[发明专利]一种深小孔内壁微结构的电解加工装置及方法

说明书

本发明属于电解加工技术领域，具体地说，涉及一种深小孔内壁微结构的电解加工装置及方法。包括电解液回流槽、电解液槽和电解加工主体；电解加工主体用于电解液槽内的工件电解加工；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，双层管电极包括同轴布置的金属内管和绝缘外管；内管电极内输入电解液，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形成局部气室，为电解射流提供稳定的加工场所，同时，利用电解射流加工流场冲击与电场集中的特性，进行高定域性柔性加工。

技术领域

本发明属于电解加工技术领域，具体地说，涉及一种深小孔内壁微结构的电解加工装置及方法。

背景技术

在航空发动机与燃气轮机制造领域，涡轮冷却结构的设计制造对于强化换热效果、提高涡轮温度具有重大意义。紊流冷却孔作为一种新型涡轮冷却结构，通过在冷却孔内壁设置周期性微结构，可以增大换热面积，强化冷气扰动，是当前设计制造高性能航空发动机和燃气轮机的热点、重点研究对象。

紊流冷却孔即深小孔，是指孔径在0.1到3.0mm之间，孔的深度与直径的比值大于10的孔，其孔径小，深径比大，孔型特殊多样，多采用高温合金制造，属于典型的难加工材料极端尺寸结构，给现有制造技术带来了严峻挑战。传统的孔内壁微结构加工方法包括：激光珩磨、振动辅助切削、挤压-犁削、高速充液旋压拉削等，由于装置尺寸大、成型刀具难制备、刀具易损坏等限制，不适合紊流冷却孔的制造过程。电解加工由于其具有的非接触、无应力及工具电极设计空间广等特点，国内外学者仍普遍将其作为实现小孔内壁面微结构制造的主要突破口。

目前的电解加工紊流冷却孔的加工方法主要采用侧向供液，即电解液流过要加工的深小孔，利用成型阴极在孔内壁转印出微结构。这种方法的流场传质效果较差，且随着加工的进行，加工间隙不断增大，内部电场分布逐渐分散，杂散腐蚀增强，加工定域性减弱，影响加工精度及质量。

电解射流加工是采用简单形状电极(如管电极)或者其他异形电极作为工具阴极，电解液从阴极内部喷出，冲击到工件阳极表面，随着阴极的扫描运动，工具阳极发生电化学反应溶解从而加工出一定形状和特征。其所具有的流场直接冲击与电场集中约束等特征，能够实现材料高定域性去除及产物高效排除，特别适合表面微结构的精密加工。但面向深小孔的狭长封闭环境，高速喷液会淹没小孔内部空间及射流液束，导致具备工艺优势的电解射流无法直接用于小孔内部加工场合。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

为了满足紊流冷却孔加工过程中流场传质作用更强、电场限域能力更好的需求，同时解决电解射流加工技术在深小孔环境中面临的问题，本发明提出了一种深小孔内壁微结构的电解加工装置及方法,旨在利用压缩气体形成局部气室，为电解射流提供稳定的加工场所，同时，利用电解射流加工流场冲击与电场集中的特性，进行高定域性柔性加工。

本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明公开了一种深小孔内壁微结构的电解加工装置，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。