一种电解加工阵列斜孔阴极的制备方法及阵列斜孔阴极与流程

本发明涉及一种电解加工工具阴极的制备方法及阴极结构，更具体地说，涉及一种基于复合绝缘工艺的电解加工阵列斜孔阴极的制备方法及阵列斜孔阴极。

背景技术：

随着科学研究和工业技术的发展，高新技术产品逐渐向功能集成化、超精密化和外形小型化等方向发展，例如航空航天领域的零件形状越来越复杂，尺寸精度要求越来越高，伴随而来的是大量形状各异的微小尺寸结构和高精度零件的不断增加。高精密加工也成为目前世界制造业所关注的一个重要发展方向。

目前，在航空航天、精密仪器等领域存在很多阵列小孔的加工需求，其中不乏一些阵列斜孔。针对阵列孔的加工存在多种方法，其中电解阵列小孔加工由于加工表面质量较好，生产效率较高等优点得到了较好的发展和应用。电解阵列小孔加工是基于金属电化学溶解原理基础之上，其材料的减少过程以离子的形式进行，理论上表面精度和加工尺寸可以达到微米级。在电解加工中，加工间隙很小，反应过程中工件阳极金属不断地失去电子成为离子而溶解到电解液中，这种电解加工方式使其在微细精密制造领域有着很大的发展潜力。

然而，在电解孔加工中，阵列斜孔的加工难度较大，其中主要难点在于阵列斜孔工具阴极的制备，一方面，阵列斜孔工具阴极的结构加工复杂，传统加工工艺难以保证工具阴极的精密尺寸。

另一方面，阵列斜孔工具阴极的侧壁绝缘较为复杂，我们知道，电解工具阴极的侧壁绝缘是电解加工孔减少已加工表面二次腐蚀、降低锥度的最直接的方式，而由于电解加工复杂的加工环境，对侧壁绝缘的要求较为严格，要求侧壁绝缘具有足够的机械强度以承受电解液的高速冲击，并具有良好的介电性、耐酸性、绝缘层致密性且厚度均匀等，常用的侧壁绝缘方法有喷塑、喷涂环氧树脂、微弧氧化、光固化等，但由于绝缘层与工具阴极的表面界面应力变化复杂，绝缘层受到电解液的腐蚀和高速冲击，绝缘性能下降。目前利用微弧氧化技术在工具阴极表面生成氧化物陶瓷膜，从而达到高的致密性、均匀性和绝缘性，但由于微弧氧化生成的陶瓷膜具有孔隙，从而绝缘性能也不够理想。

还有，阵列斜孔工具阴极的电解液通液槽的设置对于电解加工精度也存在很大影响，通液槽设计是否合理，直接关系到电解液流场是否均匀稳定，从而影响电解加工阵列斜孔的精度。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有电解加工阵列斜孔存在阴极结构制备困难、阴极侧壁绝缘效果较差和阴极通液槽流场分布均匀性差等不足，提供一种电解加工阵列斜孔阴极的制备方法及阵列斜孔阴极，采用本发明的技术方案，阵列斜孔阴极制备精度高、电极柱尺寸和间距一致性好、绝缘性能可靠、电解液通液槽流场稳定可靠。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种电解加工阵列斜孔阴极的制备方法，包括以下步骤：

s1、制备钛合金电极块：利用慢走丝线切割工艺对钛合金方料各个面进行切割，得到钛合金电极块；

s2、加工阵列电极柱：在钛合金电极块上选取工艺基准，按照阴极使用要求进行横向和纵向慢走丝线切割，切割出具有整体电极柱的阵列电极；

s3、加工通液槽：在阵列电极的各个电极柱上，通过电火花打孔工艺打孔后穿丝线切割出通液槽；

s4、切割电极斜面：调整阵列电极的装夹角度，利用慢走丝线切割工艺切割出阵列电极斜面；

s5、焊接主轴连接杆：将阵列电极与主轴连接杆焊接连接；

s6、侧壁绝缘处理：采用微弧氧化技术对阵列电极整体进行绝缘处理，然后采用电泳工艺对微弧氧化绝缘面进行封装，形成双绝缘复合层，并对电极斜面和电极电源接线处的双绝缘复合层进行打磨去除；或者，先对电极斜面和电极电源接线处进行覆盖，然后采用微弧氧化技术对电极进行绝缘处理，并采用电泳工艺对微弧氧化绝缘面进行封装，形成双绝缘复合层。

更进一步地，在步骤s1中，利用慢走丝线切割得到的钛合金电极块的上下面平行度不超过0.01mm，上面与侧面垂直度不超过0.01mm。

更进一步地，在步骤s2中，整体电极柱的横向和纵向慢走丝线切割的切割电流不大于5a，切割的各个电极柱的形状精度不大于0.02mm；在步骤s4中，利用慢走丝线切割工艺切割阵列电极斜面的切割电流不大于1a，且电极斜面至少切割三次。

