技术领域
[0001] 本
发明涉及一种工具电极低频振动电解加工装置。
背景技术
[0002] 随着科学研究的进展，新的研究结果表明，以具有强化表面(紊流微结构)的冷却管/孔代替现有的普通光滑管/孔，其
传热效果可以得到大幅度增强。强化表面指在管内壁面加工出一些具有粗糙肋的紊流结构，如肋槽、凹坑或凸台等。因此，研究一种高效、低成本、具有竞争
力的加工方法来实现小孔径内壁面微结构的
微细加工是一项重要的研究课题。
[0003] 目前实现孔径内壁面紊流结构的主要加工方法有滚压加工法、机床辅助刻切法、激光珩磨法、电解
腐蚀加工法等。滚压加工方法是利用带滚轮的滚压工具，以一定的压力在待加工管材表面作相对滚动，使金属表面产生塑形
变形，加工出圆弧形，锥形凹槽以及其他形状的表面结构，但滚压加工法在加工管壁较薄、材料硬度不大的管壳式异型管成形中发挥优势。机床辅助刻切方法是由机床的刀头带动刻刀沿着径向插入刀盒，刀盒用丝扣与平动杆连接，当平动杆在管内向前运动时，刻刀被刀头锥体顶出而刻入管壁，随着平动杆的运动，刻刀在管壁上刻出凹槽，控制刀头与管壁的
接触可以加工出不同深度的凹槽，但由于受到加工工艺的限制，加工孔径受限。激光掩膜方法是通过粗珩，激光造型和精珩三道工序完成，用激光加工实现对表面微结构加工，然后再进行珩磨，去除微结构周围的“多余金属”，但这种加工方法存在“二次加工”。
[0004]
专利CN101961805B中公开了一种异形截面深小孔机械振动电解加工装置，采用
凸轮装置实现工具电极的振动，其振动振幅由凸轮尺寸结构确定，需要更换凸轮才能实现振幅调节，零件的替换性不好，系统比较复杂，且加工难度较大。
发明内容
[0005] 为了克服现有的电解加工装置系统复杂不易调节的缺点，本发明提供一种工具电极低频振动电解加工装置。
[0006] 本发明采用的技术方案是：
[0007] 工具电极低频振动电解加工装置，包括用于固定
工件的固定装置，所述工件的顶面上开有通孔，所述通孔的正上方设有工具电极，所述工具电极对准所述通孔，可沿所述通孔上下移动的所述工具电极设置在调节架上，所述调节架上设有用于驱动所述工具电极上下运动的驱动装置，
[0008] 其特征在于：
[0009] 所述调节架包括底座和位移台，所述位移台的
水平调节板通过连接板水平设置在底座上，所述位移台的竖直调节板通过连接板与驱动装置相连；
[0010] 所述驱动装置包括电磁线圈，所述电磁线圈的
外壳固定在所述位移台的竖直调节板上，所述电磁
铁线圈包括下端开口的空心铁柱，所述铁柱外缠绕有线圈，所述线圈、多回路时间继电器和稳压电源首尾相连构成驱动回路，振动轴的上端可上下移动的插设在所述空心铁柱内，所述底座的一侧可拆卸的设有
支撑台，所述支撑台上设有直线
轴承，所述振动轴的下端依次穿过所述支撑台和所述直
线轴承后通过万能夹头与工具电极相连；
[0011] 所述固定装置包括固定座，所述固定座上设有用于盛放电解液的溶液槽，所述工件架设在所述溶液槽上，所述溶液槽和所述工件之间设有
橡胶圈，所述溶液槽顶面开口，所述工件上的通孔与所述溶液槽通过设置在所述橡胶圈上的出口连通，以构成进液通道，所述固定座上设有用于夹紧所述工件的夹具，所述夹具和所述振动轴均为导电材料，所述夹具、所述振动轴、所述多回路时间继电器和加工电源首尾相连构成电解回路。
[0012] 进一步，所述夹具包括和所述工件适配的
框架和设置在框架上的若干个
螺母，所述螺母包括相对配置的水平螺母和竖直螺母，所述水平螺母相对配置，以从两侧向中间抵紧所述工件，所述竖直螺母设置在所述框架横梁上，以从上向下将所述工件抵紧在所述溶液槽上。
[0013] 进一步，所述振动轴上还设有
弹簧，所述弹簧的上端与所述电磁线圈抵触，所述弹簧的下端与设置在所述振动轴上的
垫片相抵触，所述垫片卡设在所述振动轴上。
[0014] 进一步，所述支撑台与所述底座螺接。
[0015] 进一步，所述溶液槽还连接有用于从外部进液的软管。
[0016] 进一步，所述固定装置和所述工件设置在一个开口容器内，以收集从所述通孔内溢出的电解液。
[0017] 进一步，所述工件的顶面上并排开有多个通孔，所述振动轴的下端设有多个工具电极，所述通孔与所述工具电极一一对应。
