专利名称：一种零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电解加工技术领域，尤其是一种用于零件内孔壁面微细凹坑电解加工的工具阴极。
背景技术：
目前，应用表明，微细凹坑、凹槽等表面织构能够存储润滑液、容纳磨屑、减少表面吸附力、在金属零件内孔壁产生紊流结构，从而起到减小摩擦、避免表面粘附、增强换热通道的传热性能。目前，尺寸为数微米至数百微米的微小凹坑状的表面织构已成功地应用于计算机硬盘、机械动密封、滑动轴承等摩擦表面以及预热器、冷凝器、换热器等换热通道内壁紊流结构。然而，零件内孔壁面凹坑结构的加工，尤其是微尺度范围内，却是制造业的难题。目前，金属零件内孔壁面微细凹坑结构的加工方法有以下几种(1)自激振动加工表面微坑超声加工装置装在车床的拖板上，被加工摩擦副零件(例如缸套)装在机床主轴上且以一定的转速旋转，微坑超声加工装置可沿轴向和横向方向进给，通过横向进给控制微坑的深度，通过超声换能器推动变幅杆给工具头施加超声振动，依靠振动冲击在缸套工作表面形成具有一定分布规律和一定尺寸参数的相互独立的微坑。该方法必须具备振型关联颤振或再生型颤振的条件，否则很难实现稳态自激振动。再者，无法采用高密度、高效率的矩阵型非切削工具头，加工效率低。(2)激光珩磨该方法是根据实际需要，采用具有特定能量密度的激光束，有目的地在工件待加工表面上加工出均勻连续、具有特定形状、角度、深度、宽度、密度的凹腔、纹路、沟槽等。该加工方法工件热应力小、无需冷却、对环境污染小。然而，需要通过粗珩、激光造型与精珩三道工序，工艺繁琐，且激光对缸套材料有烧蚀和微观汽化作用，造成材料性能的变化。另外，激光珩磨设备昂贵、操作复杂、维修困难、微坑加工成本高。( 电解加工该方法是基于通电状态下金属材料发生电化学溶解原理，利用专门设计的工具电极，控制加工电压、加工时间来实现微坑结构的加工，不会出现应力和变形，加工表面质量高，克服了上述两种加工方法的缺陷。但是，电解加工所用的工具电极或掩膜结构的制作却是其核心难题。2008年9月10日提出申请的中国专利CN10125卯49A 揭露了一种小孔径内壁面微细凹槽的电解加工工艺及装置，其先采用紫外光掩膜固化技术，在导电金属丝的外表面固化一层特定形状的绝缘层，之后由显影液将未固化部分去除形成裸露的导电层，最后利用电铸工艺在金属丝裸露部分沉积一层与绝缘层厚度相当的金属，最终得到绝缘段和导电段相间的成形工具阴极。2007年4月11日提出申请的中国专利CN1943951A揭露了一种肋化深小孔电解加工方法及专用工具阴极，其通过在金属管外表面的凹槽内涂覆环氧树脂胶制作出了成形工具阴极。该两种方法存在的共同不足是工具电极过程制作过程复杂，且绝缘胶和导电体结合不够牢固，电解过程中工具电极很容易发生胶膜脱落现象，造成电解无法进行下去，甚至工件报废，实用性不高。另外，由于被加工表面未采用屏蔽措施，电解加工过程易产生杂散腐蚀现象。2010年12月8日公告的中国专利CN101491851B揭露了一种金属零件内孔壁面紊流结构的电化学加工工艺，其通过直接在零件内孔壁面涂覆绝缘胶，将不需要加工部位屏蔽来实现零件内孔壁面微细凹坑的电解加工，但这种方法极难在深孔壁面均勻可靠地涂覆粘结力强的、高结构精度的电解加工用掩膜。上述电解加工用工具电极的制作工艺中的不足大大限制了其在工业中的推广应用。 因此，开发出一种制作工艺简单、实用性强、电解加工过程杂散腐蚀小的适合于零件内孔壁面微细凹坑电解加工的专用电极具重要现实意义。实用新型内容本实用新型的目的是提供一种适于零件内孔壁面微细凹坑电解加工的专用工具阴极。一种零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极，其中包括电绝缘体、导电体、前管头、后管头，电绝缘体呈管状，电绝缘体的外壁规格与待加工的零件内孔规格相配合，电绝缘体的外壁与待加工的零件内孔壁相贴近并能自由穿入取出，电绝缘体采用弹性材料，电绝缘体上设置有用于电解液通过的镂空孔群；导电体沿轴向穿设于电绝缘体内，导电体外壁与电绝缘体内壁之间存在间隙；前管头与后管头结构相同，均包括一锥筒状外壳和一导电体固定管，锥筒状外壳与导电体固定管同轴设置，锥筒状外壳内壁与导电体固定管外壁之间由支撑辐条支撑固定，导电体两端分别配合穿设于前管头、后管头的导电体固定管内；前管头、后管头的锥筒状外壳的小头可拆卸地嵌设于电绝缘体的前、后端部内，前管头和后管头的锥筒状外壳与电绝缘体的前后端部紧密嵌合。