更进一步地，在步骤s5中，主轴连接杆与阵列电极连接面的垂直度不大于0.01mm，主轴连接杆采用数控车床车削制得，且主轴连接杆的回转径向跳动量不超过0.005mm。

更进一步地，在步骤s6中，微弧氧化电压不超过500v，微弧氧化时间不超过60s，微弧氧化结束后经过超声波清洗后利用电泳工艺对微弧氧化绝缘面进行封装，电泳封装电压不超过300v，封装时间不超过30s，双绝缘复合层的厚度不超过30μm。

本发明的一种电解加工阵列斜孔阴极，包括主轴连接杆和阵列电极，所述的主轴连接杆和阵列电极焊接连接，所述的阵列电极上一体设有阵列分布的电极柱，所述的电极柱上设有通液槽，所述的电极柱的端面上切割有斜面，所述的电极柱的侧壁上设有双绝缘复合层，该双绝缘复合层包括设于内侧的微弧氧化层和设于外侧的电泳封装层；该电解加工阵列斜孔阴极采用上述的电解加工阵列斜孔阴极的制备方法制备而成。

更进一步地，所述的电极柱的截面形状为矩形，该电极柱上的通液槽为圆形或条形通槽。

更进一步地，所述的电极柱的截面形状为菱形，该电极柱上的通液槽为圆形或菱形或条状弧形通槽。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

本发明的一种电解加工阵列斜孔阴极的制备方法及阵列斜孔阴极，采用钛合金方料整体切割制备阴极，满足了阴极的使用强度要求，制备的阵列斜孔阴极精度高，工艺简单，电极柱之间的尺寸和间距一致性好；采用微弧氧化技术对阵列电极整体进行绝缘，并利用电泳工艺对微弧氧化绝缘面进行封装，实验表明，绝缘层阻值不小于10⁶欧姆，绝缘性能可靠，且绝缘层与钛合金之间的结合力强，耐腐蚀性强，提高了电解加工时抗电解液冲刷的能力；采用在各个电极柱上设置通液槽的结构，且通液槽的形状布置更加合理，从而使电解液通液槽流场稳定可靠，提高了电解加工质量和效率。

附图说明

图1为本发明的一种电解加工阵列斜孔阴极的制备方法的流程示意图；

图2为本发明的一种电解加工阵列斜孔阴极的结构示意图；

图3为本发明的一种电解加工阵列斜孔阴极的剖视结构示意图；

图4为本发明的一种电解加工阵列斜孔阴极的矩形截面电极柱示意图；

图5为本发明的一种电解加工阵列斜孔阴极的菱形截面电极柱示意图；

图6为本发明中矩形截面电极柱上的通液槽形状示意图；

图7为本发明中菱形截面电极柱上的通液槽形状示意图。

示意图中的标号说明：

1、主轴连接杆；2、阵列电极；3、电极柱；4、斜面；5、微弧氧化层；6、电泳封装层；7、通液槽。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1所示，本实施例的一种电解加工阵列斜孔阴极的制备方法，包括以下步骤：

s1、制备钛合金电极块：利用慢走丝线切割工艺对钛合金方料各个面进行切割，得到钛合金电极块；在本步骤之前，为了保证钛合金电极块切割精度更高，将钛合金方料置于超声波设备容器中加入水基性溶剂清洗至少30min，取出吹干后在进行慢走丝线切割，降低了钛合金方料表面污物对线切割精度的影响，使得利用慢走丝线切割得到的钛合金电极块的上下面平行度不超过0.01mm，上面与侧面垂直度不超过0.01mm，加工精度高。

s2、加工阵列电极柱：在钛合金电极块上选取工艺基准，按照阴极使用要求进行横向和纵向慢走丝线切割，切割出具有整体电极柱的阵列电极；在本步骤中，横向和纵向切割具有一定深度，以满足斜孔加工需要，具体切割时，整体电极柱的横向和纵向慢走丝线切割的切割电流不大于5a，切割的各个电极柱的形状精度不大于0.02mm，按照横向和纵向切割角度变化，可以切割出不同截面形状的电极柱，常用的电极柱截面形状为正方形或菱形。采用慢走丝线切割在钛合金电极块上直接切割出电极柱，电极柱为一体结构，结构精度高，电极柱之间的尺寸和间距一致性好。

s3、加工通液槽：在阵列电极的各个电极柱上，通过电火花打孔工艺打孔后穿丝线切割出通液槽；通过在各个电极柱上分别加工出电解液通液槽，从而保证了电解液流场稳定均匀，提高加工精度。