[0018] 本发明的有益效果体现在：工具电极振幅、振动
频率和振动速度均可调，能改善工件的加工
精度和加工
稳定性，且零件的替换性好，加工过程简单方便。
附图说明
[0019] 图1是本发明的整体结构示意图
[0020] 图2是振动轴的安装示意图
[0021] 图3是夹具结构示意图
[0022] 图4是驱动回路A和电解回路B的状态示意图
具体实施方式
[0023] 参照附图，工具电极低频振动电解加工装置，包括用于固定工件17的固定装置，所述工件17的顶面上开有通孔171，所述通孔171的正上方设有工具电极10，所述工具电极对准所述通孔，可沿所述通孔171上下移动的所述工具电极10设置在调节架上，所述调节架上设有用于驱动所述工具电极10上下运动的驱动装置，
[0024] 所述调节架包括底座1和位移台3，所述位移台3的水平调节板32通过连接板32水平设置在底座上，所述位移台3的竖直调节板33通过连接板与驱动装置相连；
[0025] 所述驱动装置包括电磁线圈5，所述电磁线圈5的外壳固定在所述位移台3的竖直调节板33上，所述电
磁铁线圈5包括下端开口的空心铁柱，所述铁柱外缠绕有线圈，所述线圈、多回路时间继电器13和稳压电源12首尾相连构成驱动回路A，振动轴8的上端可上下移动的插设在所述空心铁柱内，所述底座1的一侧可拆卸的设有支撑台7，所述支撑台7上设有直线轴承6，所述振动轴8的下端依次穿过所述支撑台7和所述直线轴承6后通过万能夹头9与工具电极10相连；
[0026] 所述固定装置包括固定座19，所述固定座19上设有用于盛放电解液的溶液槽16，所述工件17架设在所述溶液槽16上，所述溶液槽16和所述工件17之间设有橡胶圈15，所述溶液槽16顶面开口，所述工件17上的通孔171与所述溶液槽16通过设置在所述橡胶圈15上的出口连通，以构成进液通道，所述固定座19上设有用于夹紧所述工件17的夹具11，所述夹具11和所述振动轴8均为导电材料，所述夹具11、所述振动轴8、所述多回路时间继电器13和加工电源14首尾相连构成电解回路B。
[0027] 所述夹具11包括和所述工件17适配的框架和设置在框架上的若干个螺母20，所述螺母20包括相对配置的水平螺母和竖直螺母，所述水平螺母相对配置，以从两侧向中间抵紧所述工件17，所述竖直螺母设置在所述框架横梁上，以从上向下将所述工件17抵紧在所述溶液槽上。
[0028] 所述振动轴8上还设有弹簧4，所述弹簧4的上端与所述电磁线圈5抵触，所述弹簧4的下端与设置在所述振动轴8上的垫片21相抵触，所述垫片21卡设在所述振动轴8上。
[0029] 所述支撑台7与所述底座1螺接。
[0030] 所述溶液槽16还连接有用于从外部进液的软管18。
[0031] 所述固定装置和所述工件17设置在一个开口容器内，以收集从所述通孔171内溢出的电解液。
[0032] 所述工件17的顶面上并排开有多个通孔171，所述振动轴8的下端设有多个工具电极10，所述通孔171与所述工具电极10一一对应。
[0033] 驱动回路A和电解回路B分别与所述多回路时间继电器13的其中一路相连。
[0034] 本发明利用通电状态下金属材料发生电化学溶解的原理，利用工具电极10与工件17的通孔171内壁发生电化学反应，使得通孔171内壁发生腐蚀，以使通孔内壁形成紊流结构：
[0035] 先在工具电极10表面涂覆一层规则的绝缘层(如螺旋形)，加工时将工具电极10进给到预先加工好的通孔171中(通孔可采用电火花、电解加工法加工等获得)，所述通孔171内充满了电解液，通孔171内壁和工具电极10导电部分在电解回路B的作用下发生电化学反应，通孔171内壁在对应工具电极10导电部分处被蚀除，形成与工具电极10表面形状相反的结构。
[0036] 将所述的振动轴8卡上垫片套上弹簧后穿过直线轴承6，直线轴承6用于夹持所述的振动轴8，所述的直线轴承6安装在所述的支撑台7上，在直线轴承6的作用下，振动轴8只能上下运动。所述的电磁线圈5固定在所述的位移台3上，通过调节位移台3的水平调节板32可使电磁线圈5与振动轴8同心。振动轴8的下端与万能夹头9
螺纹连接，所述的万能夹头9用以夹持工具电极10进行电解加工。
[0037] 1、工具电极振幅的调节：
