架7对加工稳定性至关重要，阴极定位支架7材料为非导电材料，其有一定的强度，可以保证工具电极28稳定的定位，避免加工中短路现象的发生和加工过程中因冲液造成的工具电极28摆动，而且阴极定位支架7侧面的斜面8保证了电解液的流动畅通。工件2安装在工件安装座8上并由压板31压紧，保证工件底端密封良好，加工前调整好成形工具电极28和工件2的相对位置，电解液由齿轮泵24，过滤器23，压力调节阀22，最后通过管电极中心孔3流入加工区，使加工区内压力保持稳定，加工产物被充分带出加工区。温控仪28控制加热装置，保持电解液温度恒定。电源32接通前，成形工具电极29在机床主轴19带动下进给到一定深度，接通电源32工具电极29在主轴带动下实现旋转，主轴旋转保证了加工出的竹节孔11在圆周方向上的均匀性。通过设定不同的加工参数，可以加工出不同尺寸要求的竹节孔11形状。该工件竹节孔电解加工方法可以稳定加工出竹节状冷却孔，解决了竹节孔难加工、加工效率低的问题。
Claims (3)
1、一种肋化深小孔电解加工方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、在工件(2)上加工出光孔(1)；
(2)、制备肋化深小孔(11)加工用工具阴极(29)，且工具阴极为表面带有环形凹槽(31)的金属管(13)，凹槽内经过环氧树脂胶绝缘处理，绝缘层高度低于金属管外表面高度；
(3)、使工件(2)与电解加工电源正极连接，并装夹于工件安装座(8)上，且使其深孔下端密封(9)；
(4)、使工具阴极(29)与电解加工电源负极相连，其上端通过工具阴极夹头(33)与进给装置(34)相连；
(5)、使工具阴极(29)伸入工件光孔(1)中；
(6)、给电解区供给电解液：电解液通过工具阴极夹头(33)，由工具阴极(29)内部通道上端(3)流入，从阴极定位支架(7)下端(10)流出，流到工件深孔底部，再通过阴极定位支架(7)与工件(2)间的间隙(6)向上流，流经加工区，最后从工件深孔上端流出；
(7)、利用工具阴极(29)的竹节外形，在主轴旋转的同时，工件光孔内一次加工出带肋(12)的多个竹节(11)形状。
2、根据权利要求1所述的肋化深小孔电解加工方法，其特征在于所述制备工具阴极是采用以下步骤：
(1)、加工出具有矩形齿状的片状反拷电极(18)；
(2)、选取金属管(13)，利用反拷电极为阴极，将金属管侧壁加工出若干环形凹槽(31)；
(3)、在凹槽(31)内涂上高度低于金属管外表面高度的环氧树脂胶(4)；
(4)、工具阴极(29)下端安装绝缘的阴极定位支架(7)；
3、一种肋化深小孔电解加工专用工具电极，其特征在于：电极主体为表面带有环形凹槽(31)的金属管(13)，且凹槽内涂有环氧树脂胶(4)，环氧树脂胶的高度低于金属管外表面高度。
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