s4、切割电极斜面：调整阵列电极的装夹角度，利用慢走丝线切割工艺切割出阵列电极斜面；为了提高斜面切割精度，利用慢走丝线切割工艺切割阵列电极斜面的切割电流不大于1a，且电极斜面至少切割三次。

s5、焊接主轴连接杆：将阵列电极与主轴连接杆焊接连接；具体要求为：主轴连接杆与阵列电极连接面的垂直度不大于0.01mm，主轴连接杆采用数控车床车削制得，且主轴连接杆的回转径向跳动量不超过0.005mm，保证了整个阵列斜孔阴极的加工精度。

s6、侧壁绝缘处理：采用微弧氧化技术对阵列电极整体进行绝缘处理，然后采用电泳工艺对微弧氧化绝缘面进行封装，形成双绝缘复合层，并对电极斜面和电极电源接线处的双绝缘复合层进行打磨去除；具体地，微弧氧化电压不超过500v，微弧氧化时间不超过60s，微弧氧化结束后经过超声波清洗后利用电泳工艺对微弧氧化绝缘面进行封装，电泳封装电压不超过300v，封装时间不超过30s，双绝缘复合层的厚度不超过30μm，该双绝缘复合层的绝缘层阻值不小于10⁶欧姆，绝缘性能可靠，且绝缘层与钛合金之间的结合力强，耐腐蚀性强，提高了电解加工时抗电解液冲刷的能力。在双绝缘复合层制备完成后，在超声波设备容器中加入水基性溶剂，将钛合金阵列电极置于其中清洗至少60min，取出吹干待用即可。

如图2、图3、图4和图5所示，本实施例的一种电解加工阵列斜孔阴极，包括主轴连接杆1和阵列电极2，主轴连接杆1和阵列电极2焊接连接，阵列电极2上一体设有阵列分布的电极柱3，电极柱3上设有通液槽7，电极柱3的端面上切割有斜面4，电极柱3的侧壁上设有双绝缘复合层，该双绝缘复合层包括设于内侧的微弧氧化层5和设于外侧的电泳封装层6；该电解加工阵列斜孔阴极采用上述的电解加工阵列斜孔阴极的制备方法制备而成。按照横向和纵向切割角度变化，可以切割出不同截面形状的电极柱，如图4所示，电极柱3的截面形状为矩形，并且，在本实施例中，当电极柱3的截面形状为矩形时，该电极柱3上的通液槽7为圆形或条形通槽，如图6(a)为位于电极柱3中心的圆形通槽，图6(b)为位于电极柱3一条轴线上的条形通槽，图6(c)为位于电极柱3一条对角线上的条形通槽。又如图5所示，电极柱3的截面形状为菱形，并且，在本实施例中，当电极柱3的截面形状为菱形时，该电极柱3上的通液槽7为圆形或菱形或条状弧形通槽，如图7(a)为位于电极柱3中心的圆形通槽，图7(b)为位于电极柱3对角线方向上的条状弧形通槽，图7(c)为位于电极柱3中心的菱形通槽，该菱形通槽与电极柱3的截面形状相同，且菱形通槽的各边均与电极柱3的截面形状相平行。

实施例2

本实施例的一种电解加工阵列斜孔阴极的制备方法及阵列斜孔阴极，其制备方法及阵列斜孔阴极的基本结构同实施例1，不同之处在于，在电解加工阵列斜孔阴极的制备方法步骤s6中，先对电极斜面和电极电源接线处进行覆盖，然后采用微弧氧化技术对电极进行绝缘处理，并采用电泳工艺对微弧氧化绝缘面进行封装，形成双绝缘复合层；即对电极斜面和电极电源接线处进行不绝缘保护，直接对其他位置进行绝缘处理，之后将电极斜面和电极电源接线处的不绝缘保护层去除即可。

本发明的一种电解加工阵列斜孔阴极的制备方法及阵列斜孔阴极，采用钛合金方料整体切割制备阴极，满足了阴极的使用强度要求，制备的阵列斜孔阴极精度高，工艺简单，电极柱之间的尺寸和间距一致性好；采用微弧氧化技术对阵列电极整体进行绝缘，并利用电泳工艺对微弧氧化绝缘面进行封装，实验表明，绝缘层阻值不小于10⁶欧姆，绝缘性能可靠，且绝缘层与钛合金之间的结合力强，耐腐蚀性强，提高了电解加工时抗电解液冲刷的能力；采用在各个电极柱上设置通液槽的结构，且通液槽的形状布置更加合理，从而使电解液通液槽流场稳定可靠，提高了电解加工质量和效率。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。