超声气膜屏蔽微细电解加工装置的制作方法

本发明专利涉及高温合金、不锈钢、镍基合金等难加工材料表面微织构微细电解加工技术领域，尤其是涉及一种超声气膜屏蔽微细电解加工装置。

背景技术：

微织构是表面具有微型图案的微细结构。研究表明，在某些产品中应用一些微织构可以使产品性能提高。目前，微织构在当代加工技术领域中还存在成本高、效率低等缺点。因此，金属内表面微织构的使用和加工技术逐渐成为国内外工业界和学术界关注的热点，而微细电解加工技术正是专注于微织构的加工。

微细电解加工是基于金属电化学溶解原理基础之上，其基本原理为电化学阳极溶解。微细电解加工中，加工间隙为几十至几百微米，反应过程为阳极金属溶解(m-ne^-→mⁿ⁺)，阴极析出氢气(2h⁺+2e^-→h2↑)。电解加工具有加工工具无损耗、蚀除速度不受加工材料的硬度、强度影响、加工变形小等优点。因此，很多学者纷纷开展微细电解加工技术的研究，并取得一定进展。微细电解加工技术在微织构的加工领域有着巨大的发展潜力，因此如何利用微细电解加工技术实现微织构的稳定、高效高精度的加工，越来越被人们所关注。

技术实现要素：

为了克服现有微细电解加工技术存在的加工不稳定、精度差的缺陷，本发明提供了一种超声气膜屏蔽微细电解加工装置，可实现高效、高精度的金属表面微织构加工。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种超声气膜屏蔽微细电解加工装置，包括喷嘴、超声振动装置、电极、固定盘、固定销、橡胶垫圈和螺栓螺母，所述喷嘴与所述固定盘连接起来后套在所述超声振动装置上，所述喷嘴上端中心处设有为超声振动头预留的空腔，所述喷嘴内还设有电解液腔和气体腔，所述电解液腔上设置有与其连通的进液口，所述气体腔也设有与其连接的进气口，并通过供气管外接空气压缩机，所述喷嘴气体腔位于所述电解液腔下方，所述喷嘴上端部位设有外螺纹，并通过外螺纹与所述固定盘实现连接和电极对中的作用，超声振动装置加持电极的端部与喷嘴在处留有一定间隙，橡胶垫圈布置在超声振动装置与固定盘连接处。

进一步，所述固定盘上端部位通过四个环形阵列均布的六角螺栓螺母与超声振动头紧固连接，下端内部处加工有螺纹，与所述喷嘴实现螺纹连接，中心部分通透，以使所述超声振动装置从中穿过，所述固定盘与喷嘴在连接部位对称开有销孔，连接后插入固定销防止加工时有相对滑动。

再进一步，所述喷嘴上端有两个对称但未通透的销孔电极，电极加持在超声振动装置上从喷嘴中心小孔处伸出，加工时电解液通过电解液腔从喷嘴下端小孔流出，气体通过气体腔从喷嘴下端环形出口流出，喷嘴电解液腔和气体腔内部布置有加强筋。

更进一步，所述超声振动装置振动参数过超声电源及其控制器进行控制调节，超声振动装置通过中间法兰外伸出的部分连接到机床上，下端通过两个金属块夹紧固定加持电极；工件加工时位于所述喷嘴的下方且与电源正极连接，所述超声振动装置所加持电极与电源负极连接。

优选的，所述进气口、进液口呈圆形且内置螺纹，均水平排布，所述出液口及电极均竖直分布，出气口呈一定角度出气。

所述出液口、出气口及喷嘴与固定盘螺纹连接部位均与所述电极同轴布置。

本发明的有益效果主要表现在：

1.将超声加工与气膜屏蔽电解加工相结合，采用超声+气膜屏蔽+微细电解加工原理对金属表面进行加工，即在电极出液口外包覆一层高压气体的同时，电极受超声振动装置作用。这样既发挥了气膜屏蔽作用对电解液的喷射范围的限制，又利用了超声振动对材料去除的空化作用，提高了加工定域性和加工效率，改善了微细电解加工在微米级尺度范围内的加工精度。

