[发明专利]一种深小孔内壁微结构的电解加工装置及方法

权利要求书

1.一种深小孔内壁微结构的电解加工装置，其特征在于：包括电解液回流槽、电解液泵、气泵、电源、电解液槽和电解加工主体；

所述电解液槽内设有工件；工件上设有待加工的微小孔；所述电解加工主体位于工件正上方，且可沿竖直或水平方向移动；所述电源的正极连接工件，电源的负极连接电解加工主体；所述电解加工主体的底部设有对微小孔进行电解加工的双层管电极，所述双层管电极包括金属内管和绝缘外管，二者同轴布置且末端密封，内管电极和绝缘外管侧壁的相同位置上均开孔；所述电解液回流槽通过电解液泵向内管电极内输入电解液；所述气泵用于向绝缘外管内通入压缩空气；电解液从内管电极侧壁开孔高速喷出的同时，利用从绝缘外管侧壁开孔高速喷出的压缩气体，将深小孔内淤积的电解液合电解产物排开，使受射流冲击的小孔内壁面电化学溶解；结合机床主轴和Z轴的运动，控制射流扫描小孔内壁面的轨迹，形成所需微结构。

2.如权利要求1所述的深小孔内壁微结构的电解加工装置，其特征在于：所述电解加工主体包括旋转头、旋转驱动装置、金属内管夹头、导电铜座、气腔和导向器；所述旋转头位于整个电解加工主体的空心轴心，通过旋转驱动装置带动双层管电极旋转；所述金属内管夹头用于将金属内管安装于旋转头下端并导电；所述导电铜座安装于旋转头外侧壁，用于连接电源负极；所述旋转驱动装置包括旋转头带轮、电机带轮和电机，电机带动电机带轮转动，通过皮带驱动旋转头的转动；所述气腔用于装夹绝缘外管并提供压缩气体输送入口；所述导向器安装于气腔下端，对绝缘外管起到导向作用。

3.如权利要求2所述的深小孔内壁微结构的电解加工装置，其特征在于：所述旋转头包括管接头和旋转头外壳、空心轴、止水塞和连接杆；所述管接头作为电解液输送入口，通过水管与电解液泵连接；管接头安装于一个铜导管的上端，铜导管下端进入旋转头外壳内部；所述空心轴设在电解加工主体的中心处，并插入铜导管内部；空心轴与旋转头外壳之间通过密封圈密封；旋转头带轮内侧与空心轴外侧底部固定，连接杆上端进入空心轴内部；连接杆外侧底部与金属内管夹头过盈连接，所述金属内管的顶部由下至上依次贯通金属内管夹头和连接杆的内孔，且金属内管顶部由设在空心轴内的止水塞进行密封。

4.如权利要求3所述的深小孔内壁微结构的电解加工装置，其特征在于：所述空心轴内部为阶梯结构，止水塞位于下端第一级轴腔内部，止水塞外径与第一级轴腔内径相同，其内径与金属内管外径相同；金属内管上端插入止水塞内部，止水塞下端由连接杆支撑，并由铜螺母压紧；铜螺母通过螺纹固定于空心轴下端，同时压紧连接杆与止水塞。

5.如权利要求3所述的深小孔内壁微结构的电解加工装置，其特征在于：所述气腔包括套筒、腔体及套筒底座；所述套筒安装于旋转头下端，用于装夹绝缘外管；所述套筒通过套筒安装板上的螺栓安装于铜螺母下端；套筒上设有多个通透的套筒壁孔；所述腔体嵌套于套筒外部，不与套筒直接接触，腔体上的管接头安装孔为压缩气体输送入口；所述套筒底座套在绝缘外管上。

6.如权利要求5所述的深小孔内壁微结构的电解加工装置，其特征在于：所述套筒下端具有孔道，孔道为三级阶梯结构；所述绝缘外管装夹于套筒下端，绝缘外管贯通至最上级孔道，所述套筒底座安装于套筒最下级的螺纹孔道。

7.如权利要求6所述的深小孔内壁微结构的电解加工装置，其特征在于：所述导向器安装于套筒阶梯孔道的中部位置，导向器内径比绝缘外管外径大，导向器外径与套筒下端中部阶梯孔道一致。

8.如权利要求5所述的深小孔内壁微结构的电解加工装置，其特征在于：所述腔体嵌套于套筒外部，通过腔体安装板安装于机床的多孔板，不与套筒直接接触；腔体侧面中心位置设有通透的管接头安装孔以便连接气泵管路；压缩气体由管接头进入腔体并充满其中，再由套筒壁孔进入套筒，充满套筒后，进入绝缘外管并从绝缘外管侧壁孔喷出。

9.如权利要求5所述的深小孔内壁微结构的电解加工装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将旋转头安装在机床z轴多孔板上；

S2、将金属内管由下方插入止水塞中，金属内管夹头夹紧金属内管，使其固定；

S3、将套筒通过套筒安装板安装在旋转头的铜螺母下端；

S4、将绝缘外管由下方插入套筒，再套上第二O型圈，旋紧套筒底座固定绝缘外管；

S5、将腔体由下方套在套筒外部，通过腔体安装板固定在机床的多孔板上；

S6、将电机通过电机安装板安装在旋转头右侧；

S7、将导电铜座由螺栓安装在旋转头左侧；

S8、导电铜座通过导线连接电源负极，工件通过导线连接电源正极；

S9、控制机床移动，将绝缘外管插入工件的微小孔内；

S10、加工时，启动电解液泵和气泵，电解射流在压缩气体形成的局部气室中稳定形成，金属管电极与深小孔内壁间的电场受到约束，并且压缩气体能够快速排除加工区域的电解产物；

S11、开启电源和电机并设置参数，金属内管与绝缘外管同轴转动并且同时上下往复运动，电解射流与压缩气体同时运动，在电解射流加工的流场冲击及电产约束特性作用下，完成对不同孔径、不同孔壁构型的深小孔内壁面高定域性柔性加工。