[0038] 所述的位移台3有XYZ三个方向的运动调节，水平调节板32可调电磁线圈5在XY方向上与振动轴8的相对
位置，竖直调节板33可调节Z方向上与振动轴8的相对位置，从而保证电磁线圈5与所述振动轴8同心。
[0039] 竖直调节板33的千分尺31可控制工具电极上下振动的振幅，振幅范围在12.5mm之间，精度0.01mm，假设需要的振幅为a mm：
[0040] 先下调竖直调节板33的千分尺31，使得振动轴8的上端完全顶住电磁线圈5的内顶面，再上调节千分尺31a mm，即保证了工具电极在电磁线圈5内的a mm振幅。
[0041] 2、工具电极振动速度的调节：
[0042] 电磁线圈5的额定
电压为24V，但在未达到额定电压时，电磁力足够带动振动轴8上下运动，故通过调节电磁线圈5输入电压的大小即可改变工具电极10的振动速度。
[0043] 3、工具电极10振动频率的调节：
[0044] 所述的多回路时间继电器13同时控制驱动回路A和电解回路B，多回路时间继电器13最多可以控制6个
电路，选择无限循环定时模式；多回路时间继电器的精度为0.01s，改变多回路时间继电器13的开闭时间就可调节不同的工具电极10振动频率。
[0045] 多回路时间继电器13在加工周期内交替驱动回路A和电解回路B，首先驱动电解回路B通，则驱动回路A断，然后驱动回路A通，则电解回路B断，最后控制驱动回路A断，此时驱动回路A和电解回路B同时断开，以给工具电极10预留时间确保其已经复位，然后一直循环。以加工周期为5s，参照附图4，多回路时间继电器13的控制过程如下；
[0046] T1 0秒时：电解回路B接通，电解加工开始；
[0047] T2 3秒时：电解回路B断开，此时电解加工停止，驱动回路A接通，振动轴8由于电磁力的作用吸合上抬；
[0048] T3 4秒时：驱动回路A断开，振动轴8由于弹簧4与自重回归零位，整个系统处于断开状态；
[0049] T4 5秒时：电解回路B接通，电解加工开始。
[0050] 以T1-T4为一个加工周期，如此循环，以对所述工件反复进行电解加工。其中的T1-T4的时间间隔可以人为设定。
[0051] T1-T2时间段是电解加工的时间，当到T2时刻时，电解回路B断开，驱动回路A接通，工具电极10被吸起直到T3时刻，T3时刻时，驱动回路A断开，T3-T4时段内，控制驱动回路A和电解回路B都断开，这是是因为T3时刻驱动回路A断开时，如果
马上接通电解回路B的话，工具电极10可能还没有及时复位，但此时电解回路B已接通，电解加工已经开始，但因为工具电极10还未插入所述通孔底部，很可能导致工件加工失败。
[0052] T2时刻控制驱动回路A和电解回路B不需要一起断开，是因为电解回路B的断开先于驱动回路A的接通，所以不需要两者都断开。
[0053] 4、工作过程：
[0054] (1)将工件17安装到固定装置内，并通过调节夹具11上的螺母，将工件17
定位在溶液槽16上，通过软管18向溶液槽16内补充百分比为15％的NaNO3溶液，且控制流量为1.8L/min，NaNO3溶液穿过橡胶圈15进入通孔171内；
[0055] (2)在工具电极10上螺
旋涂覆一层绝缘层；
[0056] (3)调节位移台3的水平调节板32，带动电磁线圈5与振动轴8同心，且工具电极10一一对准所述通孔171；
[0057] (4)调节振动轴8的振幅，假使需要的振幅为2mm，先使振动轴8的上端完全顶住电磁线圈5的内顶面，然后上调竖直调节板33的千分尺31，使得竖直调节板33向上移动2mm，则振动轴的振幅为2mm；
[0058] (5)电磁线圈通电后，吸引所述的振动轴上移，电磁线圈断电后，振动轴在重力和弹簧作用下向下运动，不停的开启和关闭电磁线圈的稳压电源12，使得振动轴沿着通孔不同的上下运动；
[0059] (6)电解回路B接通后，工具电极10上没有涂覆绝缘层的部分与通孔内壁面发生电解反应，此时，工具电极为
阴极，工件为
阳极，通孔内壁被电解蚀除，形成凹槽状紊流结构。
[0060] 本
说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的例举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