2.本装置采用螺纹连接对中方式，在超声振动装置与固定盘紧固连接后，喷嘴通过螺纹连接在固定盘上，在连接的过程中电极始终是对准喷嘴中心的，解决了电极通过喷嘴中心出口难的问题。

附图说明

图1是本装置总装配图。

图2是图1的i处放大图。

图3是喷嘴与固定盘连接示意图。

图4是固定盘结构示意图。

图5是喷嘴内部结构示意图。

图6是图5的ii处放大图。

图7是超声振动装置外观示意图。

图8是整个工具外观图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1-图8，一种超声气膜屏蔽微细电解加工装置，包括喷嘴1、超声振动装置4、电极8、固定盘3、固定销2、橡胶垫圈6、螺栓螺母5。所述喷嘴1与所述固定盘3连接起来后套在所述超声振动装置4上，所述喷嘴上端中心处设有为超声振动头预留的空腔18，所述喷嘴内还设有电解液腔19和气体腔21，所述电解液腔上设置有与其连通的进液口23，所述气体腔也设有与其连接的进气口20，并通过供气管外接空气压缩机，所述喷嘴气体腔21位于所述电解液腔19下方，所述喷嘴上端部位17设有外螺纹，并通过外螺纹与所述固定盘3实现连接和电极对中的作用，超声振动装置加持电极的端部与喷嘴在7处留有一定间隙，防止喷嘴1影响超声振动装置4的振动，橡胶垫圈6布置在超声振动装置4与固定盘3连接处，防止内部空腔的电解液渗出。

所述固定盘3上端部位通过四个环形阵列均布的六角螺栓螺母5同超声振动头4紧固连接，下端内部15处加工有螺纹，与所述喷嘴1实现螺纹连接，中心部分14通透，以使所述超声振动装置4从中穿过，所述固定盘3与喷嘴1在连接部位11对称开有销孔10，连接后插入固定销2防止加工时有相对滑动。

所述喷嘴上端有两个对称但未通透的销孔电极8，电极8加持在超声振动装置4上自喷嘴中心小孔25出伸出，加工时电解液通过电解液腔19自小孔25流出，气体通过气体腔21从环形出口24流出，喷嘴电解液腔19和气体腔21内部布置有加强筋22，以保证工具强度。

所述超声振动装置4直接从厂家定做，其通过中间法兰外伸出的部分26连接到机床上，下端通过两个金属块27夹紧固定加持电极；工件加工时位于所述喷嘴1的下方且与电源正极连接，所述超声振动装置4与电源负极连接。

优选的，所述进气口20、进液口23呈圆形且内置螺纹，均水平排布，所述出液口25及电极8均竖直分布，出气口24呈一定角度出气。

所述出液口25、出气口24及喷嘴1与固定盘3螺纹连接部位均与所述电极8同轴布置。

该装置连接在机床平台上，通过机床主轴的进给运动调整电极8与工件间的间隙及加工位置。通过控制机床的径向、轴向移动控制工具电极的移动，从而加工出需要的孔或者槽的形貌。

本发明采用的加工方法如下：电极8加持在超声振动装置4上。同时超声振动装置所加持电极接电源负极，工件连接电源正极，电解液通过进液口23流经电解液腔19然后在出液口25流出具有一定压力的液体，同时高压气通过进气口20流经气体腔21在出气口24喷射出具有一定压力的气体，气体包覆在电极8外面的液束周围，对电解液的横向喷射范围进行控制，使电解液喷射到工件上的作用面积变小，同时在超声振动装置4作用下，电极8开始振动，在超声振动作用下，加工区域的气泡率降低了，材料的去除速度提高。超声振动和气膜屏蔽两者相辅相成，使加工精度和加工速度提高了，同时降低了杂散腐蚀，使加工出来的工件表面粗糙度降低了；同时机床主轴带动整个工具电极运动，在保持一定加工间隙的基础上，对工件表面的材料进行去除，可实现平面微结构、三维立体微结构的加工。