[发明专利]一种3D打印的中空循环辅助电极结构

说明书

一种3D打印的中空循环辅助电极结构，属于电解加工技术领域，其结构为二级阶梯圆柱型结构，内部设有中空的流道结构。流道结构包括八条“斜入射”结构的入口流道、一条出口流道和环形隔板，入口流道出口处与出口流道连通；入口流道作为电解液入口，电解液从二级阶梯圆柱型结构大径端流入，在小径端经过被加工面流入出口流道，由出口流道流出。使用时，电极结构紧贴待加工表面，被加工工件作为阳极与电源正极相连，设于出口流道处的阴极结构与电源负极相连。本发明应用于电解加工高精度的小孔，作为电解加工小孔的辅助电极，通过改善结构使得被加工区域的电解液流速更为均匀，能够得到更优秀的小孔表面质量；可提高小孔加工精度，长时间可靠工作。

技术领域

本发明属于电解加工技术领域，基于电解加工小孔的原理并依靠3D打印技术，设计出一种3D打印的中空循环辅助电极。

背景技术

3D打印，也被称为增材制造，是一种新兴技术，具有通过在单一加工过程中，结合加工对象或加工装置的设计和制造，改变许多领域制造过程的潜力。3D打印起初是应用于工业中快速成型制造的工具，而现在越来越多地用于多种工学和医学应用中，例如制造组织生长支架、微血管系统、骨科植入物、康复辅助工具、电子设备、功能性机械组件等，低费用的3D打印技术的日益普及也促进了这种制造方法的广泛使用，从一般家庭到研究机构实验室都有不同程度的应用。3D打印技术可以在无需其他制造设备参与的情况下，自由设计并且直接制造出几乎任何所需形状的物体。最近有许多研究表明，可以利用3D打印技术直接制造具有复杂形状的电极。

小孔法测量机械零部件的近表面残余应力具有可靠性高、测量深度较大等优势，是工程界应用最广泛的一种残余应力测试方法。小孔法测量残余应力具有可靠性强，测量深度较大(0.02-15mm)等优点，已经被美国材料与实验协会(ASTM)和中华人民共和国国家标准(GB/T 31310-2014)《金属材料残余应力测定钻孔应变法》确定为标准的残余应力测试方法。小孔法的测量方法为：在具有一定近表面残余应力的试件表面加工一个小孔，在小孔附近的试件表面由于部分应力的释放而产生相应的位移和应变，通过测量产生的位移和应变，将其代入一系列公式即可计算出已去除材料所在部位的残余应力。

电解加工是一种利用金属工件在电场作用下在电解液中发生阳极溶解特性的特种加工方法。电解加工过程不受材料力学性能影响，具有加工表面无残余应力产生等优点。相比传统的钻削、铣削等机械方法加工小孔，利用电解法加工小孔测工件表面残余应力不会引入附加应力，也不会导致工件的塑性变形。然而电解加工过程中加工稳定性较差这一问题限制了它的发展和应用，近年来，研究人员都致力于解决稳定性差这一问题来改善电解加工。对于现有方法，即静液电解法，使用掩膜板使被加工面与电解液接触加工小孔，其阳极产热与电解产物不易排出，因此考虑使用流动电解法的加工方式来加工小孔。然而流动电解法需要解决电解液流速的不均匀性，因为小孔内电解表面电解液流速的不均匀会造成电解液的电导率变化较大，使得被加工表面材料去除有所差异，进而影响电解加工质量。因此需要通过改善电解加工方法以提高电解加工的稳定性。

电解加工可以直接受益于3D打印技术，因为通过使用3D打印技术，能够以较低的价格构建一套复杂的测量系统，并且该系统具有很大的通用性。并且，3D打印技术可以直接同来生产形状复杂或材料特殊的电极，或者用于氧化还原反应和电解液处理系统，例如电化学电池和微流体系统等。因此可以通过3D打印技术改善电解加工的不稳定性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种3D打印的中空循环电极结构，提供一种涡旋流道方案能够解决现有技术中采用小孔法测量工件表面残余应力时，当采用电解加工小孔时产生的不稳定性的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：