所述的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极，其中电绝缘体呈圆管状。所述的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极，其中导电体为棒状或管状。所述的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极，其中导电体外壁与电绝缘体内壁之间的间隙不小于1毫米。所述的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极，其中前管头、后管头的外壳采用尼龙材料。所述的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极，其中前管头、后管头的外壳采用TVP聚酯材料。所述的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极，其中前管头、后管头的外壳采用TPEE聚酯材料。本实用新型采用上述技术方案后将达到如下的技术效果本实用新型的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极，将电绝缘体插入待加工零件内孔内，将导电体插入电绝缘体，前、后管头分别插入电绝缘体前、后端部嵌合，导电体嵌入前、后管头上导电体固定管内固定，相向推压前、后管头，通过前、后管头的挤压力把绝缘体管壁紧紧压在工件的内孔壁上，以防止电解加工时电解液从电绝缘体和工件孔壁之间的间隙流出，电解液通过前管头的外壳与导电体之间的支撑辐条间隙通入，电解液再通过后管头的外壳与导电体之间的支撑辐条间隙流出。如上，本实用新型技术方案的特点如下(1)本实用新型利用弹性电绝缘体受前、后管头的相向压力以及加工时内部电解液压力作用而胀大的特性，将待加工零件内孔壁表面不需要加工的区域进行屏蔽，因此不需要涂胶、曝光等繁琐工序，制作过程简单，且本实用新型的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极可重复使用，降低了零件内孔壁面微细凹坑电解加工工具阴极生产成本和周期，提高了加工效率；(2)通过控制本实用新型的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极上镂空孔群的形状和布排方式，可以电解出复杂形状和多种布排方式的微细凹坑；(3)本实用新型可加工的零件内孔深度不受限制，可用于深孔的壁面微细凹坑电解加工。综上分析，本实用新型的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极制作简单、可重复使用，降低了零件内孔壁面微细凹坑电解加工工具阴极的加工成本和周期，提高了零件内孔壁面微细凹坑电解加工的生产效率和可操作性，更有利于实现零件内孔壁面微细凹坑电解加工的工业化生产。
图1是本实用新型零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极的具有局部剖视的结构图；图2是本实用新型的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极对零件内孔加工时的装配原理图。图中标号名称1电绝缘体，2导电体，3轮毂，4轮辐，5前管头，6后管头，7正在进行加工的零件。
具体实施方式
本实用新型的一种零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极，如图1，包括电绝缘体1、导电体2、前管头5、后管头6，电绝缘体1呈管状，电绝缘体1的外壁规格与待加工的零件内孔规格相配合，电绝缘体1的外壁与待加工的零件内孔壁相贴近并能自由穿入取出，电绝缘体1采用弹性材料，电绝缘体1上设置有用于电解液通过的镂空孔群；导电体 2沿轴向穿设于电绝缘体1内，导电体2外壁与电绝缘体1内壁之间存在间隙；前管头5与后管头6结构相同，均包括一锥筒状外壳和一导电体固定管3，导电体固定管3也可称为轮毂，锥筒状外壳与导电体固定管3同轴设置，锥筒状外壳内壁与导电体固定管3外壁之间由支撑辐条4支撑固定，导电体2两端分别配合穿设于前管头5、后管头6的导电体固定管3 内可拆卸固定；前管头5、后管头6的锥筒状外壳的小头可拆卸地嵌设于电绝缘体1的前、 后端部内，前管头5和后管头6的锥筒状外壳与电绝缘体1的前、后端部紧密嵌合。本实施例中，电绝缘体1呈圆管状，导电体2为棒状或管状，导电体2外壁与电绝缘体1内壁之间的间隙不小于1毫米；前管头5、后管头6的外壳采用尼龙材料或TVP (聚氨酯弹性体)、TPEE (热塑性聚酯弹性体)等聚酯材料。如图2，以在内径为5mm、深为20mm的不锈钢件内孔壁面上加工直径为0. 2mm、孔间距为0. 6mm的微细凹坑为例，对本实用新型技术方案作进一步详细的工作描述根据待加工工件7的要求，制作出外径为4. 9mm、贯穿群孔直径为0. 18mm、孔间距为0. 6mm、管壁厚度为0. 1mm、长为22mm的管状聚酰亚胺电绝缘体1。将电绝缘体1和直径为3mm、长为30mm的不锈钢管导电体2配合插入待加工工件 7的孔中。将锥度为1 10、大径为5. 3mm、高为8mm的前管头5和后管头6分别置于工件7孔的两端，并使前、后管头5、6的外壁分别与绝缘体1的前、后内管壁搭接、前后锥形管头5和 6的轮毂3与导电体2同轴穿接。[0033]相向推压前、后管头5、6，以通过前、后管头5、6的挤压力把电绝缘体1管壁紧紧压在工件7的孔壁上，进而防止电解加工时电解液从电绝缘体1和工件7孔壁之间的间隙流
出ο经前管头5的轮辐4间隙通入电解液，并调节电解液自后管头6流出的出口流量， 以调节电绝缘体1管壁的内外压差；当电绝缘体1的管壁内压力大于其外压力时，电绝缘体 1的管壁不断弹性胀大，直到与零件7的孔壁紧密贴合。接通电源，便可以利用此工具电极进行电解加工。
权利要求1.一种零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极，其特征在于包括电绝缘体、 导电体、前管头、后管头，电绝缘体呈管状，电绝缘体的外壁规格与待加工的零件内孔规格相配合，电绝缘体的外壁与待加工的零件内孔壁相贴近并能自由穿入取出，电绝缘体采用弹性材料，电绝缘体上设置有用于电解液通过的镂空孔群；导电体沿轴向穿设于电绝缘体内，导电体外壁与电绝缘体内壁之间存在间隙；前管头与后管头结构相同，均包括一锥筒状外壳和一导电体固定管，锥筒状外壳与导电体固定管同轴设置，锥筒状外壳内壁与导电体固定管外壁之间由支撑辐条支撑固定，导电体两端分别配合穿设于前管头、后管头的导电体固定管内；前管头、后管头的锥筒状外壳的小头可拆卸地嵌设于电绝缘体的前、后端部内，前管头和后管头的锥筒状外壳与电绝缘体的前后端部紧密嵌合。
2.如权利要求1所述的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极，其特征在于 电绝缘体呈圆管状。
3.如权利要求2所述的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极，其特征在于 导电体为棒状或管状。
4.如权利要求3所述的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极，其特征在于 导电体外壁与电绝缘体内壁之间的间隙不小于1毫米。
5.如权利要求1或2或3或4所述的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极， 其特征在于前管头、后管头的外壳采用尼龙材料。
6.如权利要求1或2或3或4所述的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极， 其特征在于前管头、后管头的外壳采用TVP聚酯材料。
7.如权利要求1或2或3或4所述的零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极， 其特征在于前管头、后管头的外壳采用TPEE聚酯材料。
专利摘要本实用新型提供了一种零件内孔壁面微细凹坑电解加工专用工具阴极，其电绝缘体呈管状并采用弹性材料，电绝缘体上设置有用于电解液通过的镂空孔群；导电体沿轴向穿设于电绝缘体内，导电体外壁与电绝缘体内壁之间存在间隙；前管头与后管头结构相同，均包括一锥筒状外壳和一导电体固定管，锥筒状外壳与导电体固定管同轴设置，锥筒状外壳内壁与导电体固定管外壁之间由支撑辐条支撑固定，导电体两端分别配合穿设于前管头、后管头的导电体固定管内；前管头、后管头的锥筒状外壳的小头可拆卸地嵌设于电绝缘体的前、后端部内，前管头和后管头的锥筒状外壳与电绝缘体的前后端部紧密嵌合。本实用新型的工具阴极可提高电解加工的生产效率和可操作性。
文档编号B23H3/04GK202317332SQ20112028469
公开日2012年7月11日 申请日期2011年8月8日 优先权日2011年8月8日
发明者张明, 明平美, 李新华, 王文倩, 王艳丽, 许焱平 申请人:河南理工大学